一種利用空化射流強化實現預混燃燒的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種柴油機噴油器技術領域，重點是涉及柴油機利用空化射流強化實現預混燃燒的方法，具體地是一種根據柴油機不同工作工況，通過轉速、壓力等信號反饋實現電控元件調節噴油器噴油量，在噴油量和噴油壓力變化的情況下，通過噴嘴結構的改進增強射流的空化，使得噴射油束在柴油機燃燒室提高柴油的霧化質量，以滿足柴油機不同的工況，提高柴油機的功率和燃油經濟性。
【背景技術】
[0002]噴油嘴是柴油機噴油器總成的重要組成部件，其主要功能是將來自噴油栗的高壓柴油按一定的要求進行霧化，并分布到燃燒室中形成良好的可燃混合氣。提高霧化質量，可以使柴油在燃燒室內燃燒更加充分，降低柴油機油耗和減少排放。目前孔式噴油嘴柴油機在提高噴嘴的霧化質量的方法大多是增加噴嘴個數，減小噴嘴孔徑等等。由于孔式噴油嘴孔數多，孔徑小，在使用過程中容易被堵塞，而軸針式噴油嘴噴孔大，不易堵塞，但燃油的霧化狀況差。
近年來國內外大量研究表明燃油噴射系統噴油嘴噴孔內部流動高度湍動，特別是存在明顯的空化現象，油束在噴孔出口處已經分裂為細小的油滴，在離開噴嘴時，霧束表面已經形成了初始擾動源。即對于高壓噴射噴霧的形成包括了初次霧化和二次霧化兩個階段，霧化過程及霧化質量除了受噴霧與其周圍空氣摩擦所引起的二次霧化影響外，更受到噴嘴內部流動的湍動和空穴所弓I起的初次霧化效果。
對于液體，當其壓強一定，溫度升高到至沸點溫度時，液體汽化成氣泡，即出現氣相，這是通常所說的沸騰現象。和沸騰相似，對于某種液體，當其溫度一定，而液體壓力降低至某個臨界值時，液體中也會出現汽化現象，即在液相中出現氣相，形成氣液兩相流。此時由于連續介質中出現空洞，液體的連續性受到破壞，連續性原理就不再適用。這種在一定溫度下的液體，由于壓力降低而在液體內部產生氣泡的現象就叫做空穴(也稱空化)。
近年來研究表明，通過改變柴油機噴嘴噴油孔直徑、長度、入口圓角半徑、傾斜角、流通截面等結構尺寸可以誘導空化效應的產生，進而提高燃油噴射系統的霧化效果。但是這些研究仍然在增加霧化效果時也產生一些不利影響，比如噴油孔堵塞等，所以通過一些其他的方法來控制霧化效果并且減少不利影響。
【發明內容】
[0003]本發明是在現有的電控噴射系統的基礎上針對上述內容，提供一種能夠通過電控單元控制噴油栗的噴油量和射流在噴嘴入口的壓力，改變噴嘴純液態射流的狀態，使得噴嘴噴油量可調整以射流氣液兩相混合比例；同時通過改進噴嘴結構增加噴嘴射流的空化強度，使氣液兩相射流在燃燒室內更容易霧化，使射流油束提高霧化質量，以滿足柴油機的任何工作工況的方法；即利用空化射流強化實現預混燃燒的方法。
[0004]為了實現上述內容，本發明的構思是:包括針閥體(1)、壓力室⑵和噴孔(3)，其特征在于:針閥體(1)落座后，針閥頭部能夠伸到壓力室囊腔內，并占壓力室囊腔總體積的的10%，壓力室囊腔體積增大50-60%，噴孔(3)內設置錐孔，具體如下:其中噴孔(3)的長度為1.5mm，噴孔進口直徑D1和出口直徑D3相等，且均為1mm，噴孔(3)內的錐孔長取值范圍0.37-0.45mm，錐孔最小直徑D2取值范圍為0.8-0.95mm，錐孔入射角取值范圍是140-175°，錐孔的倒角取值范圍是80-90°，錐孔入口距離噴孔入口距離為0.1-0.15mm。進一步，壓力室(2)和噴孔(3)的內部表面粗糙度的范圍是Ra3.2-12.5。
[0005]對于增加柴油機噴嘴的空化強度和增強柴油機霧化質量的方法已有很多種類，而且技術成熟并且實現量產，例如一些常見的縮小噴嘴直徑或是一些通過噴油栗控制噴油量、噴射壓力和噴射時間的方法。
[0006]上述常見的方法噴射純液態射流并且在變工況下不能保持射流的空化強度。本發明的方法是在現有的電控噴射系統基礎上，通過改變傳統的噴嘴結構以保持射流的空化強度并利用電控元件控制噴嘴入口的噴油量從而實現對射流氣液兩相比例的控制；以滿足柴油機的不同工況下，保持射流的空化強度，使射流油束在柴油機燃燒室內的霧化質量滿足柴油機工作的需求。
[0007]為了保持噴嘴射流的空化強度，本發明對噴嘴進行了改進。一是改變傳統的圓柱式噴孔為階梯式突擴噴孔(在圓柱式噴孔內部加裝錐孔)，改進后射流在突擴倒角處形成空氣渦流，使得空氣渦流包圍射流，同時截面突然擴大使射流速度減小，壓力增大，使射流更容易氣化；同時增加噴嘴內部表面的粗糙度也利于增加射流空化強度。二是增加針閥體與噴油孔連接的死區(針閥體回落后和壓力室囊腔組成的空間)容積的渦流流動，此方法實現需要改變傳統結構，增加壓力室囊腔的體積；同時在針閥體回落后，針閥體的頭部(大約占針閥體積的10% )要進入壓力室囊腔，對死區容積內的柴油形成擾動，加強死區容積的湍流流動。
[0008]針閥體⑴回落時，能夠擾動壓力室(2)內柴油，增加壓力室(2)內柴油的湍流流動，柴油湍流進入噴孔(3)通過錐孔時，在錐孔處由于柴油射流流速增大，柴油射流壓力降低，柴油蒸汽壓力大于射流壓力，加強柴油的空化發生，同時在錐孔的倒角處，形成空氣漩渦，空氣漩渦隨射流運動，使得柴油射流在噴孔出口處形成氣液兩相混合射流，實現預混燃
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[0009]利用空化射流強化實現預混燃燒的一種方法，它主要是在柴油機變工況時增加射流空化的強度，提高油束在燃燒室內的霧化效果，實現燃料的完全燃燒，以提高柴油機功率和燃油經濟性。
[0010]本發明實現主要是通過電控單元和改進噴嘴結構共同工作來增強空化實現預混燃燒。由于柴油機噴嘴的出口壓力是不可控的，所以我們是在現有的電控噴油系統上柴油機基礎上改進噴嘴結構，通過壓力傳感器的反饋信號和柴油機工作工況(包括空氣量信號、轉速信號、噴油量信號)的反饋信號，電控單元發出信號控制階梯式突擴噴嘴中射流的噴油量，以實現控制氣液兩相燃油射流中柴油和空氣的混合比例，同時噴嘴結構能增強氣液兩相射流的空化效果，使柴油機燃燒室內油束達到良好的霧化效果，以滿足柴油機不同工作工況。
[0011]本發明具與其他增強空化效果的方法相比，有如下顯而易見的特點和實質性的優占.
[0012]本發明所采用的利用空