共轨喷油器主要结构参数对燃油流动和喷雾特性的影响.pdf

共轨喷油器主要结构参数对燃油流动和喷雾特性的影响 夏兴兰、郭立新、杨海涛、许吉吉 （中国一汽无锡油泵油嘴研究所 江苏 无锡 214063 ） 摘要：根据喷油嘴流量系数试验和喷雾形态试验结果分别对燃油在喷油嘴的流动模型和喷雾 模型进行标定，利用标定后的模型进行CFD 计算分析，研究了共轨喷油器的主要结构参数 （包括进油量孔直径、出油量孔直径、控制腔容积、喷孔K 系数、喷孔入口园角半径、喷 孔直径）对燃油在喷油嘴内的流动和喷雾特性的影响。 关键词：喷油器、喷雾、贯穿度、流量系数、SMD 主要软件： Fire ,Hydsim 喷油器是柴油机供油系统的重要组成部分，喷油器的结构对喷孔内部燃油的 流动特性[1]和喷雾特性有着重要的影响，它不仅影响喷雾质量、喷雾油束与燃烧 室的配合，而且影响喷油时刻、喷油持续期、喷油规律等喷油特性，所有这些都 直接影响发动机的动力性、经济性和排放性。但是喷孔内部流动空间的几何尺寸 极小，燃油以很高的压力和速度流经喷孔，且是强湍流流动，这使得直接观察和 测量喷孔内的流动相当困难。此外喷孔内部的流动还会伴随有空穴现象，使流动 成为气液两相流问题，故试验测量难度相当大。采用数值模拟方法可以详细的研 究喷油器的结构参数对燃油在喷孔内流动和喷雾的影响，为喷油器的结构设计奠 定理论基础。 1 计算模型 1.1 计算流程 喷油器结构如图 1 所示，喷油器的主要结构参数（如进油量孔直径、出油量孔直径、 控制腔容积和喷油嘴中的喷孔 K 系数、喷孔入口园角半径、喷孔直径等）直接影响到燃油 在喷孔中的流动，进而影响油嘴的喷雾特性[2]，从而影响发动机的燃烧和排放。为了研究共 轨喷油器中的主要结构参数对油嘴喷雾特性的影响，需要对喷油器中不同的流动过程，分别 进行一维和三维的流动计算。图2 为喷油嘴喷雾计算的流程图，首先利用Hydsim 软件对供 油系统进行液力计算，得到喷油嘴入口处的压力边界条件；再以此压力为边界条件在喷油嘴 内部进行三维多项流计算，然后根据喷油嘴内部流动计算得到的喷孔出口处的流体速度、湍 流状况等边界条件进行燃油喷雾计算，并用喷雾试验台的测量结果对喷雾模型进行标定，最 后把经过标定后的喷雾模型应用到发动机中进行喷雾、燃烧和排放的计算。   图1 共轨喷油器结构示意图  用 Hydsim 进行供油 用 Fire 进行油嘴内部三 燃油在定容弹里 系统计算  维多项流的流动计算  的喷雾计算  发动机中喷雾、燃烧和排 用喷雾试验台测量结果 放计算  对喷雾模型进行标定  图2  喷雾计算流程图  图3 油嘴内部流动计算边界条件设置 图4 流量系数标定   1.2 计算边界条件 喷油嘴内部流动计算的入口和出口边界都采用压力边界条件，在稳态计算过程中时， 针阀升程固定为0.28mm ，进口压力为120MPa，出口压力为5MPa 。在瞬态计算时，喷油电 信号持续时间为1.5ms，由Hydsim计算得到针阀升程和进口压力曲线，根据气缸压力得到出 口压力曲线，如图3所示。 油嘴内部流动计算时，壁面边界条件采用混合壁面函数，即当近壁湍流雷诺数y+较大 时采用标准的壁面函数，当近壁湍流雷诺数y+较小时采用Popovac Hanjalic 提出的壁面函 数[2] 。 1.3 计算模型的标定 在进行油嘴内部流动计算时先要对计算模型进行标定，标定方法是：采用和油嘴流量试 验台试验时相一致的进出口压力（进口压力10MPa，出口压力0.1MPa ），在不同的针阀升程 条件下，将计算所得到的流量系数与实测的流量系数进行比较，并将误差控制在5% 以内， 如图4所示。在对油嘴内部流动计算模型进行标定以后，再进行油嘴内部流动的稳态和瞬态 计算。 在喷雾过程计算时，也要对喷雾模型进行标定，将计算所得到的喷雾形态与喷雾试验台 测量结果进行对比，如图5所