隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格,改善柴油機(jī)的噴油過程是優(yōu)化燃燒性能與排放特性的有效途徑之一。同時(shí),噴油規(guī)律對(duì)燃油噴霧的發(fā)展及其與缸內(nèi)空氣的相互作用也有直接影響,進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒性能。針閥作為噴嘴內(nèi)重要元件之一,其在噴嘴內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)對(duì)噴油特性有著直接影響。由于針閥偶件間存在間隙,針閥在噴嘴內(nèi)的運(yùn)動(dòng)并非總是處于豎直狀態(tài),而是存在徑向偏心運(yùn)動(dòng),因此本文主要研究內(nèi)容是針閥偏心運(yùn)動(dòng)對(duì)噴油器各孔噴油特性的影響。瞬態(tài)針閥偏心運(yùn)動(dòng)將對(duì)噴油、噴霧特性產(chǎn)生直接影響,從而影響可燃混合氣的形成,進(jìn)而影響柴油機(jī)整機(jī)燃燒與排放特性。對(duì)于多孔對(duì)稱布置噴油器而言,由于針閥在上升階段的偏心運(yùn)動(dòng)將導(dǎo)致多孔噴油器的各孔噴油及噴霧特性孔間存在差異,進(jìn)而產(chǎn)生一系列連鎖影響。因此,確定針閥偏心運(yùn)動(dòng)軌跡及其對(duì)噴油、噴霧特性的影響,可為優(yōu)化噴油器設(shè)計(jì)及提升發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒及排放特性提供依據(jù)�；诖�,在本研究中,用試驗(yàn)結(jié)合數(shù)值模擬的方法分別研究了某直噴柴油機(jī)用多孔對(duì)稱布置VCO噴油器在偏心與不偏心狀態(tài)下的各孔噴油及噴霧特性,研究不同針閥偏心量及偏心方向?qū)Χ嗫讎娪推鞲骺讎娪图皣婌F特性差異的影響。首先建立了針閥在不偏心狀態(tài)下的噴嘴內(nèi)部流動(dòng)三維模型及噴霧模型,并通過基于動(dòng)量定理及動(dòng)量守恒定律的各孔噴油規(guī)律測試試驗(yàn)臺(tái)架測得各孔瞬時(shí)噴油特性,將模擬所得各孔內(nèi)部流動(dòng)特性及噴霧特性與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析。為保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性,在放置壓電晶體力傳感器時(shí)需使噴霧沖擊力目標(biāo)板表面垂直于相應(yīng)噴孔的噴霧軸線方向,同時(shí)將各個(gè)壓電晶體力傳感器垂直放置在距每個(gè)噴孔出口少于10 mm的位置,使得噴霧沖擊力作用表面遠(yuǎn)小于傳感器表面。試驗(yàn)及模擬工況分別選擇40 MPa的低軌壓及160 MPa的中高軌壓,在這兩個(gè)工況下驗(yàn)證比較各孔噴油規(guī)律及噴霧貫穿距離。對(duì)模型瞬時(shí)噴油速率進(jìn)行驗(yàn)證之后,利用基于紋影法的噴霧分析儀測得各噴孔出口近場噴霧發(fā)展及噴霧貫穿距離,對(duì)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步對(duì)比。由于噴嘴內(nèi)針閥運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)各孔近場噴霧特性有直接影響,因此,在背壓為1 MPa的定容燃燒彈內(nèi)利用高速攝影紋影法得到各孔噴嘴出口的燃油霧化發(fā)展過程,并利用噴霧分析儀軟件得出噴霧貫穿距等參數(shù),結(jié)果表明各孔噴霧貫穿距離差異較大。通過對(duì)各孔瞬時(shí)噴油特性、各噴孔出口近場噴霧發(fā)展及噴霧貫穿距離試驗(yàn)與模擬結(jié)果的對(duì)比,證明多孔VCO噴油器針閥在移動(dòng)時(shí)存在偏心運(yùn)動(dòng)。為簡化針閥偏心模型,需要全面了解針閥偏心運(yùn)動(dòng),本研究假設(shè)將針閥運(yùn)動(dòng)分為兩個(gè)階段,即偏心階段與受燃油壓力而引起的彈性變形階段,尤其在小針閥升程時(shí)。由于針閥在運(yùn)動(dòng)過程中兩端所受作用力不同,使其并非筆直落座,而是處于彎曲狀態(tài),與針閥體軸線存在一夾角;而當(dāng)針閥再次抬起時(shí),會(huì)首先恢復(fù)該變形,并伴隨抬起過程直到恢復(fù)自然狀態(tài)。隨后,針閥開始三維偏心運(yùn)動(dòng),直到達(dá)到最大針閥升程。將第一階段定義為針閥在噴嘴內(nèi)沿一側(cè)密封錐面向上滑動(dòng),將第二階段定義為針閥離開噴嘴密封錐面開始豎直向上抬起。為保證三維模擬研究的準(zhǔn)確性,本文建立了針閥在三個(gè)不同運(yùn)動(dòng)平面內(nèi)(皆通過針閥體軸線),不同偏心量下的噴嘴內(nèi)部流動(dòng)三維模型,其中三個(gè)平面分別定義如下:將針閥體軸線與噴孔2軸線所構(gòu)成的平面計(jì)作基準(zhǔn)平面,基準(zhǔn)平面順時(shí)針旋轉(zhuǎn)15°記作15°平面,基準(zhǔn)平面順時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°記作30°平面。在動(dòng)網(wǎng)格建立時(shí),針閥運(yùn)動(dòng)方向?yàn)榇怪狈较?針閥偏心量分別選為0.02 mm、0.04 mm和0.06 mm,通過模擬結(jié)果分析了不同情況的偏心對(duì)各個(gè)噴嘴模型的各噴孔內(nèi)部流動(dòng)及噴霧特性的影響,并將其與試驗(yàn)所得結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,所得結(jié)論如下:模擬結(jié)果表明:各噴孔內(nèi)部空穴的形成及燃油流動(dòng)速率與針閥偏心運(yùn)動(dòng)軌跡密切相關(guān),且在針閥早期開啟階段尤為明顯。此外,在針閥升起初期,與針閥不偏心狀態(tài)下的噴嘴內(nèi)部流動(dòng)三維模型相比,針閥偏心狀態(tài)下的模型各孔噴霧頭部貫穿速度較大。對(duì)于針閥偏心狀態(tài)下的噴嘴模型,針閥徑向偏向側(cè)的噴孔與偏離側(cè)噴孔相較而言,其噴霧錐角較大且噴霧貫穿速度較小,噴油速率也較大。這是因?yàn)獒橀y徑向偏向側(cè)的噴孔,其噴嘴內(nèi)部中心區(qū)域出現(xiàn)線空化,使得噴孔邊緣流體具有更大的流速。針閥偏心對(duì)各孔之間噴油特性及循環(huán)噴油量的一致性也有著直接影響,針閥偏向側(cè)噴孔的循環(huán)噴油量比偏離側(cè)噴孔的小,這是因?yàn)樵卺橀y剛開始抬起過程中,針閥會(huì)部分堵住偏向側(cè)的噴孔,相應(yīng)的針閥偏離側(cè)流通截面積增大,使得偏離側(cè)噴孔油量增加,二者也表明針閥偏心運(yùn)動(dòng)是各孔噴霧差異的主要原因之一。最后,在試驗(yàn)驗(yàn)證方面,將不同運(yùn)動(dòng)平面內(nèi)各針閥偏心量下模擬得到的各孔噴霧頭部貫穿速度與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,針閥偏心量分別取為0.02 mm、0.04 mm和0.06 mm。對(duì)比結(jié)果顯示:在不同針閥偏心運(yùn)動(dòng)所在平面內(nèi),相較于0.02 mm與0.04 mm偏心量,當(dāng)針閥偏心量為0.06 mm時(shí),各孔噴霧頭部貫穿速度的數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果最為接近。
【學(xué)位單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TK421.4
【部分圖文】：

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【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2836538