CN115917161A - 用于喷射泵的喷嘴装置和喷射泵 - Google Patents

用于喷射泵的喷嘴装置和喷射泵 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于喷射泵的喷嘴装置，包括一驱动喷嘴和一第一抽吸喷嘴，其中所述第一抽吸喷嘴设置在所述驱动喷嘴的径向外侧，并且其中所述喷嘴装置被设置成使得流过所述驱动喷嘴的流体驱动流过所述第一抽吸喷嘴的流体。本发明还公开一种包括相应的喷嘴装置的喷射泵。

Description

用于喷射泵的喷嘴装置和喷射泵
技术领域
本发明是有关于一种用于喷射泵的喷嘴装置，包括一驱动喷嘴和一第一抽吸喷嘴，其中所述第一抽吸喷嘴设置在所述驱动喷嘴的径向外侧，并且其中所述喷嘴装置被设置成使得流过所述驱动喷嘴的流体驱动流过所述第一抽吸喷嘴的流体。本发明还有关于一种包括相应的喷嘴装置的喷射泵。
背景技术
喷射泵用于通过主驱动流体流产生第二流体流。主驱动流体通过例如泵被加速并被引导以使其与第二流体接触。两种流体之间的速度和压力梯度确保第二流体被第一流体流加速。因此，在喷射泵中，第二流体流由第一流体流驱动。
喷射泵可以设计为包括多个泵级和喷嘴的单级或多级喷射泵。喷射泵的一个主要缺点是由于主驱动流体的高速喷射与几乎停滞的第二辅助流体混合而导致的效率低。
因此，本发明的目的是提供一种改进的喷射泵和改进后的喷射泵喷嘴几何形状，其与已知的喷射泵及喷射泵喷嘴几何结构相比表现出优越的效率。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种通过根据权利要求1的喷嘴装置和根据权利要求10的喷射泵实现，所述喷射泵包括至少一个这样的喷嘴装置。本发明的有利实施例是从属权利要求的目标。
根据本发明，提供了一种用于喷射泵的喷嘴装置，所述喷嘴装置包括驱动喷嘴和第一抽吸喷嘴，其中所述第一抽吸喷嘴被设置在所述驱动喷嘴的径向外侧，并且其中所述喷嘴装置被设计成使得通过所述驱动喷嘴的流体流驱动通过所述第一抽吸喷嘴的流体流动。在一个简单的实施例中，驱动喷嘴出口可以足够靠近第一抽吸喷嘴出口，使得驱动喷嘴的低压和高速流体流可以与第一抽吸喷嘴的流体相互作用。
第一抽吸喷嘴可以被定位成使得射流和吸入质量流之间的界面处的剪切应力被降低或通过驱动喷嘴的流体流和通过第一或另外的抽吸喷嘴的流体流被减小。这与上述定义的剪切应力是流体粘度和速度梯度的乘积有关。后者在本领域已知的喷射泵中可能非常大。高剪切应力导致湍流的产生，这反过来导致主要能量的耗散，这是已知喷射泵效率低的原因。本发明的喷射泵和喷嘴装置提供了增强的喷射泵效率，因为当引起两个或更多质量流量或流体体积流量的混合时，剪切应力减小。
在本发明的优选实施例中，喷嘴装置可以被设计成使得第一抽吸喷嘴围绕驱动喷嘴同心地设置，及/或第一抽吸喷嘴包括轴对称体积，例如环形体积。驱动喷嘴和/或第一抽吸喷嘴可包括喷嘴壁部分，其具有旋转对称性，特别是围绕一个喷嘴或两个喷嘴的中心轴线。
在本发明的优选实施例中，喷嘴装置可以被设计成在驱动喷嘴和第一抽吸喷嘴的下游设置第一混合管。第一混合管可以连接到第一抽吸喷嘴的一外侧壁。具体地，第一混合管和第一抽吸喷嘴的外侧壁可以一体成型制成。第一混合管、驱动喷嘴和第一抽吸喷嘴可以彼此同轴设置。
在本发明的优选实施例中，喷嘴装置可以被设计成使得第一混合管包括在第一混合管的下游端处的第一扩散器段。第一扩散器段可具有比第一混合管的位于第一扩散器段更上游的部分更大的横截面积。第一混合管的第一扩散器段可以与第一混合管及/或驱动喷嘴及/或第一抽吸喷嘴的其他部分同心地设置。
在本发明的优选实施例中，喷嘴装置可以被设计成使得一第二抽吸喷嘴被设置在第一混合管的下游，其中喷嘴装置被设计成使得流过第一混合管的一流体流驱动流过第二抽吸喷嘴的流体及/或其中第二抽吸喷嘴围绕第一混合管同心设置及/或其中第二抽吸喷嘴包括轴对称体积。第二抽吸喷嘴的设计和功能可包括例如关于第一抽吸喷嘴所描述的适用的特征。
特别地，第二抽吸喷嘴可以定位成足够靠近第一混合管的出口，使得第一混合管中的低压和高速流体流可以与第二抽吸喷嘴的流体相互作用。第二抽吸喷嘴可以被定位成使得在射流和吸入质量流之间的界面处的剪切应力或者通过第一混合管的流体流和通过第二抽吸喷嘴的流体流被减小。
在本发明的优选实施例中，喷嘴装置可以被设计成使得第二混合管设置在第一混合管和第二抽吸喷嘴的下游。第二混合管可以连接到第二抽吸喷嘴的一外侧壁。特别地，第二混合管和第二抽吸喷嘴的外侧壁可以一体成型制成。第二混合管、第一混合管、驱动喷嘴及/或第一抽吸喷嘴和第二抽吸喷嘴可以彼此同轴布置。
在本发明的优选实施例中，喷嘴装置可以被设计成使得第二混合管包括在第二混合管的下游端的第二扩散器段。第二扩散器段可具有比第二混合管的截面更大的横截面面积，第二混合管的截面位于第二扩散器段的更上游的部分。第二扩散器段可以与第二混合管及/或驱动喷嘴及/或第一抽吸喷嘴和/或第二抽吸喷嘴的其他部分同心设置。
在本发明的优选实施例中，喷嘴装置可以被设计成使得第一流体流过驱动喷嘴并且第二流体流过第一抽吸喷嘴及/或第二抽吸喷嘴，其中第一流体和第二流体是相同种类的流体或者其中第一流体和第二流体是不同种类的流体。流经驱动喷嘴的第一流体可视为驱动流体。第一流体和第二流体可由同一流体源提供或由不同且分离的流体源提供。
在本发明的优选实施例中，喷嘴装置可以被设计成使得第一流体是气体并且第二流体是气体及/或第二流体是液体。通常，本发明的喷嘴设计可与液体及/或气体的任何合适组合一起使用。在气体用作一种或两种流体的情况下，可以选择空气、燃料蒸汽、燃烧气体及其混合物作为流体中的一种。
本发明还涉及一种喷射泵，其包括至少一个根据权利要求1至9中任一项所述的喷嘴装置。如本文所用术语喷射泵可以理解为包括除喷嘴装置之外的其他部件。这样的另外的部件可以包括电源、压力源、控制装置、电子连接件、流体连接件、一个或多个流体源和/或流体导管。
参考附图中所示的实施例描述本发明的更多细节和优点。
附图说明
图1是一喷嘴装置包括一个驱动喷嘴和两个抽吸喷嘴的示意图。
图2a至图2b是根据现有技术的喷嘴设备的示意图。
图3a至图3b是根据本发明的喷嘴装置的示意图。
具体实施方式
图1显示了用于一喷射泵的一喷嘴装置。如本文所用术语喷射泵可以在广义上理解，并且可以包括除了图1中所示的实际喷嘴几何形状之外的任何其他附加组件。喷嘴装置包括驱动喷嘴10和第一抽吸喷嘴1，其中第一抽吸喷嘴1设置在驱动喷嘴10的径向外侧，并且其中喷嘴装置被设计成使得流过驱动喷嘴10的一流体流驱动通过第一抽吸喷嘴1的流体。喷嘴装置可以围绕中心线C布置。特别地，喷嘴装置可以相对于中心线C至少部分地对称。
第一抽吸喷嘴1可围绕驱动喷嘴10同心设置。驱动喷嘴10可具有圆形横截面并包括圆柱形导管部分。替代地或附加地，驱动喷嘴10可以包括非圆柱形导管部分。第一抽吸喷嘴1可以包括轴对称体积或轴对称导管部分。驱动喷嘴10的导管部分可以至少部分地定位在第一抽吸喷嘴1的导管部分内。在这些情况下，喷嘴装置可至少在沿着中心线C的一些位置处呈现围绕中心线C的旋转对称。
或者，喷嘴装置可以呈现相对于包括中心线C并且垂直于图1的投影平面的平面的反射对称性。在这种情况下，抽吸喷嘴1和驱动喷嘴10可以包括例如长方体导管部分或近似长方体导管部分。此外，喷嘴装置可以不呈现出关于上述限定平面的反射对称性，但仍然可以包括完全或至少部分长方体几何形状的导管部分。术语导管部分目前可被理解为指导管部分，其在径向方向上由实心壁界定。实心壁可以在导管部分的圆周方向上完全围绕导管部分。
驱动喷嘴10和第一抽吸喷嘴1的导管部分可以通过第一壁11至少部分地分开。第一壁11可以包括锥形部分和直接连接到锥形部分的至少一个圆柱形部分。
第一壁11的右端或下游端可被视为驱动喷嘴10的出口部分，其中驱动喷嘴10中的第一流体与第一抽吸喷嘴1的第二流体相遇，并且两种流体相互作用，使得第二流体由第一流体驱动。第一壁11的内侧可以完全围绕驱动喷嘴10，因此其本身限定了驱动喷嘴10的横截面面积和形状。第一壁11的外侧可以限定第一抽吸喷嘴1的内侧边界。第一壁11的内侧和外侧可包括彼此平行或几乎平行的表面。特别地，第一壁11可包括至少一个圆柱形部分或沿流动方向具有恒定横截面积的部分。这尤其适用于第一壁11的最下游部分或更靠近第一壁11的最下游部分的部分。第一壁11的这两个侧面的这种紧密对齐确保了当流体一起流动或彼此相遇时，通过驱动喷嘴10的流体的流线和通过第一抽吸喷嘴1的流体的流线型彼此平行或接***行。
在驱动喷嘴10的出口部分的下游设置有第一混合管3。流体流动方向由喷嘴装置左侧和上方的三个箭头指示。围绕中心线C并靠近中心线C，图1中的大致流向是从左到右。因此，组件的下游位置位于图1中喷嘴装置组件的右侧。
因此，第一混合管3设置在驱动喷嘴10和第一抽吸喷嘴1的下游。可以选择混合管3的直径或横截面积，使得其可以容纳驱动喷嘴10与第一抽吸喷嘴2的组合体积流量。
第一混合管3可由第二壁32界定及/或第一混合管3可包括部分或完全圆柱形的导管部分。第一混合管3的长度可选择为混合管3的宽度或直径的2至5倍。具体地，混合管3的长度可选择为混合管3的宽度或直径的2.5至4倍。
第一混合管3可被设计成在第一混合管的下游端包括第一扩散器段31。第一扩散器段31的横截面积、直径或宽度可大于第一混合管3的其他部分，特别是上游部分。第一扩散器段31可以位于第一混合管3的最下游部分，也可以靠近第一混合管3的最下游部分。第一混合管3和第一扩散器段31可以由第二壁32一体形成。
第一扩散器段31可以靠近或可以是第二抽吸喷嘴2的一部分，第二抽吸喷嘴2设置在第一混合管3的下游，其中喷嘴装置被设计成使得流过第一混合管3的流体驱动流过第二抽吸喷嘴2的流体及/或其中第二抽吸喷嘴2围绕第一混合管3同心设置及/或其中第二抽吸喷嘴2包括由内壁和外壁界定的轴对称体积。
如图1的实施例所示，本喷嘴装置可以是一级或多级喷嘴装置，包括多个抽吸喷嘴1、2及/或驱动喷嘴10。因此，第一混合管3的最下游部分，特别是第一混合管3的出口部分可以看作是另一个驱动喷嘴或另一个驱动喷嘴的一部分，用于驱动流体通过第二抽吸喷嘴2。
第二抽吸喷嘴2的几何形状可以对应于第一抽吸喷嘴1的几何形状，因为它可以表现出围绕中心线C的旋转对称性或与上述第一抽吸喷嘴1的反射对称性类似的反射对称性。
或者，非对称的实施例也是可能的，如上所述。此外，限定第二抽吸喷嘴2的壁，即第二抽吸喷嘴2内侧的第二壁32和第二抽吸喷嘴2外侧的另一壁可以定向成使得它们使通过第二抽吸喷嘴2的流体与通过第一混合管3的流体紧密对齐。特别地，第二抽吸喷嘴2可以设置成使得流过第二抽吸喷嘴2的流体的速度矢量在方向和大小上接近流过第一混合管3的流体的速度矢量。因此，第二抽吸喷嘴2的边界壁可以与通过混合管3的流动方向平行及/或成角度，使得通过第一混合管3的流体和通过第二抽吸喷嘴2的流体仅以最小限度损失混合在一起。
第一混合管3和第二抽吸喷嘴2的下游可以设置第二混合管4。第二混合管4可包括圆柱形导管部分和/或在第二混合管4的下游端的第二扩散级41。第二混合管4的下游端可连接到或可连接到一流体导管。
在喷嘴装置的操作期间，驱动喷嘴10被第一流体流过并且第一抽吸喷嘴1及/或第二抽吸喷嘴2被第二流体流过，其中第一流体和第二流体是相同种类的流体或者其中第一流体和第二流体是不同种类的流体。驱动喷嘴10的第一流体驱动流体流过抽吸喷嘴1、2，所述流体可以是气体和/或液体。
第一抽吸喷嘴1或两个或更多个抽吸喷嘴1、2可以是环形或接近环形的喷嘴，围绕圆形驱动喷嘴10或至少部分地围绕其他的驱动喷嘴。驱动喷嘴10可以同心地或以不同的方式被包围。驱动喷嘴10可以是驱动空气喷嘴。所述喷嘴装置可与内燃机的涡轮增压器一起使用。在这种情况下，喷嘴装置可被视为喷射泵的一部分，用于将气体从例如燃料箱泵入内燃机。
本发明的喷嘴可以设计成使得相邻喷嘴的流速及/或流动方向尽可能相似。特别地，喷嘴可被设计成使得离开驱动喷嘴10的第一流体流的流动方向和/或速度与离开第一和/或第二抽吸喷嘴1、2的第二流体流尽可能相似。
本发明的喷嘴装置和相应的喷射泵实际上提供了至少一个额外的抽吸喷嘴1、2，在吸入流与驱动流混合之前增加了吸入流的流速。附加的抽吸喷嘴1、2有效地减少了至少两个流体流，即第一流体流和第二流体流的混合过程中湍流的产生。结果，增加了泵的功率和效率。
动力以驱动质量流的形式供应给相应的喷射泵，其在驱动喷嘴中被加速并且相应地产生高速和低压的流体射流。出现的低压用于将吸入质量流吸入泵或喷嘴装置，其与驱动流即第一流体流混合。驱动质量流或第一流体流和吸入质量流或第二流体流在通过一个或多个扩散器段31、41之后离开泵或喷嘴装置，这增加了流体的压力。
喷射泵的一个主要优点是其设计简单，无需移动部件。主要缺点包括由于高速射流与几乎停滞的流体混合而导致的这种泵的效率低。
图2a显示了本领域已知的典型喷射泵流配置的示意图。图2b显示了相应流体流动的简化表示。如图2a所示，驱动喷嘴10产生高速射流，其吸入通常具有非常低速度的吸入质量流。
图2b是典型喷射泵流的理想化表示。低速吸入质量流由短的水平箭头指示。它与长水平箭头指示的高速射流混合。所示的高速梯度导致高剪切应力。图2b中所示的流动仅考虑射流方向，即水平方向的流动分量。
射流和吸入质量流之间或第一流体流和第二流体流之间的界面处的剪切应力τ分别随着相应流体流的速度梯度而增加。由于两种流体流的速度差异很大，后者通常非常大。高剪切应力导致湍流的产生，而湍流反过来导致主要能量的耗散，这是喷射泵效率低的原因。更高效的喷射泵需要减少由两种质量流混合引起的剪切应力。由于射流速度由必要的泵送压力决定，因此降低界面处剪切应力的唯一方法是增加射流方向上的吸入流的流速。
图3a和3b显示了喷射泵的流动配置，其中吸入流在与射流混合之前被加速，从而降低了速度梯度。这减少了剪切应力，因此减少了产生的湍流和耗散的能量。结果，能量损失更少，喷射泵效率更高。在图3a中，喷射泵或喷嘴装置包括用于抽吸流体的驱动喷嘴10和第一抽吸喷嘴1。图3b显示了相应流程的理想化表示。吸入流速度由较短的水平箭头表示，射流速度由较长的水平箭头表示。可以看出，长度差异和速度差异小于图2b中所示的情况。因此，剪切应力减小。和之前一样，图3b中所示的流动仅考虑射流方向(即水平方向)上的流动分量。抽吸喷嘴1、2可以被设计成引导第二流体流，使得它在与其平行的方向上或以非常小的角度接近第一流体流。为了实现这种效果，抽吸喷嘴1、2可以包括相应成角度的边界。
本发明特别用于车辆的曲轴箱和油箱的通风。由于漏气和燃油蒸发，这些组件需要使用相应的喷射泵进行通风，以达到当前的排放法规。这里，提供给内燃机的空气可以用作驱动流体或第一流体。提供的空气可以是压缩空气，例如来自涡轮增压器或压缩机。本发明提供了用于在怠速发动机和全油门操作导致低和高驱动压力时为这些部件通风的高性能装置。同时，本发明提供了在发动机全速运转时驱动空气或驱动流体消耗低的喷射泵。
本发明不限于任何上述实施例或特征。本发明可以包括对所描述的实施例的各种添加或修改。
由权利要求、说明书和附图产生的所有特征和优点，包括结构细节、空间设置和程序步骤，无论是单独的还是最多样化的组合，对于本发明都是必不可少的。
参考标号
1 第一抽吸喷嘴
2 第二抽吸喷嘴
3 第一混合管
4 第二混合管
10 驱动喷嘴
11 第一壁
31 第一扩散器段
32 第二壁
41 第二扩散器段
C 中心线

Claims (10)

1.一种用于一喷射泵的一喷嘴装置，其特征在于：包括一驱动喷嘴(10)和一第一抽吸喷嘴(1)，其中所述第一抽吸喷嘴(1)设置在所述驱动喷嘴(10)的径向外侧，并且其中所述喷嘴装置被设置成使得流过所述驱动喷嘴(10)的流体驱动流过所述第一抽吸喷嘴(1)的流体。
2.如权利要求1所述的喷嘴装置，其特征在于：所述第一抽吸喷嘴(1)围绕所述驱动喷嘴(10)同心设置，及/或所述第一抽吸喷嘴(1)包括轴对称体积。
3.如权利要求1或2所述的喷嘴装置，其特征在于：所述驱动喷嘴(10)和第一抽吸喷嘴(1)下游设有一第一混合管(3)。
4.如权利要求3所述的喷嘴装置，其特征在于：所述第一混合管(3)包括位于所述第一混合器(3)的下游端的一第一扩散器段(31)。
5.如权利要求3或4所述的喷嘴装置，其特征在于：所述第一混合管(3)下游设置有一第二抽吸喷嘴(2)，其中所述喷嘴装置被设置成使得流过所述第一混合管(3)的流体驱动流过所述第二抽吸喷嘴(2)的流体，及/或其中所述第二抽吸喷嘴(2)围绕第一混合管同心设置(3)，及/或其中所述第二抽吸喷嘴(2)包括轴对称体积。
6.如权利要求5所述的喷嘴装置，其特征在于：一第二混合管(4)设置在第一混合管(3)和第二抽吸喷嘴(2)的下游。
7.如权利要求6所述的封装构造，其特征在于：所述第二混合管(4)包括位于所述第二混合管道(4)的下游端的一第二扩散器段(41)。
8.如前述权利要求中任一项所述的喷嘴装置，其特征在于：所述第一流体流过驱动喷嘴，第二流体流过第一抽吸喷嘴(1)及/或第二抽吸喷嘴(2)，其中第一流体和第二流体是相同种类的流体，或者其中第一流体和第二流体是不同种类的流体。
9.如权利要求8所述的喷嘴装置，其特征在于：第一流体是气体并且第二流体是气体及/或第二流体是液体。
10.一种喷射泵，其特征在于：包括至少一个根据权利要求1至9中任一项所述的喷嘴装置。
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