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高压共轨喷油器各喷孔喷油不一致性实验研究

摘要

柴油机的经济性和动力性主要受到燃油喷射特性以及燃油-空气混合质量的影响。

由于喷嘴加工工艺限制和加工误差的存在，导致多喷孔喷嘴各喷孔内部几何形状并不完

全一致。同时，针阀动作偏心使得各喷孔内部燃油流动状态产生差异，进而导致工作过

程中存在各喷孔喷油不一致现象，这种不一致会导致缸内喷雾分布不均匀，影响缸内混

合气质量，对缸内燃烧和排放特性产生重要影响。因此，开展各喷孔喷油不一致性实验

研究，基于动量法和喷雾可视化方法从喷油量到喷雾形态系统化对喷油不一致性进行评

估，对提高柴油机的经济性和动力性具有重要意义。

在本文中，通过对比应变式力传感器与压电式力传感器测量结果，选择动态响应更

好，曲线相对平滑的压电式力传感器，同时对比了压电传感器与喷孔距离在3-8mm下

的测量结果，确定了在3mm测量距离下进行喷雾动量测量。采集信号通过切比雪夫滤

波器在1500Hz频率下进行了滤波处理，最后将本装置与EMI2型商业喷油规律测量仪

进行了对比，验证了本装置的测量准确性。在不同喷油压力和喷油脉宽下开展了各喷孔

喷油不一致实验研究，发现增大喷油压力或喷油脉宽均可降低各喷孔喷油规律及喷油量

差异，喷油规律峰值极差随之降低，喷油量极差系数呈“先急后缓”趋势下降，喷油量

平均波动率更小，各喷孔喷油一致性提高。

基于米氏散射法在不同喷油压力下进行了各喷孔喷雾不一致可视化实验研究。根据

喷雾图像特点编写了多喷孔喷雾图像处理程序，实现了在噪声较大、背景复杂情况下对

喷雾的准确识别和参数计算，并将程序计算结果与实验测量结果进行了对比，证明了程

序计算的准确性。根据喷雾图像定性研究发现，在喷射初期各喷孔喷雾出现不一致现象，

随着喷雾进一步发展，各喷孔喷雾不一致程度降低，当喷油压力增大时，喷雾不一致现

象维持时间缩短。基于程序计算得到的喷雾宏观/微观参数对喷雾不一致性进行了量化

分析，发现随着喷油压力增大，不同喷孔贯穿距极差峰值提前，180MPa时极差峰值时

刻为0.72ms，且当喷油压力小于120MPa时，第4孔贯穿距归一化偏差均小于0.3，更

接近四孔平均水平。增大喷油压力对边界气体卷吸质量的提升逐渐降低且对稳定阶段当

量比无明显影响，基于喷雾贯穿距和边界气体卷吸质量进行离散系数计算得到，随着喷

油压力和时间增大，各喷孔间喷油一致性提高。

关键词：多喷孔喷油器；喷油不一致性；动量法；喷雾可视化；实验研究

高压共轨喷油器各喷孔喷油不一致性实验研究

Abstract

Theeconomyandpowerperformanceofdieselenginesareprimarilyinfluencedbythe

fuelinjectioncharacteristicsandthequalityoffuel-airmixture.Duetolimitationsinnozzle

processingtechnologyandmachiningerrors,thegeometricshapeswithinthevariousnozzle

holesofmulti-holenozzlesarenotentirelyconsistent.Additionally,eccentricneedlevalve

actionsresultindifferencesinfuelflowconditionswithineachnozzlehole,leadingto

inconsistentfuelinjectionamongthenozzleholesduringoperation.Suchinconsistencycauses

unevenspraydistributionwithinthecylinder,affectingthequalityofthemixtureinsidethe

cylinderandtherebysignificantlyimpactingcombu