柴油机双层多孔喷油嘴内部空穴两相流动研究

针对柴油机喷油嘴内部两相流动影响柴油的雾化质量、燃烧特性及整车的排放特性,而柴油机喷油嘴头部细微结构的变化显著影响喷油嘴内部流动等问题.以某型国产喷油器喷油嘴为对象,在X射线精确测量其几何结构参数的基础上建立物理模型,基于多维数值模拟软件AVL FIRE对喷孔内部空穴两相流动特性进行模拟,分析不同位置喷孔及不同喷射压力对喷孔内部两相流动特性的影响.结果表明:同一喷射压力下,上下层喷孔位置对喷孔内部空穴产生时刻、分布区域及强度都产生影响,压力分布、液相速度分布及液相湍动能分布也各不相同;不同喷射压力下,空化强度随喷油压力的增加而提高.     

基于空穴初生的柴油机喷孔内部流动

为揭示喷油嘴内空穴流动机理,设计可视化试验装置,观察了喷孔内空穴流动.采用混合多相流模型、空穴模型、标准k-ε方程模拟了气液两相的空穴流动.分析了不同喷油压力、气核体积分数、液体黏性、壁面物性、表面张力对空穴流动的影响.结果表明:随着入口压力的增加,空穴初生逐渐发展为超空穴;当空穴参数小于临界空穴参数时,流量系数随空穴...     

柴油机高压喷油嘴喷射过程空化效应数值模拟

为揭示柴油机高压喷油嘴喷射过程空化机理,根据质量守恒、动量守恒、混合组分平衡的基本规律建立了高压喷油嘴喷射过程空化效应数学模型,并对高压喷油嘴喷射过程空化效应进行了数值模拟分析,得出了曲率半径、压力波动幅度及柴油的部分物理参数对高压喷油嘴喷射过程空化效应的影响规律:随着喷油嘴入口处的曲率半径增大,喷孔内气相体积分数越来越小,空穴层的厚度也越来越薄,高压喷油嘴雾化性能变差;随着压力波动幅度的减少,喷油嘴出口质量流量变化越来越小,有利于喷油嘴喷油量的精确控制;燃油温度、喷油压力的提高使得喷油嘴内部空化现象得到加强,但是压力的增大更有利于空穴增强,从而有利于燃油雾化.     

针阀粗糙度对柴油机喷孔空化现象的影响

针对目前柴油机广泛应用的无压力室(VCO)喷嘴,搭建大尺度可视化喷嘴稳态实验系统,采用高速摄像及粒子图像测速(PIV)技术,研究针阀粗糙度及粗糙区域长度对喷孔内空化现象及流动特性的影响.研究结果表明:针阀粗糙度的增大对喷孔内空化现象有明显的抑制作用;针阀粗糙度对空化现象的影响是通过改变喷孔内部流体的时均速率和湍动能等流动特征实现的;针阀粗糙区域长度变化对空化现象的影响规律与粗糙度相似,但影响程度较弱;粗糙度及粗糙区域长度对空化现象的抑制作用随针阀升程增大而减弱.     

基于高压油管压力波动最优化的燃油系统进油及喷油调控策略

针对不同结构高压燃油系统油管中燃油压力保持稳定提出不同燃油喷入喷出策略.首先,对于简化的高压油管内压力随时间变化的规律,基于高压油管内燃油喷入和喷出时压力、燃油密度与流量的关系,利用微元法建立了油管内燃油压力波动随时间变化的模型;其次,针对利用凸轮驱动供油,针阀控制喷油的高压油管,结合凸轮的驱动原理和喷油嘴的不同喷油过...     

柴油机喷油器内部空化效应的模拟研究

喷油器中空化流特性直接影响燃油的雾化和燃烧.利用CFD-Fire软件,在针阀运动的情况下模拟了喷油器内部从单相流到超空化的过程以及流动特征.数值模拟发现:气泡首先出现在喷孔进口的拐角处,随着流速增加,空化进一步发展,直至贯穿整个喷油器形成超空化,整个流场成为气液两相流.瞬态条件下,针阀运动致使喷孔进口附近压力波动,部分...     

喷油器喷孔积碳对柴油机喷油压力影响研究

使用光学电子显微镜,拍摄了新喷油器和积碳喷油器的喷孔图像。图像表明:喷油器喷孔积碳后,喷孔出口有明显的不规则积碳,对喷孔造成了一定程度的堵塞,改变了原有的喷孔结构;喷孔内部粗糙度有所增大,有少量不规则积碳存在于喷孔内部出口一侧。利用喷油泵试验台架,分别使用新喷油器和积碳喷油器进行了燃油喷射试验,测试了不同工况下的泵端压力和嘴端压力波形。试验结果表明:与新喷油器相比,喷孔积碳后喷油压力增大,压力峰值时间延后,针阀落座时间延后,喷油持续期增长,残余压力增大;嘴端压力波形由双峰曲线变成3峰曲线;喷油器开启压力增大,积碳对嘴端压力影响作用增大。     

缸内直喷汽油机喷嘴内流动影响参数分析

为了研究缸内直喷汽油机喷油嘴内流动特性及影响喷孔出口流动参数的因素,建立了欧拉多流体模型对喷嘴内流动进行模拟计算,并对所建模型进行了验证.分析了不同介质和不同喷嘴进出口压差下喷孔内流动特征及影响喷孔出口截面流动参数的因素.结果表明:气泡数密度增大则空穴程度增大,但当气泡数密度大于一定值时,空穴流动趋于稳定;随着空穴程度的增大,喷孔出口截面平均速度增大,平均湍动能减小;喷嘴进出口压差的增大,有利于空穴的发生;喷嘴内湍动和气泡与流动介质间相对运动产生的压力波动,有利于喷嘴内空穴发生;在较高的喷嘴进出口压差的情况下,局部湍动对喷孔出口截面的湍动能影响不可忽略;喷孔内流量系数主要受空穴程度影响.     

柴油机电控组合泵系统喷油特性分析

针对某中速柴油机燃油系统电控化改造,采用IFR600喷油规律测量仪,研究了喷孔直径、高压油管尺寸、泵出口节流、喷射背压和喷油器针阀开启压力对喷油规律、喷油量、循环喷油量波动及喷射延迟的影响.结果表明:采用0.26 mm喷孔直径时,喷油规律较好、喷射压力高,循环喷油量的波动小;采用新高压油管、有泵出口节流和高针阀开启压力时,喷油速率和喷油量均减小,但泵出口节流引起喷油量下降较大,且喷射压力下降,不宜采用;喷射背压增大会引起喷油速率减小,实际喷油规律与测量得到的喷油规律不同;泵出口节流和高压油管尺寸对循环喷油量波动的影响显著;各因素对喷射延迟均有影响,但开始喷射延迟的变化小于结束喷射延迟.试验分析结果为该柴油机电控燃油系统的结构参数优化提供相关的理论依据.     

喷油嘴流量对小型柴油机燃烧及排放影响的试验研究

以某186FA柴油机为研究对象,对比分析喷油嘴用不同加工方法的喷孔及流量变化对小型柴油机燃烧和排放性能的影响。试验结果表明:减小喷油嘴流量,同工况下柴油机的最大燃烧压力降低,燃烧始点提前,预混燃烧比重减小,扩散燃烧阶段燃烧速度加强。合理匹配喷油嘴的流量参数能有效降低柴油机的排放。喷油嘴喷孔用电火花打孔与用机械钻孔相比,能明显的改善柴油机排放性能。186FA柴油机用电火花打孔、流量为0.959 L/min的喷油嘴和原机机械钻孔的喷油嘴试验对比,整机HC、CO和PM排放分别下降了45.1%、27.7%和10.4%;NO_x上升11.3%;但HC+NOx仍下降2.4%(八工况排放试验循环)。用喷油嘴优化匹配后整机排放能达到中国非道路柴油机第三阶段排放标准的要求。研究表明:柴油机在中、小负荷工况的燃油消耗率、HC、CO明显减少是整机排放降低的主要因素,其机理是喷油嘴流量系数大,喷孔燃油流道表面质量改善,提高了喷油压力和喷雾质量,每循环喷雾形状稳定,改善油气的混合和燃烧质量,说明喷油嘴喷孔参数和流量是影响非道路小型柴油机性能和排放的重要因素。     

缸内直喷汽油机低速混合气形成过程研究

通过Hydsim搭建的多孔喷油器一维仿真模型分析了针阀开启与关闭阶段喷油参数的变化,并使用FIRE软件对15 MPa喷油压力下的定容室喷雾进行了数值模拟及模型标定. 在此基础上,以一涡轮增压缸内直喷汽油机为研究对象,对比数值模拟与实验结果,分析了滚流比及喷油时刻对低速工况缸内混合气形成过程的影响. 结果表明,对2000 r/min全负荷工况,采用较高滚流比可增强缸内气流运动,促进燃油快速蒸发并形成更加均匀的混合气,而适当的喷油时刻可减少燃油碰壁,改善混合气浓度分布,从而更利于燃烧及发动机性能的提升.      

喷油参数对重型柴油机喷油器喷油规律的影响

柴油机各孔喷油规律对燃油在燃烧室的分布、雾化、可燃混合气形成、燃烧有重要影响,从而影响柴油机排放性、经济性、动力性。基于自行搭建的动量法各孔喷油规律测试系统,以某大功率柴油机喷油器为研究对象,探讨了不同喷油压力、喷油脉宽和喷孔直径对喷油器各孔喷油规律的影响。结果表明:随着喷油脉宽的增加,相同压力下喷孔喷油速率和流量系数发展趋势保持一致,喷油持续期增加。随着喷油压力的增加,喷油速率和流量系数随之增加,喷孔有效流通面积增大,空化效应更弱。但相比于喷油速率,流量系数变化较小。随着喷孔的直径增大时,喷油速率及其波动增大,喷油速率最大值对应时刻延迟,喷油持续期减小,喷孔的流量系数增大。     

喷孔锥度和燃油温度对柴油喷嘴内空化流动特性的影响

为弄清喷孔锥度和燃油温度对柴油喷嘴内空化流动特性的影响,阐明喷嘴内气液两相空化流动初生机制,采用背景光高速显微成像技术获得不同锥度系数及燃油温度下简化竖直单孔柴油喷嘴内空化流动及近场喷雾光学图像。结果表明：随着喷射压力增大(0.2～1.0 MPa),柴油喷嘴内燃油逐步从单相流动发展为片空化、线空化、空气倒吸和超空化等多种气液两相空化流态;云空化、线空化和空气倒吸现象的初生强烈依赖于燃油喷射压力,且具有显著的瞬态不稳定性。与圆柱形喷孔相比,渐缩锥度喷孔对各类空化流态具有明显的抑制作用,且锥度系数越大,抑制作用越显著。同时,提高燃油温度(288 K、303 K和323 K)有利于各类空化流态的初生及发展。此外,喷孔内部空化两相流动加剧了燃油射流的不稳定性,促进了射流破碎雾化,有利于增大喷雾锥角。研究为揭示各空化流态特性及其对喷雾特性的影响规律奠定了理论基础。     

柴油机燃油喷雾动量的测量与分析

在喷油泵试验台上 ,利用自制的油束动量测量装置测取喷油嘴喷出油束的动量 ,以研究柴油机燃油喷雾特性。其方法为测量油束对传感器的冲击力来获取油束的瞬时冲量 ;通过对一次喷油过程中的冲量求和 ,便可计算出冲击传感器这部分油束的总动量。用此方法对一种 4孔喷油嘴的油束动量及油束内动量分布进行的测量表明 ,各喷孔油束动量大小与其空间角度有关 ,喷孔与喷油嘴轴线间的夹角越小则油束动量越大 ;油束内的油滴动量主要集中在油束核心区域 ,针阀的头部形状不仅影响油束核心区动量的大小 ,也影响油束内的动量分布。     

柴油机喷油器故障及维护方法浅析

喷油器是柴油机的重要部件,在工作中它容易产生针阀锥面与针阀体锥面磨损、针阀与针阀孔导向面磨损、喷孔扩大、针阀卡住、喷孔阻塞、喷油压力过高或过低等故障,严重影响发动机的工作。本文详细分析了故障产生的现象和原因,并提出了排除故障的方法和维护方法。     

电磁阀驱动电流对喷油特性影响规律研究

在电控单体泵实验台上进行了不同电磁阀驱动电流对喷油特性影响的实验研究.讨论了单体泵燃油系统控制信号、驱动电流、油管压力、喷油速率和针阀升程各参数之间的延迟关系,探讨了不同的保持和开启电流时喷油量的变化规律.结果表明,不同的开启和保持电流对燃油系统喷油持续期长度等喷油特性影响很大,驱动电流与燃油系统的喷油速率、喷油压力、针阀升程和喷油量存在着规律性的变动.因此,不同电磁阀均需确定最优的开启和保持电流,降低驱动电流对燃油系统喷射特性产生的影响.     

高压共轨喷油器关键参数仿真分析及改进

高压共轨喷油系统的喷油规律、动态响应特性和动态压力特性可以综合反映系统性能.应用GT-FUEL软件研究了喷油器参数进回油孔直径对系统喷油规律、动态响应特性和动态压力特性的影响,确定了进回油孔直径的合理大小.为了进一步缩短针阀关闭时间,设计了增加一条进油通道的喷油器改进方案并对其进行了仿真,仿真结果表明该设计明显缩短了针阀关闭时间.     

油气混合参数对柴油机低温燃烧过程的影响

应用三维CFD模拟研究了喷油和进气参数包括喷油压力、喷孔直径和进气压力对柴油机低氧浓度低温燃烧(LTC)过程的影响.结果表明:随着喷油压力增加或喷孔直径的减小,各氧浓度下缸内燃烧压力和温度峰值都增大;相同氧浓度条件下预混燃烧的强度增大,出现明显预混燃烧的氧浓度增大;相同氧浓度条件下的soot排放降低;缸内局部温度最大值增大,NOx排放增大.进气压力增大,缸内压力上升更快,但缸内平均温度略有降低,相同氧浓度下着火时刻提前,滞燃期缩短;燃烧过程中局部缺氧的状况得到改善,相同氧浓度条件下燃油的燃烧更加完全,放出的总热量更多,燃烧效率明显提高;soot峰值和最终排放值都减小,NOx生成量进一步降低.     

喷油嘴喷孔毛刺现象对燃油喷雾的影响

在喷油泵试验台上 ,利用自制的频闪喷雾摄像系统拍摄了喷油嘴的喷雾图像 ,以判断喷孔处是否存在毛刺及毛刺现象对燃油喷雾的影响。试验结果表明 ,用自制的频闪喷雾摄像系统拍摄的喷油嘴喷雾图像可以有效地判断出喷孔处是否存在毛刺 ;当喷孔处有毛刺时 ,不仅使喷孔流量减小 ,更重要的是引起各喷孔的喷雾形状发生变化 ,从而导致油束中燃油分布不均匀。     

高压共轨喷油器内非稳态流动数值模拟

针对高压共轨喷油器内部非稳态流动现象，建立起瞬态流动的物理-数学模型，采用模块化分析方法进行了瞬态数值模拟．通过与试验结果的比较，验证了数值计算模型的准确性．在此基础上通过变参数数值模拟，分析了电磁阀通电时间、共轨压力、控制室进出口节流孔孔径及针阀弹簧预紧力对喷油过程的影响．结果表明：高压共轨喷油器不同结构参数对其动态特性、喷油率及循环喷油量等性能指标有很大的影响．其中，控制室进出口节流孔孔径的合理匹配和组合对获得良好的喷油特性尤为关键；燃油喷射系统要实现预喷，电磁铁的响应速度必须非常快．