提高喷油嘴流量系数的探讨

提高喷油嘴流量系数的探讨 柴油机设计与制造 Design&ManufactureofDieselEIlgine2003年第3期(总第104期) 提高喷油嘴流量系数的探讨 李劲松韩恒信 (上海浦东伊维燃油喷射有限公司,上海2o0129) l前言 喷油嘴偶件与柴油机一旦完成性能配试,其主 要结构参数(如系列尺寸,喷孔直径,喷孔数,喷 孔角度)就基本定型.如须判断喷油嘴偶件的质量 及钳造水平.除检测其径部,平面,座面三大密封 性,喷雾质量,’热处理后的硬度,金相组织状态 外,一个关键点就是喷孔的状态,包括喷孔直径大 小,喷孔面粗糙度,喷孔内口的圆角状态.对于 喷孔状态的评定是通过流量测定.并估算流量系数 的大小来评定的. 本文针对喷油嘴流量系数对柴油机性能的影响 及提高流量系数的途径进行探讨 2喷油嘴偶件流量系数 喷油嘴偶件流量系数是实际喷油率与理论喷油 率之比.多孔式喷油嘴偶件的流量系数一般为 0.6—0.7.与锐边喷孔的流量系数0.65相符.如将 喷孔内孔口加工成圆角(见图1),则流量系数可 高达0.95. 式中为喷孔流 乘积为喷孔有效截面积, 量系数,为喷孔总面积.喷孔的有效截面积可用 高压流量试验台的流量测试确定.喷孔有效截面积 与流量的关系可用下式表示 ,,. 厂—_V 式中,卜—流量系数 . 喷孔总面积,cnl$ — .流过喷孔的流量,L/s r__一油液比重.g/ema —— -j吾过喷孔的油液在喷孔前后的压差, MPla —— 重力加速度,cm/s~ 根据意大利OMT公司的经验.锐边入口喷孔 的流量系数为0.65左右.随着喷孔入口圆角的增, 大,流量系数将逐步增大,直到接近0.95.喷孔人 口圆角进一步增大.就无明显作用了. 喷孔入口处圆角的无因次量R=r/D达到O.3 iiiin以上时(式中D为喷孔直径,r为喷孔内口边 缘圆角半径平均值),r=?(n+r2+r3+r4),见图2.’t 经过试验,在相同流量时,通过增加喷孔入口处圆 角且适当缩小喷孔直径,能使柴油机性能在全负荷 范围内均得到改善,尤其在燃油消耗,排气温度方 面的改善更令人瞩目.: 喷油孔进口圆角可以减少喷油孔进口处的压力 损失,增大喷油孔中燃油的流速.在不增加燃油压 力的前提下,可以达到改善N和PM排放的效 果.加大喷油孔进口圆角可以改善喷油孔截面内的 流速分布,随着圆角R的增大,喷油孔截面内上 图1喷孔入P状态示意图 部流速将增加.从而促进喷雾的扩展和雾 化. 国外为减少喷油嘴内液体流动过程中 的液力损失,提高流量系数,早就对喷孔 入口圆角进行了研究,达到了提高喷雾质 量,改善柴油机性能的目的.近年来.国 内也先后采取有效的技术措施.提高喷油 嘴偶件流量系数并应用于相关产品.取得 了明显效果. 3喷油嘴喷孔加工现状 一 33— 图2喷孔部分的断面形状 近四十年来.国内喷油嘴的喷孔加工是以 高速台钻采用麻花钻一次钻出为主.20世纪80年 代末开始应用POSLUX三轴钻床(点钻定位孔, 钻孔,扩孔)加工喷孔(仅局限于部分配主机产 品).根据加工方法分析,以及加工实物的测试, 喷孔加工质量可归纳如下: (1)高速台钻加工的喷孔,孔径尺寸离散度较 大.从无锡油泵油嘴研究所喷油嘴液体流量检测标 准研究课题组的检测报告可以看出,喷油嘴流量离 散度大于-,-1096.这是远离主机性能合格品要 求的.这种产品仅能认为是初级水平的产品. (2)POSLUX三轴钻加工喷孔,由于有点钻 定位孔工步.喷孔位置及角度较前者好.其喷孔分 点,钻,扩三道工步,使其加工后的孔径尺寸,孔 壁粗糙度,喷孔内口毛刺状态都较前者好,因此喷 油嘴的流量离散度可缩小在?范围.但该流量离 散度已超出了JB,r296—94《柴油机喷油嘴偶件技 术条件》中3.13条款规定的?396的技术要求. (3)POSLUX三轴钻通过精选钻头加工喷油 嘴,并对钴喷孔引起的内孔口毛刺进行仔细清理, 经多次测试喷孔流量系数也仅能达到O.65,流量离 散度?3.5%.?与先进水平棍比仍存在差距,且仍未 达到规定的?黔要求.但这已是最好水平. 根据喷孔加工现状分析,若以喷孔质量划分, 用高速小台钻加工的喷孔属于初级阶段的市场备件 水平.以POSLUX三轴钻床加工的喷孔其流量系 数O.65,流量离散度?3.5I96,也仅属于目前一般不 达标主机市场和备配件市场水平. 4喷油嘴的最新发展 过去对喷油嘴的性能仅对三大密封性和喷雾质 量提出要求.对其喷孔流量大小,流量系数和流量 离散度没有明确的检验技术标准.随着柴油机向高 效低耗,低排放的趋势发展,对喷油嘴的性能要求 也日益提高.除要求有良好的喷雾,密封性能和较 长的使用寿命外.为了实现高压喷射,改善雾化质 量,对喷油嘴而言,就必须缩小喷孔直径,同时为 保证整机动力性能要求的流量.还要求喷油嘴有较 高的通流能力即要求有较高的流量系数.表1是. 部分国内外喷油嘴高压流量值和流量系数.从表中 反映的数据发现市场上部分国内外喷油嘴流量系数 已达到较高水平.; 5提高喷油嘴流量系数的途径 为提高喷油嘴流量系数曾采用腐蚀法电解法 和超声波电解法等工艺手段来去除压力室内喷孔毛 刺.或实现喷孔人口圆角.根据资料介绍及笔者多 次委托美国挤压研磨公司(E】汀RIJDEHONE)进 行挤压研磨试验的实践体会.挤压研磨是实现喷孔 内口圆角.提高喷油嘴流量系数最方便有效的途 径.经挤压研磨后的喷浦嘴其喷孔的流量系数明显 提高,配机性能也有所改善,标定工况燃油消耗 率,排气温度和烟度明显下降.详见表2和图3. 表1部分国内外喷油嘴流量及流量系数 100bar油压下平均订货号或型号 . 喷孔数×孔径流量离散度流量系数流量( IrI】 0. 433171250. 5×O.226l632O.85 DL正|A155SN711,, 5xcb0.312474O.69 DuA152P8476xo_242O74?3%o.8O DUA155P8576x0.21l757.5?3%0.87 627_7376x夺0.22l930?3%0.87 DuA150P812. 6x0.214l8oO?3’6O.86 DI正Al55P1316x~.0.252131.5?3’6o.75 DI正A15OPVO1M.. 6x~.一 o 0.225… 1810?3’6O.8O 一 34— 表2135柴油机用喷油嘴性能对比 转速.rhnm2200l800l6o0l4o0l3o0l20ol000 挤功率P.kWl66.3l49.7l38.1l25.2ll6.4lOB.590.1 压油耗率踟’g,l【w-h23L2220.8220.42l9.6217.82lB.12lB.2 研总排温乃.?6035976106o9t595589563 磨烟度R ,色08chO.6o.50.7o.81.01.O;1.0 未功率P.kWl65.4l50.8l38.2l24.9115.7lO7.188.9 经 挤油耗率踟,gkW?h236.8222.422O.92l9.72l8.42l8.5217.1 压总排温,?6256o660960859O苦7954l研 磨烟度Rh,Bosch2.7o.9o.71.41.11.41.9 001800220O 发动机转速,r/min 图3柴油机在标定工况外特性. 从表2,图3中数据可见,经挤压研磨后的喷 油嘴,在柴油机标定工况的燃油消耗率下降5.6 kW?h,总排温下降22?,排气烟度下降2.1Bosch 单位. 6小结 根据国内外喷油嘴发展动向,及柴油机达到欧 I欧?,_砍?标准对喷油嘴的要求.喷油嘴流 量流量离散度将列为评价喷油嘴的质量优劣和评 定-个企业制造喷油嘴水平高低的一项重要指标. 喷油嘴制造企业为了自身的生存和发展.必须制造 大量较高流量系数和较小流量离散度的喷油嘴产品 提供市场.若要以提高喷油孔表面光洁度和实现喷 孔内口圆角来提高喷孔流量系数,挤压研磨是方便 有效途径.喷孔流量系数提高后,喷孔直径将逐渐 减小,多孔式喷油I嘴在直喷式柴油机上的应用发展 趋向是小喷孔技术.因此喷油嘴喷孔的加工将更加 困难.目前国外一些着名喷油瞒生产厂家如 BOSCH公司和DENSO公司已应用了电火花加工 技术加工小喷孔.|掌握这方面技术也将是我们面临 的新课题.- 参考文献 l加尔派罗维奇.?内燃机燃油喷射和调节.机械工 业出版社..? 2加尔派罗维奇.船用柴油机燃油喷射系统.国防 工业出版社,1997.’:., 来稿日期:’20O3牟:6月15日 一 35一 lo{l}{i}煳啪{;; 1Is0?’q譬p.1I.专.每.