1、第12卷第4期 湖南工业职业技术学院学报 2012年8月 JOURNAL OF HUNAN INDUSTRY POLYTECHNIC V0112 No4 Aug2012 浅析喷洫嘴偶件结构参数对流量的影响 朱岱力邵建华欧阳凌江 (湖南工业职业技术学院，湖南长沙410208) 摘要】通过理论分析及流量试验，剖析了喷油嘴偶件的结构参数变化对流量的影响。并就喷油嘴升程、针阀头部尺 寸、喷孔直径、厚度尺寸等对喷油嘴流量的影响进行了分析，总结一些提高柴油机性能的喷油嘴参数。 关键词】喷油嘴结构；升程；流量；针阀头部尺寸 中图分类号TK423 文章标识码B 文章编号】 1671-5004(2012)040
2、00103 Analysis of the Effects of Fuel Injection Nozzle Coupling Parameters on the Nozzle Flow Rate ZHU Dai-li，SHAO Jian-hua OUYAND Ling-jiang (nunall Industry Polytechnic，Changsha 410208，Hunan) AbstractBased On theoretical analysis and related measurement experiment，developed the empifierelationship
3、 between the fuel injection nozzle eouplin8 structure parame【ers and the overall nozzle flow rateAnalyzed and concluded relevant pmmnetethat affect the flow ratesuch as the nozzle valve lmthe needle valve size，and the spray orifice thicknessale analyzed and concluded Key wordsfuel injection nozzle c
4、omposition；valve lift；flow rate；needle valve size 随着社会的发展，人们对节约能源、提升能源的利用率， 防止空气污染和噪音干扰等环境保护有了更高的要求，对柴 油机的性能指标，特别是对柴油机的动力性、经济性、油耗、烟 度、排放、外曲线特 r 等建立了更高的标准。喷油嘴偶件是柴 油机供油系统的重要组成部分，喷油嘴喷孔的流量是喷油嘴偶 件主要性能的参数之一，它对柴油机的性能等有着很大的影 响，本文以轴针式s系列喷油嘴偶件的结构对流量的影响进 行阐述。 1轴针式S系列喷油嘴的结构 喷油嘴偶件的工作过程相当一个阀的工作过程，它通过针 阀的上下运动，控制阀的
5、开关，当接到阀开启的指令时，通过外 力或机械控制将针阀提起，让阀门打开，燃油从喷孑L中喷出。 喷油嘴偶件一般分为两大类：孔式喷油嘴和轴针式喷油 嘴。轴针式喷油嘴的结构之一S系列喷油嘴的主要特征见图1。 图1喷油嘴偶件配合关系 其工作过程是：油通过进油孔进入到盛油槽中，当达到一定的 作用力，针阀抬起，燃油通过喷孔射出，针阀抬起的最大距离为 升程。由于针阀的头部各段的直径尺寸的不同，针阀在运动过 程中与针阀体内表面配合形成的环状缝隙大小也不同，如图2。 供油的初期阶段，针阀刚抬起时，油从喷孔和针阀之间的环状 间隙中喷出，喷油量较少，此时喷油嘴具有节油功能，也具有降 低燃烧噪音作用。针阀全部抬起时，
6、为柴油机达到所设定的最 大功率提供燃油时期。可见喷油嘴偶件头部各尺寸将直接影响 喷油嘴供给的流量。 图2针阀抬起状态 2喷油嘴的结构参数对流量系数的理论分析 轴针式喷油嘴喷出的油，是通过喷孔与针阀的环状间隙流 出，可归属于同心圆环缝隙流，由于针阀体与针阀有轴向相对 运动，则内外表面之间轴向相对运动的同心圆环缝隙(间隙)流 量的计算公式(1)： ：一rMh 3 + Ttff”l (1) =一 +一 l， 12p1 2 收稿日期 2012621 基金项目 湖南省教育厅科学研究项目(10C0119) 作者简介 朱岱力(1960一)，女，湖南长沙人，湖南工业职业技术学院副教授，研究方向：机械加工，喷油
7、嘴偶件加工。 第4期 湖南工业职业技术学院学报 20l2年 d：圆柱体直径； h：缝隙(间隙)值； l：缝隙(间隙)长度； ：油液的粘度； V。：内外圆柱表面相对运动速度； 针式喷油嘴针阀头部的轴针伸入针阀体的喷孔内，针阀抬 起后燃油从喷油孑L和针阀之间的环状问隙中喷出，改变针阀头 部各段的尺寸，即改变圆柱直径d，将改变喷雾角度，同时还可 以改变喷油嘴流通特性 2。从公式(1)中分析得出： (1)喷油嘴偶件的流量与针阀相对针阀体的相对运动速度 正比： (2)喷油嘴偶件的流量与喷油嘴流通截面缝隙大小的j次 方成正比； (3)喷油嘴偶件的流量与喷油嘴节流时针阀头部各部位的 直径尺寸成正比； (4)
8、喷油嘴偶件的流量与针阀头部和喷孔形成的缝隙长度 成反比。 3喷油嘴的结构对流量的影响 喷油嘴偶件的流量与针阀相对针阀体的运动速度正比。影 响针阀在针阀体中的运动速度因素较多，如零件材料的膨胀 系数、燃油的粘度、燃油的清洁度等，就其结构方面，主要是针 阀与针阀体的配合间隙即径部密封和针阀在针阀体中的滑动 性等。 31针阀升程的影响 针阀在油压的作用下上升时，一部分燃油将填充在针阀上 升容积，针阀下降时，则将一部分燃油被排除阀体腔外。当针阀 Y 喷孔 淹逼 畿面 积 2 a-l b1 针阔升程 X 升程较大时，燃油流进流出量较大，喷射时间延长时，混合气体 回窜的可能性增大。当升程较小时，燃油将在密
9、封带处节流，使 喷射压力下降，喷射流量减少，喷射力也相应减小。经试验研究 分析，喷油嘴的流量随着针阀密封座面处有效流通面积的增加 而增大，升程达到最大时，喷油嘴的流量达到最大值，随后则流 量变化不大(见图3)。但升程过大，导致针阀坐落的时间增长， 将使针阀关闭的时问延长，也会使针阀坐落时的速度过大，易 出现二次弹跳，形成二次喷油。因此为了达到最佳效果，在不降 低压力室中的压力，保证针阀座面密封带处有效流通面积与喷 孑L流通面积的比值大于3时，取最小升程值。 图3升程与流量关系 32喷油嘴的喷孑L形状、尺寸与针阀头部形状、尺寸对流量 的影响 当喷油嘴未喷油时，针阀头部是插入针阀体的喷孑L内，在
10、油压的作用下，针阀升起后，燃油从喷油孔与针阀之间的环状 间隙中喷出，呈真空圆锥形喷雾。针阀开始上行，针阀头部运动 到不同的位置，将与喷孔形成不同的节流状况，因此，喷孑L的直 径、形状、壁厚，针阀头部的各段的直径、形状、长度将对喷油嘴 流量产生较大的影啊 ，见图4。 l l 、 弓 、 r Y 啧孔 浇遗 羲面 积 a-2 b2 针闻升程 、 ， X 图4节流式喷油嘴各阶段升程的特性 Y 喷孔 注遗 裁霄 积 a3 b3 甘阀升程 X 2012矩 湖南工业职业技术学院学报 第4期 321喷孑L的直径尺寸与针阀的头部直径尺寸的影响 喷孑L的直径D与针阀头部d的直径的比值，决定了同心圆环缝 隙流的间
11、隙大小(见图5)，喷油嘴的流量与缝隙大小h的三次 方成正比(见式1)，当Dd值减小时。燃油流出时受到的一定的 限制，缝隙流量大幅度减小，还会使喷柬的角度变小。喷出的燃 油易产生雾化颗粒。 图5喷孑L与针阀头部的配合 322喷孔的深度与直径比( )的影响 喷孔深度与喷孔的直径之比对流量有较大的影响，当喷孔 的深度1增加时，燃油流出的渠道变长，缝隙l增长。燃油流动 将受到限制，流量下降，见式(1)。影响(vd)的主要有针阀、针阀 体的座面锥角；喷孔的壁厚，见图4。 3-3针阀开启压力的影响 随着针阀开启压力的提高，燃油的喷射的压力提高，其单 位时间内流量提高，喷射穿透度也相应变长。雾化颗粒更加细
12、化。但随着压力的增大，针阀体及针阀座面的磨损增大，易产 生滴油、渗油现象，缩短喷油嘴的使用寿命。 34盛油槽容积的影响 根据弹性模数定义，导出压力降低速率表达式： ，d ， ：f-dr (2) 一= 、-， dt P：盛油槽燃油压力 V：盛油槽容积； dpdt：压力变化速率。即单位时间压力降低值：MPdS； dvdt：盛油槽的燃油体积流出率。即单位时问燃油体积流 出率：M35 从式2中可以看出，盛油槽压力降低速率，与盛油槽中燃 油体积变化率(单位时间燃油流出与流人的流量之差)成正比， 与盛油槽容积成反比。在喷油嘴燃油流人不变的情况下，加大 针阀开启截面积，能提高盛油槽的燃油流出率，改变盛油槽内
13、 的压力变化率，从而缩短闭阀阶段所需时间，能减少滴油。改善 喷油阶段的喷油压力和雾化性能。 但针阀开启截面积过大，升程将过大，使针阀座落时的速 度加大，易引起针阀二次弹跳，形成二次喷油；燃油的流量并不 随针阀升程变化成正比上升，而是由快到慢，最后平缓变化(见 图3 。 4结束语 通过对s系列喷油嘴的流量、雾化分析及试验，说明不同 类型的柴油机必须匹配相应的喷油嘴的喷油器，使其满足柴油 机供油量、雾化、穿透性、燃油分布等技术指标，从而达到柴油 机的效能要求，达到使柴油的燃烧完全、有害气体排放量少的 目标。 参考资料 1姜继海液压传动M哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社20078 2李福宝，李勤流体力学M北京冶金工业出版社20102 3徐家龙柴油机电控喷油技术M北京人民交通出版社20117 4黄全印影响喷油器总成雾化性能的原因及分析J内燃机 2010。(2)：5657 5夏兴兰浒吉，等影响喷油嘴喷孔流量系数关键参数的研究J 现代车用动力，201011(140)：7 10 6俞建达，缪雪龙等喷油嘴流量系数影响因素及其喷射特性研究 J现代车用动力，2007，8(127)：1923 7周琨浅谈改善柴油机喷油嘴滴油性能的方法J内燃机20102 (1)：22-25 3
