噴油器技術(shù)狀況檢測技術(shù)研究

王龍 王憲成

摘要：隨著噴油器使用時間的增加，其主要部位和零部件的技術(shù)狀況會下降，影響噴油質(zhì)量，進而影響發(fā)動機的性能。本文根據(jù)檢測目標(biāo)對當(dāng)前的噴油器技術(shù)狀況檢測技術(shù)進行了分類，總結(jié)了傳統(tǒng)檢測方法，并列舉了部分改進方法及檢測效果。

Abstract： As the use time of the fuel injector increases， the technical status of its main parts and components will decrease， which will affect the quality of the fuel injection and thus the performance of the engine. This paper classifies the current fuel injector technical status detection technology according to the detection target， summarizes the traditional detection methods， and lists some improved methods and detection effects.

關(guān)鍵詞：噴油器;技術(shù)狀況;檢測技術(shù)

Key words： injector;technical status;detection technology

中圖分類號：TK42? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ?; ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）06-0014-02

0? 引言

噴油器作為發(fā)動機燃油供給系統(tǒng)的終端，其功用是將噴油泵供給的高壓燃油霧化成細(xì)小的油滴噴入燃燒室，保證良好的霧化性能、合適的噴射角度和貫穿距，與空氣形成油氣混合氣進行燃燒。因此，噴油器的技術(shù)狀況對燃油噴射、油滴破碎、混合氣形成、燃燒等過程有著重要影響，直接影響發(fā)動機的性能。

隨著柴油機運行時間的增加，噴油器的針閥體偶件、調(diào)壓彈簧、噴孔等主要零部件的技術(shù)狀況逐漸劣化，降低了燃油噴射與霧化質(zhì)量，進而導(dǎo)致柴油機性能下降。因此，需要對噴油器的技術(shù)狀況進行檢測，確保其能夠保持良好的運行狀態(tài)。當(dāng)前對噴油器性能的檢測技術(shù)和裝置研究較多，根據(jù)不同的檢測目標(biāo)主要可分為噴油量的檢測、噴油壓力的檢測、噴霧形態(tài)的檢測以及噴霧特性的檢測。

1? 噴油量的檢測

傳統(tǒng)的噴油量的檢測方法，主要通過捕捉噴油量增加產(chǎn)生的容積、質(zhì)量、壓力或位移等信號的變化，進而確定噴油量的變化，但是，此類方法產(chǎn)生的信號變化較小，精度較低，速度較慢，因此容易產(chǎn)生較大誤差。

當(dāng)前對于噴油量檢測的改進方法，主要通過精確控制噴油壓力、溫度等外界條件的方法，提高噴油量的計算精度。如江蘇大學(xué)的梅娟娟[1]等基于容積法設(shè)計了噴油器流量檢測系統(tǒng)，在恒定壓力下測量多次噴射的燃油體積，得到單次的噴油量，實現(xiàn)電控噴油器檢測的智能化;天津理工大學(xué)的李建文[2]等基于質(zhì)量法設(shè)計了噴油器性能測試系統(tǒng)，并分別進行了動態(tài)和靜態(tài)的流量特性測試，具有較高的一致性和穩(wěn)定性。

2? 開啟壓力的檢測

傳統(tǒng)的噴油壓力檢測方法的原理如圖1所示，將待檢測噴油器安裝在高壓油管一側(cè)，另一側(cè)安裝同型號已調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)噴油壓力的噴油器，運行噴油泵向管路內(nèi)供油，并同時觀察兩側(cè)噴油器的噴油情況，若待檢測壓力噴油器先于標(biāo)準(zhǔn)壓力噴油器開始噴油，則說明待檢測噴油器的開啟壓力降低，反之亦然。

或使用噴油器檢測儀，如圖2所示。將噴油器固定在儀器上，通過手動向噴油器內(nèi)加壓供油，當(dāng)噴油器開始噴油時，壓力表的讀數(shù)即為噴油器的開啟壓力。

以上方法的缺點為：檢測結(jié)果需要憑借肉眼觀察，在讀數(shù)時難免會因為觀察者的因素導(dǎo)致精度不夠或讀數(shù)誤差。

一些學(xué)者對噴油器開啟壓力的檢測方法進行了改進，如喬新勇[3]等對高壓油管的振動特征進行了研究，提取起噴壓力正常、偏大、偏小、為零和無窮大的5種噴油器嘴端的振動加速度信號，經(jīng)濾波分析和特征提取擬合出噴油器的開啟壓力，誤差低于1.62%。張東興[4]等使用壓力傳感器采集噴油器挺桿上的壓力信號，獲得噴油器噴油壓力曲線，計算得到噴油器開啟壓力。

3? 噴霧形態(tài)的檢測

傳統(tǒng)的噴霧形態(tài)檢測方法，在噴油器出口設(shè)置同心圓環(huán)集油盤，通過測量噴油時落在圓環(huán)中的燃油質(zhì)量得到噴霧形態(tài)分布。該方法的缺點為：檢測過程中燃油損耗較大、測量精度不高，操作復(fù)雜，耗時較長。

朱均超[5]等對該方法進行了改進，設(shè)計了噴霧形態(tài)分布檢測系統(tǒng)，使用高密度分布的集油盤收集噴霧燃油，通過高精度CCD相機采集集油盤不同液位高度的光學(xué)影像，處理得到噴霧分布的三維形態(tài)圖。此外，通過高速攝像機拍攝不同時刻的噴霧形態(tài)圖像的方法也被廣泛應(yīng)用，姜光軍[6]等設(shè)計了噴油器孔內(nèi)流動和噴霧可視化裝置，通過單片機設(shè)置延遲時間，觸發(fā)相機拍攝透明噴油器孔內(nèi)流動和噴霧形態(tài);秦曉偉[7]通過對高速相機捕捉到的圖像進行圖像處理，提取出噴霧夾角，試驗標(biāo)準(zhǔn)差低于4%。

4? 噴霧特性的檢測

目前國內(nèi)外對噴霧特性的研究方法大多適用于科研方面，主要采用高速攝像機、顯微鏡等儀器捕捉噴霧油束圖像，并通過對圖像處理得到噴霧特性參數(shù)值。

Crua[8]等使用高分辨率的超高速顯微鏡和超高速相機捕捉了發(fā)動機實際工作條件下的噴霧情況，發(fā)現(xiàn)燃油噴出后類似于蘑菇狀結(jié)構(gòu)，燃料在噴射結(jié)束后仍會殘留在噴射器孔中，噴嘴內(nèi)殘留的流體具有內(nèi)部渦流環(huán)運動。Gao[9]等通過帶背光的照相技術(shù)研究了孔內(nèi)氣穴流動和孔外噴霧結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)在初始破碎階段，近噴嘴處的噴霧貫穿距、噴霧錐角和噴霧面積等幾何參數(shù)大致呈線性增加，較高的噴油壓力可以有效地提高霧化效果。Benajes[10]等通過用于照明的激光源和電荷耦合器件（CCD）攝像機等可視化設(shè)備研究了三種不同結(jié)構(gòu)噴嘴的噴霧結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)噴霧分為噴霧寬度等于噴嘴出口的直徑的第一區(qū)域，開始夾帶空氣、但噴霧寬度非線性變化的第二區(qū)域，以及噴霧寬度線性變化的第三區(qū)域。Wang[11]等通過高速Mie散射成像技術(shù)觀察了噴霧的形成，使用激光衍射技術(shù)測量了SMD，研究了不同燃料的噴霧結(jié)構(gòu)發(fā)展和噴霧特性。Li[12]等采用Mie散射成像技術(shù)，使用LED光源照射噴霧，通過高速相機的采樣幀記錄米氏散射信號，進行了環(huán)境溫度對噴霧特性影響的研究。Zhang[13]等使用快速X射線相襯成像和定量圖像處理技術(shù)研究了具有不同夾角的柴油噴油器的近噴嘴噴霧特性，發(fā)現(xiàn)噴霧寬度在針閥升程過程中呈現(xiàn)“啞鈴”形走勢，由打開、半穩(wěn)定和關(guān)閉3個階段組成。

孫偉[14]基于納秒級別的閃光拍攝系統(tǒng)，使用超高速攝像機拍攝了近場噴霧，研究了噴油器結(jié)構(gòu)、噴射環(huán)境、混合燃料等因素在啟噴、穩(wěn)定和結(jié)束3個階段的噴霧特性變化;許靈敏[15]使用高速攝像機和馬爾文粒度分析儀，研究了不同類型燃油、噴孔數(shù)量和孔徑等對噴霧宏觀和微觀提醒的影響;李俊啟[16]在高壓共軌噴油試驗臺上通過紋影法研究了混合燃料在定容彈中的噴霧特征參數(shù)的影響。鄔思遠[17]在宏觀噴霧特性參數(shù)成像系統(tǒng)中進行了不同初始溫度和壓力、燃油種類及當(dāng)量比條件下的預(yù)燃試驗，研究了不同噴油壓力和背壓對噴霧特性變化規(guī)律。

5? 結(jié)論

噴油器作為柴油機的重要部件，其技術(shù)狀況影響著柴油機的整體性能。因此，在運行一定的摩托小時后，必須及時對噴油器的技術(shù)狀況進行檢測，若未能達到使用標(biāo)準(zhǔn)則需要及時維修或更換，使柴油機保持良好的運行狀況。

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