牛燕華NIU Yan-hua 梁永勝LIANG Yong-sheng 季昊成JI Hao-cheng

摘要：利用CFD軟件對(duì)噴油嘴進(jìn)行三維建模，在油嘴升程0.05mm、0.15mm、0.25mm、0.35mm時(shí)，對(duì)油嘴噴孔處噴油量和噴油壓力進(jìn)行仿真研究。通過仿真結(jié)果可知，在相同升程下，雙錐針閥噴孔處流速、壓力比單錐平頭型針閥高，流量系數(shù)更大;在不同升程下，雙錐和平頭針閥流量系數(shù)隨升程增加而增加，且流量系數(shù)增速變緩。

Abstract： The model of nozzle was built by CFD . The nozzle pressure and flow rate were simulated when the nozzle lift was 0.05mm， 0.15mm， 0.25mm and 0.35mm.The simulation results show that： at the same nozzle lift， the double-cone needle valve has higher nozzle flow and injection pressure at the nozzle orifice， flow coefficient .Under different nozzle lift， the flow coefficient of double-cone and flat-head needle valve increases with the increase of nozzle lift， and the increase of flow coefficient slows down.

關(guān)鍵詞：仿真模型;噴孔壓力;噴油嘴流量

Key words： simulation model;nozzle orifice pressure;nozzle flow rate

中圖分類號(hào)：TK413.84? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2021）22-0017-02

0? 引言

隨著全球排放法規(guī)的不斷升級(jí)，在商用領(lǐng)域中的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射系統(tǒng)高壓共軌技術(shù)是目前排放升級(jí)的關(guān)鍵技術(shù)之一。噴油器作為主要的影響因素，對(duì)其進(jìn)行研究勢在必行。噴油器由控制閥偶件、噴油嘴偶件、電磁閥元件、噴油器體等零件構(gòu)成，燃油由噴孔噴出，噴出的速度和壓力決定了燃燒室燃燒狀況[1-3]。

受時(shí)間與成本的制約，數(shù)值仿真計(jì)算成為研究針閥結(jié)構(gòu)的手段之一，本文以計(jì)算流體力學(xué)分析（CFD）為手段，對(duì)噴油嘴建立三維模型，進(jìn)行流場仿真，研究不同油嘴升程下噴孔處噴油壓力與流速以及噴油嘴流量的變化情況，評(píng)估不同針閥頭型對(duì)燃油流動(dòng)的影響。

1? 模型的建立與驗(yàn)證

1.1 模型的建立

噴油嘴工作時(shí)，油針抬起，燃油通過針閥體進(jìn)油孔進(jìn)入壓力室，最后通過噴孔將高壓油束噴入燃燒室進(jìn)行燃燒。噴嘴流動(dòng)狀態(tài)受控于針閥升程，為全面了解不同針閥升程的流動(dòng)，針對(duì)兩種針閥頭型，做系列升程計(jì)算（0.05mm、0.15mm、0.25mm、0.35mm）。

仿真模型計(jì)算邊界條件：穩(wěn)態(tài)計(jì)算，k-e湍流模型，不考慮針閥瞬態(tài)開啟的影響，與噴嘴穩(wěn)態(tài)臺(tái)架測試類似;且在模型中不考慮油道摩擦的影響，進(jìn)出口恒定壓差，進(jìn)口101bar，出口1bar;為保證計(jì)算精度每個(gè)計(jì)算模型的網(wǎng)格數(shù)均約350～400萬單元之間，具體如圖1（平頭型為現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，雙錐為最新設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)），主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

1.2 測量驗(yàn)證

為了驗(yàn)證所建模型的準(zhǔn)確性，通過液體流量測試臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證，如表2所示為測試臺(tái)測量條件。

本文選取油嘴升程0.35的進(jìn)行驗(yàn)證，單件流量和偶件流量測量與仿真流量如表3。噴嘴流量計(jì)算值與測試值很好吻合，考慮到摩擦損失以及測試儀器本身的測量誤差，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際工作狀態(tài)之間必然存在一些差異，但相對(duì)誤差都在5%以內(nèi)，在容許的誤差范圍內(nèi)，表明所建噴油嘴模型能較準(zhǔn)確地模擬不同升程下的流速和壓力，滿足后續(xù)計(jì)算需要。

2? 仿真結(jié)果分析

2.1 不同升程下噴油嘴流量變化

理論體積流量計(jì)算公式如下：

分析結(jié)果如圖2顯示，針閥頭型結(jié)構(gòu)對(duì)噴油嘴偶件流量有較大的影響，范圍可達(dá)7～32%，相較于平頭針閥，雙錐針閥在同等條件下流量更大，主要是由于針閥座面下端截流位置不同，截流面積不同，雙錐油針的截流面積更大，更利于燃油噴出。

在升程h≤0.25mm時(shí)，流量相差大于10%，最高可達(dá)30%（h=0.10mm），伴隨針閥升程加大，使用兩種頭型針閥的噴油嘴偶件流量差異逐漸變小。

2.2 不同升程下噴孔壓力變化

通過仿真結(jié)果，得到不同升程下的壓力云圖，升程相同時(shí)，雙錐頭型噴孔處壓力高于單錐頭型，又因噴孔出口壓力相同，壓力越大流速越高;隨著升程增加，流通截面積相應(yīng)增加，噴孔處壓力提升、流速增大，具體見圖3。

3? 結(jié)論

①模擬分析結(jié)果與試驗(yàn)測試結(jié)果在單件及0.35mm升程兩點(diǎn)相一致：噴嘴單件及在h=0.35mm時(shí)兩點(diǎn)流量計(jì)算值與測試值很好吻合，表明噴孔內(nèi)的流動(dòng)預(yù)測效果好。

②經(jīng)模擬結(jié)果分析，不同針閥頭型對(duì)噴油嘴流量影響不同：使用雙錐針閥的噴油嘴比使用平頭針閥的噴油嘴流量相對(duì)較大，流量高出7～32%。

③使用雙錐針閥的噴油嘴偶件壓力室內(nèi)液體壓力在同等條件下大于使用平頭針閥的油嘴偶件，座面及噴孔壓力，流速較大，流量相對(duì)較高。

參考文獻(xiàn)：

[1]何志霞，鐘汶君，黃云龍，等.針閥運(yùn)動(dòng)對(duì)柴油機(jī)噴嘴瞬態(tài)流動(dòng)特性的影響[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào) 2012，30（4）：336-339.

[2]馬寧，王帥.共軌噴油器關(guān)鍵參數(shù)對(duì)總成油量的影響分析[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2020（18）：44-45.

[3]方文超，甘海燕，趙偉，等.大功率柴油機(jī)高壓燃油噴射系統(tǒng)仿真計(jì)算與平臺(tái)試驗(yàn)驗(yàn)證[J].柴油機(jī)，2008，30（5）：13-17.