柴油機多孔噴油器各孔噴油規(guī)律及內(nèi)部流動特性研究.pdf

1、對于柴油機多孔噴油器，由于加工工藝的誤差及結(jié)構(gòu)和液力條件的不同，各孔間的噴油規(guī)律存在一定的差異。這將引起燃燒室內(nèi)燃油不均勻的空間及時間分布，進(jìn)而影響柴油機的燃燒和排放特性。當(dāng)前常用的噴油規(guī)律測試設(shè)備和方法，雖可給出多孔噴油器總的噴油規(guī)律較為精確的測試結(jié)果，但對于各孔噴油規(guī)律間的可能差異，卻難以提供較有價值的信息。雖已有相關(guān)學(xué)者對各孔噴油規(guī)律的測試設(shè)備和方法進(jìn)行過相關(guān)研究，但當(dāng)前經(jīng)試驗驗證的、能夠測量柴油機實際噴射過程、響應(yīng)特性較好且易于

2、應(yīng)用的相關(guān)測試裝置及方法還鮮見報道。
　　當(dāng)前，雖已有大量學(xué)者對噴嘴內(nèi)的流動特性進(jìn)行過相關(guān)模擬分析，但其研究主要集中于噴射條件、噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)、針閥的運動及不同的燃料等對噴嘴內(nèi)流動特性的影響方面，且多是基于單孔噴嘴或各孔均布的多孔噴嘴進(jìn)行的。由于加工工藝的誤差及結(jié)構(gòu)和液力條件的不同，柴油機多孔噴油器各孔的內(nèi)部流動特性會存在一定的差異。然而，還鮮有人進(jìn)行過上述相關(guān)研究。由于各孔內(nèi)部流動特性的差異必然會導(dǎo)致各孔噴射特性的差異，進(jìn)而影響各

3、噴束的霧化、蒸發(fā)和混合，并最終影響發(fā)動機的整機性能，因此，很有必要對其進(jìn)行系統(tǒng)研究。
　　基于此，根據(jù)質(zhì)量守恒定律、伯努利方程、噴孔出口平均流速和流量系數(shù)間的關(guān)系、流量系數(shù)和噴霧動量流間的關(guān)系及動量守恒理論等，提出了一種基于噴霧動量流的柴油機多孔噴油器各孔噴油規(guī)律瞬態(tài)測試方法?；谒岢龅臏y試方法，搭建了各孔噴油規(guī)律瞬態(tài)測試臺架，其中:采用具有較高響應(yīng)特性的壓電晶體力傳感器對各孔的噴霧沖擊力進(jìn)行測試，與噴霧直接沖擊的目標(biāo)板通過螺紋

4、擰緊在傳感器的頭部;通過磁性表座對力傳感器-目標(biāo)板組件進(jìn)行固定，力傳感器-目標(biāo)板組件相對噴霧軸線的夾角及相對噴孔出口的距離是可調(diào)節(jié)的;采用自行開發(fā)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測錄;采用夾持在壓力室上游噴油嘴外圓的外卡式壓力傳感器對噴油壓力進(jìn)行測試。在不同的運行工況下，試驗驗證了所提測試方法的可行性，并分析了測試臺架結(jié)構(gòu)參數(shù)對噴孔噴油規(guī)律測試的影響。建立了噴嘴內(nèi)部流動的三維氣液兩相流空穴模型，并通過各孔噴油規(guī)律測試結(jié)果，對所建模型的預(yù)測精

5、度進(jìn)行了驗證。通過試驗和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研究了燃油溫度、噴孔結(jié)構(gòu)參數(shù)及噴射條件對各孔噴油規(guī)律及其差異的影響，并分析了噴射條件和噴孔結(jié)構(gòu)參數(shù)對各孔內(nèi)部流動特性的影響。
　　試驗結(jié)果顯示:利用所提出的測試方法，可對噴油器各孔的噴油規(guī)律進(jìn)行較為精確的測試，當(dāng)噴孔出口與目標(biāo)板距離及目標(biāo)板與噴霧軸線夾角分別為10mm和90°時，不同工況下基于各孔噴油規(guī)律測試結(jié)果得到的循環(huán)噴油量與實測值的相對誤差均小于5％;當(dāng)目標(biāo)板與噴霧軸線夾角小于1

6、00°及噴孔出口與目標(biāo)板距離小于12mm時，不同傳感器位置處所測得的噴油規(guī)律曲線具有較高吻合度;對于多孔噴油器，噴孔軸線與針閥軸線夾角較大的噴孔，其噴油始點將推遲，噴油終點將提前，循環(huán)噴油量將變小;隨著燃油溫度的升高，各孔的噴油始點將逐漸推遲，噴油速率將逐漸降低，噴油持續(xù)期將逐漸變短，各孔的循環(huán)噴油量及其不均勻系數(shù)將逐漸降低。
　　數(shù)值模擬結(jié)果表明:流入噴孔內(nèi)的燃油包括由壓力室上游流入的部分和由壓力室底部流入的部分，但隨著噴孔軸線

7、與針閥軸線夾角的增加，進(jìn)入噴孔的上述兩部分燃油均逐漸減少，噴孔出口的平均流速逐漸降低;在針閥的開啟階段，針閥升程的增加對各孔內(nèi)的空化效應(yīng)均具有強化作用;在針閥的關(guān)閉階段，隨著針閥的下落，各孔內(nèi)的空化效應(yīng)也是略有增加的，且該現(xiàn)象在較小針閥升程時尤為明顯;隨著噴油壓力和噴孔直徑的增加，各孔內(nèi)的空化效應(yīng)均逐漸增強，但隨著噴油背壓、噴孔入口導(dǎo)圓半徑及噴孔長度的增加，各孔內(nèi)的空化效應(yīng)均逐漸減弱。隨著噴油壓力、噴孔入口導(dǎo)圓半徑及噴孔直徑的增加，各孔