一种新型喷油器的研究与应用分析

一种新型喷油器的研究与应用分析

陈美言

昆山英捷特燃油喷射有限公司，江苏省昆山市215300

摘要：本文立足于当前汽车企业大量使用传统喷油器装置进行相关操作的现实基础，指出传统喷油器装置存在着喷射量不均匀、不适合、经常遇到喷油角度单一，极易造成污染和浪费等弊端，提出应大力发展新型喷油器设备，探索新技术的研究与开发[1]。

关键词：喷油器；喷油孔；

引言

喷油器是柴油机燃油供给系中实现燃油喷射的重要部件，其功用是根据柴油机混合气形成的特点，将燃油雾化成细微的油滴，并将其喷射到燃烧室的特定部位。喷油器应满足不同类型的燃烧室对喷雾特性的要求。一般说来，喷注应有一定的贯穿距离和喷雾锥角，以及良好的雾化质量，而且在喷油结束时不发生滴漏现象。长期使用中发现，由于喷油器是一种加工精度非常高的精密器件，要求其动态流量范围大，抗堵塞和抗污染能力强以及雾化性能好；喷油器接受ECU送来的喷油脉冲信号，精确的控制燃油喷射量。在实际使用中，经常遇到喷油角度单一的问题，因此有必要研究一种新型喷油器。为满足不断提高的喷射压力及越来越苛刻的环保法规要求，柴油机制造商一直致力于减少喷油量和喷油定时的偏差，须采用多次喷射控制策略，从而达到对燃烧过程进行优化的目的。为解决这一问题，本文研发了这款新型喷油器装置，它可以通过改变喷油体主体部上喷油孔的位置，即可实现多角度的喷油，解决了传统喷油器的固有问题，更加安全可靠，提升了技术效果且便于操作。

1.喷油器装置及燃油系统介绍

喷油器是一种加工精度非常高的精密器件，要求其动态流量范围大，抗堵塞和抗污染能力强以及雾化性能好；喷油器接受ECU送来的喷油脉冲信号，精确的控制燃油喷射量。在实际使用中，经常遇到喷油角度单一的问题，因此有必要研究一种新型喷油器。柴油机燃油喷射系统是影响柴油机性能与排放最关键的因素之一。在柴油机中，燃油在压缩行程结束前喷入气缸，并通过控制喷射量来调节发动机的功率，同时通过控制燃油喷射的过程或规律来形成良好的混合气以改善柴油机性能和排放。在柴油机设计和改进过程中为了获得良好的性能和排放指标，往往需要对燃油系统进行大量的配试工作。特别是随着柴油机向直喷化发展，对燃油系统的要求也越来越高，燃油系统对柴油机的作用也愈发重要。柴油机的性能在很大程度上取决于燃油系统的性能及其与柴油机燃烧系统和进气系统参数之间的合理匹配。因此，柴油机燃油系统参数的合理选择与匹配成为直喷式柴油机开发和改进过程的关键工作[2]。

2.柴油机用新型喷油器装置的研发与应用

2.1新型喷油器装置的研发

在柴油机燃油喷射系统中，喷油嘴是燃油进入燃烧室的最后一个环节也是最重要的零件之一。除了喷射压力和燃烧室形状等因素外，喷油嘴的结构形状及其参数对于喷油束的形态，燃油的雾化和在燃烧室空间的分布有着决定性的影响[3]，而喷油嘴结构参数又直接影响着喷嘴内部的流动状态。目前在柴油机上广泛应用的是孔式喷油嘴和轴针式喷油嘴，由于孔式喷油嘴孔数多，孔径小，使用过程中易被堵塞。另外，为了获得良好的雾化状况，要求喷油嘴的喷油压力也较高。轴针式喷油嘴喷孔大，不易堵塞，但燃油的雾化状况差。为了克服传统喷油器存在上述的缺点，本文基于当前的发展现实基础和现有技术水平以及相关基本操作原理的基础上，研究了一种柴油机用新型喷油器装置，该喷油器的重要特点是其孔径较大、加工工艺也相对更加简易、该喷油器的喷油嘴不易堵塞，且燃油在喷嘴内部已部分汽化，燃油的雾化状况好。

本文研究的一种新型喷油器，包括：喷油体，其中包括一主体部、设置于主体部一端的上连接部、以及设置于所述主体部另一端的下连接部，而在主体部的两侧对称设置有两个喷油孔，与此同时在喷油体的内部开设有一连接通道，该连接通道依次贯穿于所述的上连接部、主体部、下连接部中；可以观察到的是调节筒，它是设置在连接通道内的，该调节筒的一端设置呈密封端面，而调节筒的另一端设置呈开口状且开设有一筒孔，两端是有所差异的；套盖是套设于下连接部上的，其中套盖内还开设有一上下贯通的盖孔；调节座，其设置在盖孔的一侧，在调节座的一端设置有微调杆，调节座的另一端开设有调节槽，微调杆位于所述盖孔内部；弹簧，其一端位于筒孔内并与密封端面相抵，弹簧的另一端贯穿盖孔的另一侧并套设于微调杆上。该新型喷油器安全可靠、且喷油角度可调节。

2.2新型喷油器装置的有益效果

本文所述的一种新型喷油器装置与现有技术相比，其有益效果是：本文提供的一种新型喷油器装置，通过改变喷油体主体部上喷油孔的位置，即可实现多角度的喷油。将原喷油器体上部的护帽、锁帽、调压螺钉等调整结构部分或者全部改进，改进后的喷油器可通过调整垫片调整喷油器的工作压力。它结构简单，便于制造，用通常的线切割加工方法即可实现。生产成本低，喷油孔的形状和几何尺寸容易控制，可精确控制进油量，节省燃油；及时调节喷油器的喷油压力，使之保持稳定，提高喷射燃油的雾化质量，保证发动机工作正常。解决了喷油器上部调整部分接头多，容易漏油等问题。同时加大设计方案，不断优化弹簧座结构，安装在喷油器体的下部，直接作用到喷油器针阀体上，提高喷油压力，成功解决挺杆过长容易磨损变形，造成喷油器故障率高，压力波动大等问题。优化喷油嘴偶件，进一步提高喷油嘴的耐高温、耐冲击、耐磨性能，设计偶件导向配合部分配合间隙更加合理化，进一步强化了偶件的密封性能，减少了喷油器的回油量。同时，喷油压力提高也使得进入气缸燃烧室内的油气混合速度得到了进一步提高，柴油机滞燃期内形成的可燃混合气量增加，燃油燃烧速率和压力升高率进一步上升，柴油机的碳烟排放量得到了进一步控制，也进一步提高了喷油器的使用寿命。

附图说明

图1为本文研究的一种新型喷油器的整体结构示意图；

图2为本文研究的一种新型喷油器的爆炸视图；

图中：10喷油体；11主体部；12上连接部；13下连接部；14喷油孔；15连接通道；20喷油嘴；21喷油头；30调节筒；31筒孔；40弹簧；50套盖；51盖孔；60调节座；61微调杆；62调节槽。

图1

图2

2.3具体实施方式

在此，仅对本文研究的这款新型喷油器装置的一个实施例进行下列说明。

本文讲述的一种新型喷油器，包括：喷油体10，其包括一主体部11、设置于所述主体部11一端的上连接部12、及设置于主体部11另一端的下连接部13，主体部11的两侧对称设置有两个喷油孔14，而喷油体10的内部开设有一连接通道15，连接通道15依次贯穿上连接部12、主体部11、下连接部13；调节筒30，其设置于连接通道15内，调节筒30的一端设置呈密封端面，调节筒30的另一端设置呈开口状且开设有一筒孔31；套盖50，其套设于下连接部13上，套盖50内开设有一上下贯通的盖孔51；调节座60，其设置于盖孔51的一侧，调节座60的一端设置有微调杆61，调节座60的另一端开设有调节槽62，微调杆61位于盖孔51内部；弹簧40，其一端位于筒孔31内并与密封端面相抵，弹簧40的另一端贯穿盖孔51的另一侧并套设于微调杆61上。作为本文一种新型喷油器的一实施例，两个喷油孔14的中心轴线相交形成一夹角，夹角范围为30°~ 150°，夹角设置呈一直角。喷油孔14上均设置有喷油嘴20，喷油嘴20与喷油孔14螺纹连接，喷油嘴20上开设有一中空的喷油头21，喷油头21与连接通道15相互连通。调节筒30的外径与连接通道15的内径相等。上连接部12与下连接部13上均设置有螺纹，套盖50与下连接部13螺纹连接。调节座60的外部设置有螺纹，调节座60与盖孔51的一侧螺纹连接。

2.4新型喷油器装置工作原理

喷油器体为一整体结构，内加工有进油道和回油道，喷油器体的下部安装有调整垫片和调压弹簧，通过螺纹与喷油嘴紧帽连接，喷油器内供油、回油通道是通过过渡接头连接在一起的，为平面密封结构；弹簧座上部连接弹簧，下部连接在喷油嘴针阀的上部。喷油嘴针阀与喷油嘴阀体组成喷油嘴偶件，喷油嘴针阀上部为导向部分，下部为圆锥结构与喷油嘴阀体下部圆锥结构相吻合；喷油嘴阀体上部的内孔导向部分与针阀形成偶件，阀体加工有油孔和油槽，下部有均布的喷孔，当燃油进入喷油体10时，调节筒30在油压下向调节座60一侧移动并压缩弹簧40，直至喷油头21与连接通道15相互连通，燃油继续在压力下通过喷油嘴20喷出；当燃油停止进入喷油体10时，调节筒30在弹簧回复力作用下向喷油体10一侧移动，直至调节筒30的密封端面将喷油头21与连接通道15相互密封隔断，此时燃油停止喷射。

3.一种新型喷油器的研究结果

以本文研究的一种柴油机用新型喷油嘴为研究对象，基于Fluent软件和正交试验设计方法，对该新型喷油器的喷嘴进行了内部流场仿真及燃油喷射过程模拟和实验研究，本文的具体工作如下：

（1）通过对新型喷油嘴内部流场的数值模拟，结合流体边界层理论与涡旋理论，揭示了新型喷油器强化燃油雾化混合的机理；

（2）采用正交试验设计方法，系统分析了喷油嘴结构参数包括振荡腔直径和长度、上喷嘴直径以及下喷嘴直径对喷油嘴腔内涡环的影响。结果表明，影响腔内压力大小的最主要因素为下喷嘴直径的大小，其次为振荡腔长度的变化，影响最小的因素是振荡腔的腔径；

（3）基于流体力学多相流理论，对喷油嘴内外流场进行了多相流流动仿真，结果表明，高压高速燃油在通过新型喷嘴内部时可以产生自激振荡现象，燃油在喷嘴内就进行了初次的破碎，并且在扩张形出口处也能引起燃油扰动，使喷出的燃油雾化效果更好；

（4）在自制的喷油器试验台上对安装有新型喷油嘴的喷油器进行了自由喷射试验，结果表明，具有单喷孔的新型喷油嘴一样具有很好的雾化效果，喷雾锥角也比较大，贯穿度也比较好。

4.结论

喷油器在高温、高压、高速工况下连续工作，通过合理的改进、设计，提高了喷油器可靠性和使用寿命，减少了喷油器的故障率。喷油器的性能对发动机的经济性及排放指标起着重要作用，通过合理的工艺和参数的优化，使发动机的寿命和整机性能得到了显著提高。本文的一种新型柴油机喷油器结构简单、使用维护方便、寿命长，降低了操作人员的维护使用劳动强度，具有良好的推广应用价值。目前，这款新研发的新型喷油器装置已投入实际的汽车业生产中，它结构简单，便于制造，可精确控制进油量，节省燃油；能及时调节喷油器的喷油压力，提高喷射燃油的雾化质量，便于加工，装配容易，便于推广，对整个汽车等相关行业的发展产生了重要推动作用。

参考文献：

[1]邓东密，邓萍．柴油机喷油系统（机械控制与电子控制）[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2]郑书杰. 16V280ZJ 型柴油机燃油喷射系统改进及模拟仿真研究[D]. 大连交通大学硕士学位论文，2008.06.

[3]张龙. 微细喷油孔电火花加工机床及其控制系统研究[D]. 中国石油大学硕士学位论文，2009.04.