柴油機(jī)多孔噴油器各孔噴油規(guī)律及內(nèi)部流動(dòng)特性研究.pdf

1、對(duì)于柴油機(jī)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(shí)間分布，進(jìn)而影響柴油機(jī)的燃燒和排放特性。當(dāng)前常用的噴油規(guī)律測(cè)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(cè)試結(jié)果，但對(duì)于各孔噴油規(guī)律間的可能差異，卻難以提供較有價(jià)值的信息。雖已有相關(guān)學(xué)者對(duì)各孔噴油規(guī)律的測(cè)試設(shè)備和方法進(jìn)行過(guò)相關(guān)研究，但當(dāng)前經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證的、能夠測(cè)量柴油機(jī)實(shí)際噴射過(guò)程、響應(yīng)特性較好且易于

2、應(yīng)用的相關(guān)測(cè)試裝置及方法還鮮見(jiàn)報(bào)道。
　　當(dāng)前，雖已有大量學(xué)者對(duì)噴嘴內(nèi)的流動(dòng)特性進(jìn)行過(guò)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(yùn)動(dòng)及不同的燃料等對(duì)噴嘴內(nèi)流動(dòng)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(jī)多孔噴油器各孔的內(nèi)部流動(dòng)特性會(huì)存在一定的差異。然而，還鮮有人進(jìn)行過(guò)上述相關(guān)研究。由于各孔內(nèi)部流動(dòng)特性的差異必然會(huì)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(dòng)機(jī)的整機(jī)性能，因此，很有必要對(duì)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(dòng)量流間的關(guān)系及動(dòng)量守恒理論等，提出了一種基于噴霧動(dòng)量流的柴油機(jī)多孔噴油器各孔噴油規(guī)律瞬態(tài)測(cè)試方法?；谒岢龅臏y(cè)試方法，搭建了各孔噴油規(guī)律瞬態(tài)測(cè)試臺(tái)架，其中:采用具有較高響應(yīng)特性的壓電晶體力傳感器對(duì)各孔的噴霧沖擊力進(jìn)行測(cè)試，與噴霧直接沖擊的目標(biāo)板通過(guò)螺紋

4、擰緊在傳感器的頭部;通過(guò)磁性表座對(duì)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(duì)噴霧軸線的夾角及相對(duì)噴孔出口的距離是可調(diào)節(jié)的;采用自行開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)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(duì)噴油壓力進(jìn)行測(cè)試。在不同的運(yùn)行工況下，試驗(yàn)驗(yàn)證了所提測(cè)試方法的可行性，并分析了測(cè)試臺(tái)架結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)噴孔噴油規(guī)律測(cè)試的影響。建立了噴嘴內(nèi)部流動(dòng)的三維氣液兩相流空穴模型，并通過(guò)各孔噴油規(guī)律測(cè)試結(jié)果，對(duì)所建模型的預(yù)測(cè)精

5、度進(jìn)行了驗(yàn)證。通過(guò)試驗(yàn)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(duì)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(duì)各孔內(nèi)部流動(dòng)特性的影響。
　　試驗(yàn)結(jié)果顯示:利用所提出的測(cè)試方法，可對(duì)噴油器各孔的噴油規(guī)律進(jìn)行較為精確的測(cè)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(shí)，不同工況下基于各孔噴油規(guī)律測(cè)試結(jié)果得到的循環(huán)噴油量與實(shí)測(cè)值的相對(duì)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(shí)，不同傳感器位置處所測(cè)得的噴油規(guī)律曲線具有較高吻合度;對(duì)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(diǎn)將推遲，噴油終點(diǎn)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(diǎn)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(kāi)啟階段，針閥升程的增加對(duì)各孔內(nèi)的空化效應(yīng)均具有強(qiáng)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(shí)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(qiáng)，但隨著噴油背壓、噴孔入口導(dǎo)圓半徑及噴孔長(zhǎng)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