影響噴油器噴霧特性的重要參數

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

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峻的排放法規,同時保證滿足柴油機的性能要求,本文針對噴油器噴油霧化質量對燃燒室內可燃混合氣體燃燒是否完全的影響,詳細講述了貫穿深度、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,為后期的噴油器改進設計指明了方向。

霧化 貫穿深度 噴霧錐角 噴孔

噴油器是柴油機燃油系統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，能夠使燃油達到霧狀的形態，才能夠更好的滿足柴油機的性能要求，使柴油機的經濟性、動力性得到完美的配比。本文是以噴孔式針閥體為平臺，經過具體的分析，發現影響噴油器霧化質量的主要特性。

1 簡介霧化質量

利用噴油泵使柴油產生高壓，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，則油滴總數將為，表面積為，表面積增加了310倍。這樣細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會，因此柴油能迅速氣化和氧化，促進了可燃混合氣的形成和燃燒的進程。

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

2 影響噴霧的三個重要參數

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最合適的區域，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散角有影響，因此l/d的比值亦與貫穿深度有關。如l/d過小，則由于在噴孔入口處的流動收縮還沒有恢復就被噴出，所以油束的擴散角大，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左右，油滴在前進中將發生蒸發與燃燒，所以與噴入常溫下的壓縮空氣內的情況不同。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外，還與氣缸壓力有關，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渦流強度最強的區域中去，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。隨著國家排放法規的越來越嚴格，使得柴油機供油系統中油壓越來越高，燃油在高壓下流經噴油嘴，如噴孔的形狀不好，很容易會造成空穴現象。

隨著生產工藝水平的提升，由早期的噴孔鉆工藝到目前先進的電火花工藝，已經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，使得高壓燃油經過噴孔時，減輕了氣穴、空穴的現象。

3 結語

通過對三個影響噴油霧化特性重要參數的介紹，使我們了解到在柴油機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化及改進設計指明了方向。

[1]鄧東密,鄧杰編.柴油機噴油系統[M].北京：機械工業出版社,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產品開發。