影響噴油器噴霧特性的重要參數(shù)

張欣欣 閆亮

(一拖(洛陽)燃油噴射有限公司,河南洛陽 471004)

影響噴油器噴霧特性的重要參數(shù)

張欣欣 閆亮

(一拖(洛陽)燃油噴射有限公司,河南洛陽 471004)

為了滿足國家日趨嚴(yán)峻的排放法規(guī),同時保證滿足柴油機(jī)的性能要求,本文針對噴油器噴油霧化質(zhì)量對燃燒室內(nèi)可燃混合氣體燃燒是否完全的影響,詳細(xì)講述了貫穿深度、噴霧錐角、噴孔形狀等幾個影響噴油器噴霧特性的重要參數(shù),為后期的噴油器改進(jìn)設(shè)計指明了方向。

霧化 貫穿深度 噴霧錐角 噴孔

噴油器是柴油機(jī)燃油系統(tǒng)中重要的零部件之一，其主要作用是使燃油在一定的壓力下，以霧狀的形式噴入燃燒室，并合理分布，以便和空氣混合形成最有利于燃燒的可燃混合氣。所以對于噴油器來說，能夠使燃油達(dá)到霧狀的形態(tài)，才能夠更好的滿足柴油機(jī)的性能要求，使柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、動力性得到完美的配比。本文是以噴孔式針閥體為平臺，經(jīng)過具體的分析，發(fā)現(xiàn)影響噴油器霧化質(zhì)量的主要特性。

1 簡介霧化質(zhì)量

利用噴油泵使柴油產(chǎn)生高壓，并通過噴油器噴成霧狀的過程稱為柴油的霧化，柴油霧化后，可以大大地增加柴油顆粒的表面積，例如：1ml的柴油，如果是球形，直徑為12.4mm，其表面積為483，如果霧化成直徑10的均勻油滴，則油滴總數(shù)將為，表面積為，表面積增加了310倍。這樣細(xì)小的油滴被噴到高溫空氣中去，不但提高了加熱速度，也增加了與空氣接觸的機(jī)會，因此柴油能迅速氣化和氧化，促進(jìn)了可燃混合氣的形成和燃燒的進(jìn)程。

評價柴油的霧化質(zhì)量，包括霧化細(xì)度和霧化的均勻程度，柴油的顆粒越細(xì)并均勻，則表明柴油霧化質(zhì)量越好，越有利于燃燒。高速柴油機(jī)內(nèi)噴霧的油滴平均直徑為，通常直噴式燃燒室對霧化質(zhì)量有較高的要求，特別對地渦流或無渦流的柴油機(jī)要求更高，平均油粒直徑要求為，而對有渦流的直噴式柴油機(jī)則允許平均油粒直徑為。

2 影響噴霧的三個重要參數(shù)

2.1 貫穿深度

貫穿深度是指燃油油束從噴孔到垂直平面的最短距離，即油束的可見長度。

燃油油束在燃燒室內(nèi)的貫穿深度，直接影響混合氣的形成，如果貫穿深度太短，則燃油噴射不到燃燒室內(nèi)最合適的區(qū)域，空氣就不能被充分利用；如果射程太長，則燃油又容易噴射到較冷的氣缸壁上，使部分燃油不易完全燃燒。

由于燃油從噴孔噴出具有一定的動量，所以能克服空氣阻力噴射一定的距離，動量大則貫穿深度長，動量與油滴的初速度、質(zhì)量的乘積成正比。

影響貫穿深度的因素較多：

(1)噴射壓力：噴射壓力越大，燃油油滴初速度越高，這樣會產(chǎn)生兩種不同的影響，即油滴初速度高，動量大，使貫穿深度增加。但另一方面由于油滴速度增大后，提高了燃油與氣體的相對速度，使與空氣的摩擦力增加，因而減小了燃油霧化粒度，使射程縮短。因此當(dāng)噴射壓力超過某個限度后，油粒小到一定程度，后者影響大于前者時，貫穿深度不再增加，試驗表明這個限度約為。

(2)噴孔尺寸：由于噴孔長度和其直徑之比l/d的大小對油滴粒度和油束擴(kuò)散角有影響，因此l/d的比值亦與貫穿深度有關(guān)。如l/d過小，則由于在噴孔入口處的流動收縮還沒有恢復(fù)就被噴出，所以油束的擴(kuò)散角大，貫穿距離減小。而如l/d過大，則油束雖能呈平行流噴出，但由于噴孔內(nèi)摩擦阻力的影響使速度降低，所以貫穿深度也小，一般在時，貫穿深度最大。

(3)氣缸內(nèi)空氣溫度和壓力：燃油通常是在接近壓縮終了噴入氣缸，噴油時空氣溫度一般已高達(dá)左右，油滴在前進(jìn)中將發(fā)生蒸發(fā)與燃燒，所以與噴入常溫下的壓縮空氣內(nèi)的情況不同。在高溫空氣中，由于空氣黏度增加和燃油的表面張力減小，霧化變好，油滴粒度小、動量小，使貫穿深度減小。

燃油噴入氣缸除與溫度有關(guān)外，還與氣缸壓力有關(guān)，燃油噴入氣缸時，氣缸壓力通常在以上，由于空氣壓力高、密度大，對油滴運(yùn)動時的摩擦阻力大，因此油滴變小而縮短貫穿深度，此外，燃燒室空氣渦流對貫穿深度也是有影響的。[1]

2.2 噴霧錐角

噴霧錐角表示油束在燃燒室中的擴(kuò)散程度，通常噴霧錐角大，所包圍空氣的體積增加，混合較好。但不能認(rèn)為噴霧錐角越大，就能使油粒充滿燃燒空間，越有利于燃燒，而是根據(jù)匹配的需要。

有時由于噴霧錐角過大而有部分油霧會噴到燃燒室壁上，或接近渦流較弱的燃燒室中心，而影響這兩部分燃油的燃燒，故采用較小噴霧錐角的針閥偶件，使油束比較集中地噴射到燃燒室內(nèi)渦流強(qiáng)度最強(qiáng)的區(qū)域中去，以造成有利的油、氣混合燃燒。

2.3 噴孔形狀

針閥體上的噴孔形狀是最直接影響噴油器霧化的因素。隨著國家排放法規(guī)的越來越嚴(yán)格，使得柴油機(jī)供油系統(tǒng)中油壓越來越高，燃油在高壓下流經(jīng)噴油嘴，如噴孔的形狀不好，很容易會造成空穴現(xiàn)象。

隨著生產(chǎn)工藝水平的提升，由早期的噴孔鉆工藝到目前先進(jìn)的電火花工藝，已經(jīng)不僅僅局限于打出光潔度較高的噴孔，而噴孔的形狀也由直噴孔改為存在倒錐的噴孔，再到如今噴孔的進(jìn)口存在倒角的倒錐噴孔，這些噴孔形狀的改變，使得高壓燃油經(jīng)過噴孔時，減輕了氣穴、空穴的現(xiàn)象。

3 結(jié)語

通過對三個影響噴油霧化特性重要參數(shù)的介紹，使我們了解到在柴油機(jī)工作時影響噴油器性能的因素，為公司后期噴油器的性能提高，噴孔式針閥體的噴霧特性優(yōu)化及改進(jìn)設(shè)計指明了方向。

[1]鄧東密,鄧杰編.柴油機(jī)噴油系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1996.

張欣欣(1987-),女,河南洛陽,助理工程師,主要從事燃油噴射系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)。