一种利用空化射流强化实现预混燃烧的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种柴油机喷油器技术领域，重点是涉及柴油机利用空化射流强化实现预混燃烧的方法，具体地是一种根据柴油机不同工作工况，通过转速、压力等信号反馈实现电控元件调节喷油器喷油量，在喷油量和喷油压力变化的情况下，通过喷嘴结构的改进增强射流的空化，使得喷射油束在柴油机燃烧室提高柴油的雾化质量，以满足柴油机不同的工况，提高柴油机的功率和燃油经济性。
【背景技术】
[0002]喷油嘴是柴油机喷油器总成的重要组成部件，其主要功能是将来自喷油栗的高压柴油按一定的要求进行雾化，并分布到燃烧室中形成良好的可燃混合气。提高雾化质量，可以使柴油在燃烧室内燃烧更加充分，降低柴油机油耗和减少排放。目前孔式喷油嘴柴油机在提高喷嘴的雾化质量的方法大多是增加喷嘴个数，减小喷嘴孔径等等。由于孔式喷油嘴孔数多，孔径小，在使用过程中容易被堵塞，而轴针式喷油嘴喷孔大，不易堵塞，但燃油的雾化状况差。
近年来国内外大量研究表明燃油喷射系统喷油嘴喷孔内部流动高度湍动，特别是存在明显的空化现象，油束在喷孔出口处已经分裂为细小的油滴，在离开喷嘴时，雾束表面已经形成了初始扰动源。即对于高压喷射喷雾的形成包括了初次雾化和二次雾化两个阶段，雾化过程及雾化质量除了受喷雾与其周围空气摩擦所引起的二次雾化影响外，更受到喷嘴内部流动的湍动和空穴所弓I起的初次雾化效果。
对于液体，当其压强一定，温度升高到至沸点温度时，液体汽化成气泡，即出现气相，这是通常所说的沸腾现象。和沸腾相似，对于某种液体，当其温度一定，而液体压力降低至某个临界值时，液体中也会出现汽化现象，即在液相中出现气相，形成气液两相流。此时由于连续介质中出现空洞，液体的连续性受到破坏，连续性原理就不再适用。这种在一定温度下的液体，由于压力降低而在液体内部产生气泡的现象就叫做空穴(也称空化)。
近年来研究表明，通过改变柴油机喷嘴喷油孔直径、长度、入口圆角半径、倾斜角、流通截面等结构尺寸可以诱导空化效应的产生，进而提高燃油喷射系统的雾化效果。但是这些研究仍然在增加雾化效果时也产生一些不利影响，比如喷油孔堵塞等，所以通过一些其他的方法来控制雾化效果并且减少不利影响。
【发明内容】
[0003]本发明是在现有的电控喷射系统的基础上针对上述内容，提供一种能够通过电控单元控制喷油栗的喷油量和射流在喷嘴入口的压力，改变喷嘴纯液态射流的状态，使得喷嘴喷油量可调整以射流气液两相混合比例；同时通过改进喷嘴结构增加喷嘴射流的空化强度，使气液两相射流在燃烧室内更容易雾化，使射流油束提高雾化质量，以满足柴油机的任何工作工况的方法；即利用空化射流强化实现预混燃烧的方法。
[0004]为了实现上述内容，本发明的构思是:包括针阀体(1)、压力室⑵和喷孔(3)，其特征在于:针阀体(1)落座后，针阀头部能够伸到压力室囊腔内，并占压力室囊腔总体积的的10%，压力室囊腔体积增大50-60%，喷孔(3)内设置锥孔，具体如下:其中喷孔(3)的长度为1.5mm，喷孔进口直径D1和出口直径D3相等，且均为1mm，喷孔(3)内的锥孔长取值范围0.37-0.45mm，锥孔最小直径D2取值范围为0.8-0.95mm，锥孔入射角取值范围是140-175°，锥孔的倒角取值范围是80-90°，锥孔入口距离喷孔入口距离为0.1-0.15mm。进一步，压力室(2)和喷孔(3)的内部表面粗糙度的范围是Ra3.2-12.5。
[0005]对于增加柴油机喷嘴的空化强度和增强柴油机雾化质量的方法已有很多种类，而且技术成熟并且实现量产，例如一些常见的缩小喷嘴直径或是一些通过喷油栗控制喷油量、喷射压力和喷射时间的方法。
[0006]上述常见的方法喷射纯液态射流并且在变工况下不能保持射流的空化强度。本发明的方法是在现有的电控喷射系统基础上，通过改变传统的喷嘴结构以保持射流的空化强度并利用电控元件控制喷嘴入口的喷油量从而实现对射流气液两相比例的控制；以满足柴油机的不同工况下，保持射流的空化强度，使射流油束在柴油机燃烧室内的雾化质量满足柴油机工作的需求。
[0007]为了保持喷嘴射流的空化强度，本发明对喷嘴进行了改进。一是改变传统的圆柱式喷孔为阶梯式突扩喷孔(在圆柱式喷孔内部加装锥孔)，改进后射流在突扩倒角处形成空气涡流，使得空气涡流包围射流，同时截面突然扩大使射流速度减小，压力增大，使射流更容易气化；同时增加喷嘴内部表面的粗糙度也利于增加射流空化强度。二是增加针阀体与喷油孔连接的死区(针阀体回落后和压力室囊腔组成的空间)容积的涡流流动，此方法实现需要改变传统结构，增加压力室囊腔的体积；同时在针阀体回落后，针阀体的头部(大约占针阀体积的10% )要进入压力室囊腔，对死区容积内的柴油形成扰动，加强死区容积的湍流流动。
[0008]针阀体⑴回落时，能够扰动压力室(2)内柴油，增加压力室(2)内柴油的湍流流动，柴油湍流进入喷孔(3)通过锥孔时，在锥孔处由于柴油射流流速增大，柴油射流压力降低，柴油蒸汽压力大于射流压力，加强柴油的空化发生，同时在锥孔的倒角处，形成空气漩涡，空气漩涡随射流运动，使得柴油射流在喷孔出口处形成气液两相混合射流，实现预混燃
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[0009]利用空化射流强化实现预混燃烧的一种方法，它主要是在柴油机变工况时增加射流空化的强度，提高油束在燃烧室内的雾化效果，实现燃料的完全燃烧，以提高柴油机功率和燃油经济性。
[0010]本发明实现主要是通过电控单元和改进喷嘴结构共同工作来增强空化实现预混燃烧。由于柴油机喷嘴的出口压力是不可控的，所以我们是在现有的电控喷油系统上柴油机基础上改进喷嘴结构，通过压力传感器的反馈信号和柴油机工作工况(包括空气量信号、转速信号、喷油量信号)的反馈信号，电控单元发出信号控制阶梯式突扩喷嘴中射流的喷油量，以实现控制气液两相燃油射流中柴油和空气的混合比例，同时喷嘴结构能增强气液两相射流的空化效果，使柴油机燃烧室内油束达到良好的雾化效果，以满足柴油机不同工作工况。
[0011]本发明具与其他增强空化效果的方法相比，有如下显而易见的特点和实质性的优占.
[0012]本发明所采用的利用空