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[摘 要]试验方法：选择一商品6孔油嘴命名为1，另选一只经电火花穿孔和液体挤压研磨加工的油嘴为2，通过对比油嘴喷出的燃油量及喷雾系统的性质对油嘴的加工方法进行验证，并对其喷雾特性进行研究。试验条件：喷压为65MPa，喷射脉宽1850us。结果：2油嘴每个喷孔的油量均匀度好于1；2油嘴喷出液体的对称性好且喷雾质量也比1油嘴好得多。结论：喷孔的加工方法对于油嘴喷雾特性的影响较大，加工过程各孔的一致性也影响喷雾质量，为我们改进加工或选择良好油嘴提供了依据。
[关键词]喷油器，一致性，喷雾特性
中图分类号：TK420文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0000-00
一、前言
柴油机工作时，其气缸内的气体混合燃烧，燃料的喷出及雾化会直接影响柴油机的工作质量，为了解决这一问题，提高柴油机充气效率，现多采用多孔喷油柴油机。但气缸内的燃油喷射受到多种因素的影响，如喷油器与气缸的安装角度、油嘴喷孔本身的设计参数、喷孔长径比、几何形状、过渡圆角及粗糙度等都会影响流量、喷雾性能；而几何形状差会直接影响燃油喷雾的均匀性，气缸内燃油若不能充分混合燃烧，会导致柴油机不能充分工作，耗油高并排出未燃烧尽的气体，污染空气。本文主要对中置式喷油嘴喷雾特性进行研究，可以明确此类油嘴雾化均匀性的影响因素，并阐述了部分提高喷孔一致性的措施，达到提高燃料的燃烧效率。
二、试验过程
1、使用检测喷雾器的原理是：采用高压共轨喷射系统及高速摄像系统对燃油喷雾的均匀性进行检测。此系统的组成有滤油泵、低高压油泵、喷油器、高压油轨等，其核心部件是一带动高压油泵高速运行的变频交流电机（用于模拟发电机曲轴输出）。喷压范围大约在25-190MPa，一旦喷射压力趋于稳定后，变化很小约只有1.5MPa。为方便测量，采用的容器为300mm*300*300mm立方体。同时在它四面及底部设置直径125mm的玻璃窗。用高速摄像机（美国产的V7. 3系列）对油嘴喷雾过程拍摄，拍摄的速度大概是3660帧/s。因为油嘴的喷头太小，大约只有2mm，用带引导的专用装置对各喷嘴喷射的燃油分别进行收集，并对收集的燃油逐一称重。用的是精確度为0.0001g的电子天平（JA1003号）。对油嘴1和2的六个喷油孔进行一致性探究。实验时给喷嘴约65MPa的压力，喷射脉冲为1800us。结果显示，油嘴2各孔油束贯穿距的彼此区分比油嘴1小。此外，油嘴1有一油孔的喷雾喷射面积始终大于其它油孔，把喷射脉冲调到800us时，该孔面积比其它孔还大，比均值大约大37%。
三、试验结果及分析
1.有关喷雾特性实验过程结果及分析
结果显示，在各孔油束的贯穿距相对比较近时，投影面积重合度要好，而当各孔油束的贯穿距相对比较大时，其投影面积的重合度差，两只喷嘴都存在类似的现象。在喷射贯穿距相同时，比较两者的投影面积和重合度存在很大差别，对比1#与2# 发现，经过良好加工的2#油嘴各油孔喷出的油束彼此之间的差别小，而1#的较大。为了比较与分析，引入贯穿距离差异系数η和喷孔差异系数β，即喷孔的贯穿距比值与平均值和每个喷孔油束贯穿距相对于渴望值的偏差程度。
它们的关系及表达式如下：β= Σηi/（T/υ），各个物理量的含义，T为喷孔喷雾延长时间，υ为在高速摄像机下对喷雾采样的时间间隔，i为拍摄的数目。对1#和2#油嘴分别进行65MPa压力的喷射实验，每组实验进行3次。1#油嘴有3个喷孔的喷雾贯穿距的平均值比较大，有2个相对小很多。而2#油嘴中有两个孔喷雾贯穿距的平均值较大，有2个则相对比较小，总体比较平均。
计算得到1#油嘴的喷雾贯穿距差异系数为0.89-1.1；2#油嘴的喷雾贯穿距差异系数为0.93-1.05。可以看出2油嘴比1油嘴集中。此外，影响喷雾几何形状的因素还有喷孔直径、喷孔与喷油器轴线角度γ，各参数加工的一致性越好，油孔喷射的贯穿距越靠近。
2.对试验流量均匀性的分析与探讨
实验均在喷压65MPa，喷射脉冲在1850us条件进行的，收集到连续30次喷射出的燃料，然后分别测验三次。对结果计算统计显示，1#油嘴流量与标准相差5.5%，平均到每个油孔就是0.92%。我们还发现，1#油嘴有一个喷孔的喷射量明显比其它各孔大，查资料得知，当油孔流量系数比较大时，它的喷射燃油质量也比较大。影响这种流量系数的影响因数主要是喷孔的直径大小以及一种倒角半径r（喷孔与内腔间）。
3.对1，2#油嘴喷射对称性研究
通过上面计算分析，可以得出各个喷孔间的差别，但无法得到1油嘴与2 油嘴间的差别，为了研究这个问题，分别采用喷雾同圆度差异系数λ和油嘴差异系数α。
λi =（Ri_Max-Ri_Min）/Ri_Average（1）
α= Σλi（T/υ） （2）
式中，Ri_Max瞬时喷射最大的贯穿距；
Ri_Min为瞬时喷射最大的贯穿距；
Ri_Average瞬时平均贯穿距。
通过公式计算得出，1#油嘴差异系数=0.23，2#油嘴=0.17，差异系数越小，表明贯穿距越集中接近平均值，也说明喷雾的对称性好。因此2#油嘴比1#好。喷油计算方差得，1#油嘴为0.0045，2#油嘴为0.0024，也说明2#油嘴喷射均匀性明显好于1#油嘴。
4、对两油嘴喷孔尺寸精度对比检测
将两嘴送到计量室对喷孔尺寸进行检测，以进一步确认喷孔形状对性能的影响。用的是德国MYCRONA三坐标检测仪分别对喷孔直径、锥度、圆周角α和垂直角β以及A尺寸进行检测。结果是：2#油嘴孔内外径散差都比较集中，最大和最小差小于0.004mm，锥度为-0.01mm，内口大于外口（因为喷孔已经进行过液体研磨故内外口直径不是太明晰，只截取距内外口0.1mm处的直径做评价），α和β角度公差都在±1.5°以内；A尺寸在±0.01范围内。
但1#油嘴孔径散差较大，其中一孔形状不规则呈椭圆状，锥度几乎是平锥，α角和β角度公差都在±2.5°范围内，内外口边界清晰尖锐，可以断定未进行倒圆去刺处理或处理不充分。
通过试验和检测对比显示，2#油嘴喷孔精度好于1#，在喷射的对称性、雾化特性、喷射流量等方面都要比1#油嘴好。
四、结论
（1）通过实验，对喷嘴整体特性和各个喷嘴喷出燃油雾的质量联系起来，采用比对的方式对油嘴的加工提供可靠且实用的依据。
（2）1油嘴的差异系数相对比2喷嘴大，2喷嘴的整体喷射对称性要比2喷嘴好。
（3） 分别求方差并计算，发现2喷嘴方差明显小于1，即2油嘴的喷射燃油质量的均匀程度要比1喷嘴好。
（4） 2#油嘴喷孔的加工用的是POSALUX的HP4-EDM机床，能有效地保证空间角度、孔径、锥度等尺寸公差；再经过SONPLAS液体磨料挤压研磨后，使得喷孔内口形成r圆倒角，有助于燃油的流动，提高了油嘴的综合流量一致性。
五、结束语
通过本文实验和检测证实，要使油嘴的一致性好，必须保证油嘴的喷雾特性、喷射质量均匀度，保证喷出燃油质量方差小，这就要求各喷孔形状和各参数的合格率高。本实验采用的均是合格的商品油嘴，当然实验结果还存在一定的偏差，我们应该基于本实验给定的方法对喷嘴加工的一致性进行进一步研究。
参考文献
[1] 高原，李理光，吴志军，等.高背压大可视化场的喷雾试验定容弹及其控制系统开发[J].内燃机工程，2009，30（4）：57-62.
[2] 宗永平，刘建新，何勇灵，等.喷油器各喷孔流量影响因素的分析
[3] 洛阳工学院学报，1999，20（4）：49-51.
[4] 房建峰，葛述卿，闫继超，等.四孔喷油器流量分布对燃油喷雾及柴油机性能的影响[J].湖北汽车工业学院学报，2006，20（4）：5-7.
[5] 全国紧固件标准化技术委员会.GB/T 16823.2—1997螺纹紧固件紧固通则[S].北京：中国标准出版社，1997.
[关键词]喷油器，一致性，喷雾特性
中图分类号：TK420文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0000-00
一、前言
柴油机工作时，其气缸内的气体混合燃烧，燃料的喷出及雾化会直接影响柴油机的工作质量，为了解决这一问题，提高柴油机充气效率，现多采用多孔喷油柴油机。但气缸内的燃油喷射受到多种因素的影响，如喷油器与气缸的安装角度、油嘴喷孔本身的设计参数、喷孔长径比、几何形状、过渡圆角及粗糙度等都会影响流量、喷雾性能；而几何形状差会直接影响燃油喷雾的均匀性，气缸内燃油若不能充分混合燃烧，会导致柴油机不能充分工作，耗油高并排出未燃烧尽的气体，污染空气。本文主要对中置式喷油嘴喷雾特性进行研究，可以明确此类油嘴雾化均匀性的影响因素，并阐述了部分提高喷孔一致性的措施，达到提高燃料的燃烧效率。
二、试验过程
1、使用检测喷雾器的原理是：采用高压共轨喷射系统及高速摄像系统对燃油喷雾的均匀性进行检测。此系统的组成有滤油泵、低高压油泵、喷油器、高压油轨等，其核心部件是一带动高压油泵高速运行的变频交流电机（用于模拟发电机曲轴输出）。喷压范围大约在25-190MPa，一旦喷射压力趋于稳定后，变化很小约只有1.5MPa。为方便测量，采用的容器为300mm*300*300mm立方体。同时在它四面及底部设置直径125mm的玻璃窗。用高速摄像机（美国产的V7. 3系列）对油嘴喷雾过程拍摄，拍摄的速度大概是3660帧/s。因为油嘴的喷头太小，大约只有2mm，用带引导的专用装置对各喷嘴喷射的燃油分别进行收集，并对收集的燃油逐一称重。用的是精確度为0.0001g的电子天平（JA1003号）。对油嘴1和2的六个喷油孔进行一致性探究。实验时给喷嘴约65MPa的压力，喷射脉冲为1800us。结果显示，油嘴2各孔油束贯穿距的彼此区分比油嘴1小。此外，油嘴1有一油孔的喷雾喷射面积始终大于其它油孔，把喷射脉冲调到800us时，该孔面积比其它孔还大，比均值大约大37%。
三、试验结果及分析
1.有关喷雾特性实验过程结果及分析
结果显示，在各孔油束的贯穿距相对比较近时，投影面积重合度要好，而当各孔油束的贯穿距相对比较大时，其投影面积的重合度差，两只喷嘴都存在类似的现象。在喷射贯穿距相同时，比较两者的投影面积和重合度存在很大差别，对比1#与2# 发现，经过良好加工的2#油嘴各油孔喷出的油束彼此之间的差别小，而1#的较大。为了比较与分析，引入贯穿距离差异系数η和喷孔差异系数β，即喷孔的贯穿距比值与平均值和每个喷孔油束贯穿距相对于渴望值的偏差程度。
它们的关系及表达式如下：β= Σηi/（T/υ），各个物理量的含义，T为喷孔喷雾延长时间，υ为在高速摄像机下对喷雾采样的时间间隔，i为拍摄的数目。对1#和2#油嘴分别进行65MPa压力的喷射实验，每组实验进行3次。1#油嘴有3个喷孔的喷雾贯穿距的平均值比较大，有2个相对小很多。而2#油嘴中有两个孔喷雾贯穿距的平均值较大，有2个则相对比较小，总体比较平均。
计算得到1#油嘴的喷雾贯穿距差异系数为0.89-1.1；2#油嘴的喷雾贯穿距差异系数为0.93-1.05。可以看出2油嘴比1油嘴集中。此外，影响喷雾几何形状的因素还有喷孔直径、喷孔与喷油器轴线角度γ，各参数加工的一致性越好，油孔喷射的贯穿距越靠近。
2.对试验流量均匀性的分析与探讨
实验均在喷压65MPa，喷射脉冲在1850us条件进行的，收集到连续30次喷射出的燃料，然后分别测验三次。对结果计算统计显示，1#油嘴流量与标准相差5.5%，平均到每个油孔就是0.92%。我们还发现，1#油嘴有一个喷孔的喷射量明显比其它各孔大，查资料得知，当油孔流量系数比较大时，它的喷射燃油质量也比较大。影响这种流量系数的影响因数主要是喷孔的直径大小以及一种倒角半径r（喷孔与内腔间）。
3.对1，2#油嘴喷射对称性研究
通过上面计算分析，可以得出各个喷孔间的差别，但无法得到1油嘴与2 油嘴间的差别，为了研究这个问题，分别采用喷雾同圆度差异系数λ和油嘴差异系数α。
λi =（Ri_Max-Ri_Min）/Ri_Average（1）
α= Σλi（T/υ） （2）
式中，Ri_Max瞬时喷射最大的贯穿距；
Ri_Min为瞬时喷射最大的贯穿距；
Ri_Average瞬时平均贯穿距。
通过公式计算得出，1#油嘴差异系数=0.23，2#油嘴=0.17，差异系数越小，表明贯穿距越集中接近平均值，也说明喷雾的对称性好。因此2#油嘴比1#好。喷油计算方差得，1#油嘴为0.0045，2#油嘴为0.0024，也说明2#油嘴喷射均匀性明显好于1#油嘴。
4、对两油嘴喷孔尺寸精度对比检测
将两嘴送到计量室对喷孔尺寸进行检测，以进一步确认喷孔形状对性能的影响。用的是德国MYCRONA三坐标检测仪分别对喷孔直径、锥度、圆周角α和垂直角β以及A尺寸进行检测。结果是：2#油嘴孔内外径散差都比较集中，最大和最小差小于0.004mm，锥度为-0.01mm，内口大于外口（因为喷孔已经进行过液体研磨故内外口直径不是太明晰，只截取距内外口0.1mm处的直径做评价），α和β角度公差都在±1.5°以内；A尺寸在±0.01范围内。
但1#油嘴孔径散差较大，其中一孔形状不规则呈椭圆状，锥度几乎是平锥，α角和β角度公差都在±2.5°范围内，内外口边界清晰尖锐，可以断定未进行倒圆去刺处理或处理不充分。
通过试验和检测对比显示，2#油嘴喷孔精度好于1#，在喷射的对称性、雾化特性、喷射流量等方面都要比1#油嘴好。
四、结论
（1）通过实验，对喷嘴整体特性和各个喷嘴喷出燃油雾的质量联系起来，采用比对的方式对油嘴的加工提供可靠且实用的依据。
（2）1油嘴的差异系数相对比2喷嘴大，2喷嘴的整体喷射对称性要比2喷嘴好。
（3） 分别求方差并计算，发现2喷嘴方差明显小于1，即2油嘴的喷射燃油质量的均匀程度要比1喷嘴好。
（4） 2#油嘴喷孔的加工用的是POSALUX的HP4-EDM机床，能有效地保证空间角度、孔径、锥度等尺寸公差；再经过SONPLAS液体磨料挤压研磨后，使得喷孔内口形成r圆倒角，有助于燃油的流动，提高了油嘴的综合流量一致性。
五、结束语
通过本文实验和检测证实，要使油嘴的一致性好，必须保证油嘴的喷雾特性、喷射质量均匀度，保证喷出燃油质量方差小，这就要求各喷孔形状和各参数的合格率高。本实验采用的均是合格的商品油嘴，当然实验结果还存在一定的偏差，我们应该基于本实验给定的方法对喷嘴加工的一致性进行进一步研究。
参考文献
[1] 高原，李理光，吴志军，等.高背压大可视化场的喷雾试验定容弹及其控制系统开发[J].内燃机工程，2009，30（4）：57-62.
[2] 宗永平，刘建新，何勇灵，等.喷油器各喷孔流量影响因素的分析
[3] 洛阳工学院学报，1999，20（4）：49-51.
[4] 房建峰，葛述卿，闫继超，等.四孔喷油器流量分布对燃油喷雾及柴油机性能的影响[J].湖北汽车工业学院学报，2006，20（4）：5-7.
[5] 全国紧固件标准化技术委员会.GB/T 16823.2—1997螺纹紧固件紧固通则[S].北京：中国标准出版社，1997.