噴油器技術狀況檢測技術研究

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狀況會下降，影響噴油質量，進而影響發動機的性能。本文根據檢測目標對當前的噴油器技術狀況檢測技術進行了分類，總結了傳統檢測方法，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.

關鍵詞：噴油器;技術狀況;檢測技術

Key words： injector;technical status;detection technology

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

0? 引言

噴油器作為發動機燃油供給系統的終端，其功用是將噴油泵供給的高壓燃油霧化成細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、調壓彈簧、噴孔等主要零部件的技術狀況逐漸劣化，降低了燃油噴射與霧化質量，進而導致柴油機性能下降。因此，需要對噴油器的技術狀況進行檢測，確保其能夠保持良好的運行狀態。當前對噴油器性能的檢測技術和裝置研究較多，根據不同的檢測目標主要可分為噴油量的檢測、噴油壓力的檢測、噴霧形態的檢測以及噴霧特性的檢測。

1? 噴油量的檢測

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

當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。如江蘇大學的梅娟娟[1]等基于容積法設計了噴油器流量檢測系統，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，實現電控噴油器檢測的智能化;天津理工大學的李建文[2]等基于質量法設計了噴油器性能測試系統，并分別進行了動態和靜態的流量特性測試，具有較高的一致性和穩定性。

2? 開啟壓力的檢測

傳統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，另一側安裝同型號已調整至標準噴油壓力的噴油器，運行噴油泵向管路內供油，并同時觀察兩側噴油器的噴油情況，若待檢測壓力噴油器先于標準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加壓供油，當噴油器開始噴油時，壓力表的讀數即為噴油器的開啟壓力。

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

一些學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? 噴霧形態的檢測

傳統的噴霧形態檢測方法，在噴油器出口設置同心圓環集油盤，通過測量噴油時落在圓環中的燃油質量得到噴霧形態分布。該方法的缺點為：檢測過程中燃油損耗較大、測量精度不高，操作復雜，耗時較長。

朱均超[5]等對該方法進行了改進，設計了噴霧形態分布檢測系統，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影像，處理得到噴霧分布的三維形態圖。此外，通過高速攝像機拍攝不同時刻的噴霧形態圖像的方法也被廣泛應用，姜光軍[6]等設計了噴油器孔內流動和噴霧可視化裝置，通過單片機設置延遲時間，觸發相機拍攝透明噴油器孔內流動和噴霧形態;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，試驗標準差低于4%。

4? 噴霧特性的檢測

目前國內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動機實際工作條件下的噴霧情況，發現燃油噴出后類似于蘑菇狀結構，燃料在噴射結束后仍會殘留在噴射器孔中，噴嘴內殘留的流體具有內部渦流環運動。Gao[9]等通過帶背光的照相技術研究了孔內氣穴流動和孔外噴霧結構，發現在初始破碎階段，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）攝像機等可視化設備研究了三種不同結構噴嘴的噴霧結構，發現噴霧分為噴霧寬度等于噴嘴出口的直徑的第一區域，開始夾帶空氣、但噴霧寬度非線性變化的第二區域，以及噴霧寬度線性變化的第三區域。Wang[11]等通過高速Mie散射成像技術觀察了噴霧的形成，使用激光衍射技術測量了SMD，研究了不同燃料的噴霧結構發展和噴霧特性。Li[12]等采用Mie散射成像技術，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研究了具有不同夾角的柴油噴油器的近噴嘴噴霧特性，發現噴霧寬度在針閥升程過程中呈現“啞鈴”形走勢，由打開、半穩定和關閉3個階段組成。

孫偉[14]基于納秒級別的閃光拍攝系統，使用超高速攝像機拍攝了近場噴霧，研究了噴油器結構、噴射環境、混合燃料等因素在啟噴、穩定和結束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的影響。鄔思遠[17]在宏觀噴霧特性參數成像系統中進行了不同初始溫度和壓力、燃油種類及當量比條件下的預燃試驗，研究了不同噴油壓力和背壓對噴霧特性變化規律。

5? 結論

噴油器作為柴油機的重要部件，其技術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狀況進行檢測，若未能達到使用標準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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