影响喷油器喷雾特性的重要参数

【摘 要】 为了满足国家日趋严峻的排放法规，同时保证满足柴油机的性能要求，本文针对喷油器喷油雾化质量对燃烧室内可燃混合气体燃烧是否完全的影响，详细讲述了贯穿深度、喷雾锥角、喷孔形状等几个影响喷油器喷雾特性的重要参数，为后期的喷油器改进设计指明了方向。

【关键词】 雾化 贯穿深度 喷雾锥角 喷孔

喷油器是柴油机燃油系统中重要的零部件之一，其主要作用是使燃油在一定的压力下，以雾状的形式喷入燃烧室，并合理分布，以便和空气混合形成最有利于燃烧的可燃混合气。所以对于喷油器来说，能够使燃油达到雾状的形态，才能够更好的满足柴油机的性能要求，使柴油机的经济性、动力性得到完美的配比。本文是以喷孔式针阀体为平台，经过具体的分析，发现影响喷油器雾化质量的主要特性。

1 简介雾化质量

利用喷油泵使柴油产生高压，并通过喷油器喷成雾状的过程称为柴油的雾化，柴油雾化后，可以大大地增加柴油颗粒的表面积，例如：1ml的柴油，如果是球形，直径为12.4mm，其表面积为483，如果雾化成直径10的均匀油滴，则油滴总数将为，表面积为，表面积增加了310倍。这样细小的油滴被喷到高温空气中去，不但提高了加热速度，也增加了与空气接触的机会，因此柴油能迅速气化和氧化，促进了可燃混合气的形成和燃烧的进程。

评价柴油的雾化质量，包括雾化细度和雾化的均匀程度，柴油的颗粒越细并均匀，则表明柴油雾化质量越好，越有利于燃烧。高速柴油机内喷雾的油滴平均直径为，通常直喷式燃烧室对雾化质量有较高的要求，特别对地涡流或无涡流的柴油机要求更高，平均油粒直径要求为，而对有涡流的直喷式柴油机则允许平均油粒直径为。

2 影响喷雾的三个重要参数

2.1 贯穿深度

贯穿深度是指燃油油束从喷孔到垂直平面的最短距离，即油束的可见长度。

燃油油束在燃烧室内的贯穿深度，直接影响混合气的形成，如果贯穿深度太短，则燃油喷射不到燃烧室内最合适的区域，空气就不能被充分利用；如果射程太长，则燃油又容易喷射到较冷的气缸壁上，使部分燃油不易完全燃烧。

由于燃油从喷孔喷出具有一定的动量，所以能克服空气阻力喷射一定的距离，动量大则贯穿深度长，动量与油滴的初速度、质量的乘积成正比。

影响贯穿深度的因素较多：

（1）喷射压力：喷射压力越大，燃油油滴初速度越高，这样会产生两种不同的影响，即油滴初速度高，动量大，使贯穿深度增加。但另一方面由于油滴速度增大后，提高了燃油与气体的相对速度，使与空气的摩擦力增加，因而减小了燃油雾化粒度，使射程缩短。因此当喷射压力超过某个限度后，油粒小到一定程度，后者影响大于前者时，贯穿深度不再增加，试验表明这个限度约为。

（2）喷孔尺寸：由于喷孔长度和其直径之比l/d的大小对油滴粒度和油束扩散角有影响，因此l/d的比值亦与贯穿深度有关。如l/d过小，则由于在喷孔入口处的流动收缩还没有恢复就被喷出，所以油束的扩散角大，贯穿距离减小。而如l/d过大，则油束虽能呈平行流喷出，但由于喷孔内摩擦阻力的影响使速度降低，所以贯穿深度也小，一般在时，贯穿深度最大。

（3）气缸内空气温度和压力：燃油通常是在接近压缩终了喷入气缸，喷油时空气温度一般已高达左右，油滴在前进中将发生蒸发与燃烧，所以与喷入常温下的压缩空气内的情况不同。在高温空气中，由于空气黏度增加和燃油的表面张力减小，雾化变好，油滴粒度小、动量小，使贯穿深度减小。

燃油喷入气缸除与温度有关外，还与气缸压力有关，燃油喷入气缸时，气缸压力通常在以上，由于空气压力高、密度大，对油滴运动时的摩擦阻力大，因此油滴变小而缩短贯穿深度，此外，燃烧室空气涡流对贯穿深度也是有影响的。[1]

2.2 喷雾锥角

喷雾锥角表示油束在燃烧室中的扩散程度，通常喷雾锥角大，所包围空气的体积增加，混合较好。但不能认为喷雾锥角越大，就能使油粒充满燃烧空间，越有利于燃烧，而是根据匹配的需要。

有时由于喷雾锥角过大而有部分油雾会喷到燃烧室壁上，或接近涡流较弱的燃烧室中心，而影响这两部分燃油的燃烧，故采用较小喷雾锥角的针阀偶件，使油束比较集中地喷射到燃烧室内涡流强度最强的区域中去，以造成有利的油、气混合燃烧。

2.3 喷孔形状

针阀体上的喷孔形状是最直接影响喷油器雾化的因素。随着国家排放法规的越来越严格，使得柴油机供油系统中油压越来越高，燃油在高压下流经喷油嘴，如喷孔的形状不好，很容易会造成空穴现象。

随着生产工艺水平的提升，由早期的喷孔钻工艺到目前先进的电火花工艺，已经不仅仅局限于打出光洁度较高的喷孔，而喷孔的形状也由直喷孔改为存在倒锥的喷孔，再到如今喷孔的进口存在倒角的倒锥喷孔，这些喷孔形状的改变，使得高压燃油经过喷孔时，减轻了气穴、空穴的现象。

3 结语

通过对三个影响喷油雾化特性重要参数的介绍，使我们了解到在柴油机工作时影响喷油器性能的因素，为公司后期喷油器的性能提高，喷孔式针阀体的喷雾特性优化及改进设计指明了方向。

参考文献：

[1]邓东密，邓杰编.柴油机喷油系统[M].北京：机械工业出版社，1996.