用于可在氢内燃发动机中操作的燃料喷射喷嘴的喷嘴盖

技术领域

本公开涉及一种用于可在氢内燃发动机中操作的燃料喷射喷嘴的喷嘴盖。本公开还涉及对应的燃料喷射喷嘴、氢内燃发动机和车辆。虽然本发明将针对卡车形式的车辆进行描述，但是本发明还可以有效地结合到其他交通工具类型中，例如，诸如公共汽车和施工设备，以及用于船舶应用、发电机组应用和轿车。

背景技术

用于氢发动机的氢喷射器通常在临界条件下运行，在所述临界条件下，氢气流变成音速的甚或局部超音速的。这种类型的流动的一个问题是难以维持从喷射器喷嘴射出的射流的初始方向。

一种常用的氢气喷嘴是所谓的针阀喷嘴。针阀表面的上部的角度是可以确定射流的流出方向的设计参数。为了进一步控制射流的流出方向，可以将针阀与喷嘴盖组合。盖包括一个或多个孔，并且所述孔的配置通常用于确定流出射流的方向。

氢喷嘴的一个特殊问题是喷嘴盖孔出口面积需要大于传统发动机喷嘴。这意味着喷嘴盖侧和底侧的主要部分是开孔。因此，设计孔以将射流沿所需方向引导是困难的，特别是在音速甚或局部超音速氢气流下。此外，这可能导致盖容积中的干扰涡流。这种干扰涡流可能会将部分气流沿不利的方向重新引导。此外，盖容积本身可能包含残余的含氢气体，所述残余的含氢气体可能在不利的时刻自燃。

因此，关于氢气喷嘴中的氢气流引导存在改进的空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于燃料喷射喷嘴的喷嘴盖，其至少部分地缓解现有技术的不足。

根据本发明的第一方面，目的是通过根据权利要求1所述的喷嘴盖来实现的。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于可在氢内燃发动机中操作的燃料喷射喷嘴的喷嘴盖。所述喷嘴盖包括用于接收氢气流的入口，氢气流可由可布置在入口中的入口阀控制。至少一个出口用于提供出口氢气流，并且内部底部导流主体布置在喷嘴盖容积中的入口下游的喷嘴盖的底侧处。所述内部底部导流主体朝向入口突出并且包括用于将氢气流从入口朝向出口重新引导的导流表面。

本发明基于以下认识：为了最小化喷嘴盖中的循环流，可以修改喷嘴盖的内部结构和表面以将氢气流朝向喷嘴盖的出口引导，同时减少喷嘴盖的内部容积中的涡流。一种有利的内部结构是内部底部导流主体，其限定与氢气流接触的导流表面。该内部底部导流主体有利地将氢气朝向出口引导，同时减少盖中的死容积，这减少了可以保留在喷嘴盖中的残余氢气的量。

因此，通过提供本文提出的喷嘴盖，氢气流被朝向出口引导，使得可以有效地执行用于氢气内燃发动机的氢气喷射。

可布置在喷嘴盖的入口中的入口阀可以例如是本领域本身已知的针阀，但也可以想到其他类型或阀。

喷嘴盖的出口将氢气流引导到氢内燃发动机的燃烧室或朝向其引导。

在一个实施方案中，出口可以包括形成出口的第一出口表面和第二出口表面，其中第一出口表面的形状基本上遵循第二出口表面的形状，使得来自出口的在第一出口表面处的出口氢气流与在第二出口表面处的出口氢气流方向基本相同。因此，出口的表面适于进一步改进氢气流的引导。出口表面以这种方式有意成形以控制氢气流的出口方向。第一出口表面和第二出口表面可以被认为是出口的孔缘表面。出口流方向基本相同应理解为主流方向相同或接近相同方向，允许有小的偏差。

在一个实施方案中，喷嘴盖还可以包括至少一个第一内侧导流主体，所述至少一个第一内侧导流主体布置在喷嘴盖的侧壁表面处并在喷嘴盖容积中向内突出，以用于将氢气流朝向至少一个出口引导。由此，甚至进一步改进了氢气流的引导。至少一个内侧导流主体提供至少一个附加的导流表面，所述至少一个附加的导流表面有助于通过帮助将氢气流朝向出口引导而减少喷嘴盖容积中的涡流。第一内侧导流主体与内部底部导流主体配合来将氢气流朝向出口引导。

在一个实施方案中，出口可以包括形成出口的第一出口表面和第二出口表面，其中至少一个第一内侧导流主体的形状基本上遵循内部底部导流主体的导流表面的形状，使得来自出口的在第一出口表面处的出口氢气流与第二出口表面处的出口氢气流方向基本相同。出口流方向基本相同应理解为主流方向相同或接近相同方向，允许有小的偏差。因此，第一内侧导流主体和内部导流主体有利地配合以更好地将氢气流朝向出口引导。

出口沿着流动方向的形状可以是第一出口表面和第二出口表面平行。然而，其他出口形状或配置也是可能的。例如，在一个实施方案中，出口包括形成出口的第一出口表面和第二出口表面，其中第一出口表面和第二出口表面一起形成圆锥形出口。

在一个实施方案中，出口可以包括第一出口表面和第二出口表面，其中内部底部导流主体的导流表面被布置成紧邻第二出口表面，导流表面和第二出口表面被配置为沿与第一出口表面处的出口氢气流相同的方向协作地引导第二出口表面处的出口氢气流。由此，喷嘴盖被进一步改进以将氢气流朝向出口引导。内部底部导流主体被布置为紧邻第二出口表面意味着它们直接相邻，即彼此相邻。内部底部导流主体的导流表面和第二出口表面可以形成单个无缝导流表面。

在一个实施方案中，内部底部导流主体可以被配置为将氢气流朝向喷嘴盖的两个相对侧重新引导。所述相对侧可以位于喷嘴盖的中心轴线的两侧。如果例如喷嘴盖在两个相对侧上包括出口，则这是有利的。

在一个实施方案中，喷嘴盖可以包括布置在内部底部导流主体的相对侧上的两个出口，其中内部导流主体被配置为将氢气流从入口朝向两个出口重新引导。

在一个实施方案中，内部底部导流主体可以被成形为填充喷嘴盖容积中的两个出口之间的容积。由此，喷嘴盖内的残留氢气量减少。此外，两个出口的侧之间穿过喷嘴盖的横流减少，从而导致喷嘴盖中的涡流减少。

在实施方案中，内部底部导流主体可以位于喷嘴盖的底部中心。

在其他实施方案中，内部底部导流主体可以布置成偏离喷嘴盖的底部的中心。

根据当前的具体实施方式，内部底部导流主体的不同偏移和位置是有利的。例如，在一些实施方式中可以使用偏移布置，例如仅具有一个出口以减少流向不具有出口的侧的流量。当需要将等量的这种流引导到喷嘴盖的不同侧时，居中位置可能是有利的。

在一个实施方案中，内部底部导流主体可以被成形为基本上填充喷嘴盖的与出口相对的侧。由此，有利地减少了喷嘴盖中的死容积，这导致可以保留在喷嘴盖中的残余氢气的量减少。

在一个实施方案中，出口的数量多于两个，其中内部底部导流主体包括一组导流表面以用于将氢气流朝向所述出口的每一者重新引导。因此，内部底部导流主体可以有利地设计为与出口的数量相对应，从而仍然提供通过喷嘴盖的改进的氢气流。

取决于当前的实施方式，喷嘴盖可以具有不同的外部形状。

例如，在一个实施方案中，内部底部导流主体可以具有凸形外部形状。

在另一实施方案中，内部底部导流主体可以具有凹形外部形状。

在一个实施方案中，内部底部导流主体包括从内部底部导流主体的上脊突出的导流元件，以用于进一步提供喷嘴盖中的氢气流的进一步调整。由此，喷嘴盖被进一步改进以将氢气流朝向出口引导。

根据本发明的第二方面，提供了一种燃料喷射喷嘴，其包括根据本文公开的实施方案中的任一者的入口阀和喷嘴盖。

本发明的第二方面的效果和特征在很大程度上类似于上面结合第一方面描述的那些效果和特征。

根据本发明的第三方面，提供了一种包括根据第二方面的燃料喷射喷嘴的氢内燃发动机。

根据本发明的第四方面，提供了一种包括根据第二方面的燃料喷射喷嘴或根据第三方面的氢内燃发动机的车辆。

第三方面和第四方面的效果和特征在很大程度上类似于上面关于第一方面和第二方面描述的那些效果和特征。

当研究所附权利要求和以下描述时，另外的特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围的情况下，可以组合不同特征以创建不同于以下描述的实施方案的实施方案。

附图说明

下文将参考附图更详细地描述作为示例引用的本发明的实施方案。

在附图中：

图1是根据本发明的示例性实施方案的卡车形式的车辆；

图2A是包括根据本发明的示例性实施方案的喷嘴盖的透视截面图；

图2B是图2A所示的喷嘴盖和阀的截面侧视图；

图3是包括根据本发明的示例性实施方案的喷嘴盖的截面侧视图；

图4A是包括根据本发明的示例性实施方案的喷嘴盖的透视截面图；

图4B是图4A所示的喷嘴盖和阀的截面侧视图；

图5是包括根据本发明的示例性实施方案的喷嘴盖的截面侧视图；

图6A至图6F概念性地示出根据本发明的实施方案的不同类型的内部底部导流主体；以及

图7是包括根据本发明的示例性实施方案的喷嘴盖的透视截面图。

具体实施方式

现在下文将参考附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施方案。然而，本发明可以以许多不同的形式体现，并且不应被解释为限于本文阐述的实施方案；而是，提供这些实施方案是为了彻底和完整起见。技术人员将认识到可以在所附权利要求的范围内做出许多改变和修改。相似的参考符号贯穿本描述指代相似的元件。

图1示出了卡车1形式的车辆，其包括发动机2，例如，诸如内燃发动机。内燃发动机是氢发动机。卡车1可以是混合动力电动车辆。卡车1的氢内燃发动机2还包括具有如本文所公开的喷嘴盖的燃料喷射喷嘴。

图2A是用于燃料喷射喷嘴4的喷嘴盖100的透视截面图，所述燃料喷射喷嘴在使用时可在氢内燃发动机2中操作。图2B是图2A所示的喷嘴盖100和阀的截面。喷嘴盖100包括用于接收氢气流的入口104。氢气流由通常加压的氢气存储提供。通过入口104的氢气流可由可布置在入口104中的入口阀106控制。当阀106的轴107处于上部位置时，入口104关闭并且不允许氢气进入喷嘴盖容积111。在图2A至图2B所示的下部位置，入口104打开并且允许氢气进入喷嘴盖容积11。

喷嘴盖100还包括至少一个出口108以用于提供出口氢气流。内部底部导流主体109布置在喷嘴盖容积111中的入口104(例如与入口109相对)下游的喷嘴盖100的底侧110处。内部底部导流主体109被成形为朝向入口104突出并且包括用于将从入口104接收的氢气流重新引导到出口108的导流表面112。

氢气流通过入口104进入，并且在进入喷嘴盖容积111之前最初由阀108的导流表面123和阀座124引导。如果内部底部导流主体109不存在，则在盖内部产生涡流并且获得流向出口108的次优氢气流。然而，如由本文的实施方案所提供的，内部底部导流主体109提供朝向出口108的改进的氢气流引导。

内部底部导流主体109沿着轴线122从底侧110朝向入口104侧延伸。内部底部导流主体109的导流表面112确保氢气的流动遵循所述导流表面的形状并被朝向出口104引导。

内部底部导流主体109相对更靠近阀108延伸，这有利地减少穿过内部底部导流主体109的中心122以及此处还有喷嘴盖100的氢气的横流，这进一步改进对氢气流的引导。此外，内部底部导流主体109的尺寸相对较大，使得填充喷嘴盖容积111的大部分。这降低了残余氢气保留在喷嘴盖容积106中的风险。一般来说，尺寸越大越好，但尺寸不应损及内部底部导流主体109将氢气流朝向出口108引导的能力。在图2A至图2B中，内部底部导流主体位于喷嘴盖100中的中心。

此外，邻近阀座124的导流表面128被成形为将流朝向出口108引导。导流表面128邻近阀座124，使得导流表面128和阀座124形成连续的导流表面。

表面112和128协作以便以空气动力学方式将流朝向出口108引导。例如，出口108包括形成出口108的第一出口表面114和第二出口表面116。这些表面114和116是出口108的孔缘。为了提供通过出口108的有效流动，第一上出口表面114的形状基本上遵循第二下出口表面116的形状。这样，来自出口108的在第一出口表面114处的出口氢气流与在第二出口表面116处的出口氢气流方向基本相同。因此，导流表面112以及出口表面112和114的形状可以根据出口108和入口104的相对位置而不同，但适于将氢气流朝向出口108引导。在图1中，内部底部导流主体109具有凸形外部形状，从而在喷嘴盖中形成凸脊。内部底部导流主体109的导流表面112和第二出口表面116的截面形状可以在两个方向上弯曲成类似S形。

阀座124、导流表面128和第一出口表面114优选地形成连续、光滑的导流表面。类似地，导流表面112和第二出口表面116优选地形成连续、光滑的导流表面。盖壁129的导流表面128与底部导流主体的导流表面112通过孔缘表面114、116平滑地连接。

还可以想到的是，形成出口的第一出口表面和第二出口表面一起形成圆锥形出口。

内部底部导流主体109的导流表面112被布置成紧邻第二出口表面116。优选地，导流表面112和第二出口表面形成沿着内部底部导流主体109一直延伸到出口108的无缝导流表面。导流表面112和第二出口表面116被配置为沿与第一出口表面116处的出口氢气流相同的方向协作地引导在第二出口表面处的出口氢气流。

图3概念性地示出本发明的另一个实施方案。该实施方案可能主要旨在用于主孔方向相对于喷射器中心轴线方向呈一定角度的单孔盖。图3所示的喷嘴盖300与图2A至图2B所示的喷嘴盖的不同之处在于，内部底部导流主体309被成形为基本上填充喷嘴盖的与出口108相对的侧140。换句话说，内部底部导流主体309不是在内部底部导流主体109的没有出口的侧留出开放容积，而是填满该容积。这显著减少了可以保留在喷嘴盖300中的残余氢气的量。

喷嘴盖的出口的数量可以多于一个。转向图4A至图4B，示出了具有两个出口108a至108b的喷嘴盖400。图4A是喷嘴盖400的透视截面图，并且图4B是喷嘴盖400的截面图。内部底部导流主体409被配置为将氢气流朝向喷嘴盖400的两个相对侧重新引导，其中两个出口位于所述两个相对侧上。因此，内部底部导流主体409包括两个相对的导流表面112a至112b。第一导流表面112a被配置为将氢气流朝向第一出口108a引导，并且第二导流表面112b被配置为将氢气流朝向第二出口108b引导。

图5概念性地示出喷嘴盖的另一个实施方案。这里，喷嘴盖500包括如上面参考前面的附图所讨论的内部底部导流主体509，以及两个出口508a至508b。此外，喷嘴盖500包括至少一个第一内侧导流主体518，所述至少一个第一内侧导流主体布置在喷嘴盖500的侧壁520处并且在喷嘴盖容积506中向内突出，以用于将氢气流朝向出口508a至508b引导。因此，内部主体518和509限定外表面510a至510b和521a至521b，所述外表面与氢气流接触并且被协作地配置为将氢气流朝向出口引导以减少盖容积506中的涡流。

第一内侧导流主体518被成形为具有凸形外表面，以允许接收来自入口的流并在相对于出口508a至508b相对布置的内部底部导流主体509的辅助下沿着内部导流主体518在引导流的表面上引导流。

优选地，至少一个第一内侧导流主体521a至521b的表面部分525的形状基本上遵循内部底部导流主体的导流表面510a至510b的形状，使得来自出口的在第一出口表面512a和512b处的出口氢气流与在第二出口表面514a和514b处的出口氢气流方向分别基本相同。优选地，内侧导流主体521b的邻近第二出口表面514b的表面部分525b的形状与内部底部导流主体509的与表面部分525b相对的表面部分的形状基本类似。类似地，在其他出口108a处，内侧导流主体521a的邻近第二出口表面514a的表面部分525a的形状与内部底部导流主体509的与表面部分525a相对的表面部分的形状基本类似。

一般来说，内部导流主体509、521a至521b被配置为将氢气流从入口朝向两个出口508a至508b重新引导。

在出口的数量多于两个的情况下，内部底部导流主体包括一组导流表面以用于将氢气流朝向所述出口的每一者重新引导。

对于关于图4A、图4B和图5讨论的每个实施方案有利的是使内部底部导流主体成形为填充喷嘴盖容积中的两个出口之间的容积。因此，内部底部导流主体从一侧到另一侧到达喷嘴盖的整个内部容积，但使开口保持打开。此外，内部底部导流主体509、109位于喷嘴盖的底部中心。

图6A至图6F概念性地示出内部底部导流主体的不同配置。在图6A至图6F中示出内部底部导流主体的示例性高度曲线和形状。然而，这些仅是示例，并且变化是可能的并且在本发明的范围内。内部底部导流主体的形状通常被配置为帮助氢气流沿优选方向有效地到达喷嘴盖的出口。

图6A是具有凸形外部形状的内部底部导流主体600的俯视图602和侧视图604。因此，导流表面606具有凸形形状并且被配置为将氢气流从入口引导到出口，如本文所述。这里，导流表面606具有相对较浅的斜度。此外，在侧部608处，在内部底部导流主体600和入口阀轴(图6A中未示出)之间形成通道。轴线2000指示喷嘴盖的中心，因此，内部底部导流主体600在此被指示为位于喷嘴盖的中心。

图6B是内部底部导流主体700的俯视图602和侧视图604，其具有凸形外部形状，但与图6A所示的内部底部导流主体600相比，具有更窄的侧向延伸部。内部底部导流主体700被配置为屏障型结构，其允许内部底部导流主体700的侧之间的横流最小。

图6C是内部底部导流主体800的俯视图602和侧视图604，其具有与图6A所示的内部底部导流主体600类似的凸形外部形状。然而，内部底部导流主体800被布置成偏离喷嘴盖的底部的中心2000。因此，内部底部导流主体800被定位成使得更多的氢气流被朝向内部底部导流主体800的第一侧802而不是朝向第二侧804引导。换句话说，内部底部导流主体800的偏心位置有利于将氢气流朝向第一侧802引导。

图6D是具有凸形外部形状的内部底部导流主体900的俯视图602和侧视图604。内部底部导流主体900与内部底部导流主体600的不同之处在于，导流表面906的斜度比内部底部导流主体600的导流表面606的斜度更陡。较陡的斜度导致较小的通道908，这有利地减少穿过喷嘴盖的中心2000的横流。

图6E是内部底部导流主体1000的俯视图602和侧视图604，所述内部底部导流主体适于填充喷嘴盖的与出口相对的一侧。因此，在内部底部导流主体1000的一侧具有适于将氢气流朝向出口引导的导流表面1006。内部底部导流主体1000的另一侧填充喷嘴盖在该侧上的容积。因此，被引导到喷嘴盖的填充侧的流量很少。

图6F是具有凹形外部形状的内部底部导流主体1100的俯视图602和侧视图604。具有凹形形状的导流表面1106有利于将氢气流朝向出口108的中心引导，换句话说，导流表面1106的凹形形状使流朝向出口108的中心会聚。

图7概念性地示出根据本发明的实施方案的喷嘴盖1300的透视截面。这里，内部底部导流主体1309包括从内部底部导流主体1309的上脊1314突出的导流元件1312。这使得朝优选方向调整喷嘴盖中的氢气流。导流元件1312特别适于引导来自喷嘴盖出口108a、108b之间的区域中的阀座的少量流，使得出口之间的该位置处的流更好地被朝向出口108a、108b引导。因此，导流元件1312被设计成将到达底部导流主体1309的行进流向下重新引导到出口108a、108b之间的位置处。

尽管其他可能性也是可以想到的，但是喷嘴盖优选地由钢制成。

尽管已经参考本发明的具体示例性实施方案描述了本发明，但是许多不同的改变、修改等对于本领域技术人员来说将是显而易见的。因此，应当理解，本发明不限于上述和附图中示出的实施方案；而是，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求的范围内做出许多改变和修改。