CN105927445A - 一种可视化液体燃料喷油器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可视化液体燃料喷油器，包括喷嘴、阀体、针阀和针阀升程调节装置，所述喷嘴的上端与阀体直径相同，喷嘴的上端与阀体的下端可拆卸连接；沿喷嘴的径向开有喷嘴腔体，沿阀体的径向开有阀体腔体，所述喷嘴腔体与阀体腔体形成相连通的空腔；所述针阀设于所述空腔内；所述针阀升程调节装置与阀体的上端连接；本发明保留了真实喷油器主要部件，确保了燃油通道的一致性，配合液体燃料供给系统和高速摄影技术，可使液体燃料在喷油器中的流动特性得以真实全面的捕获，可实现喷油器内不同针阀升程下液态燃料流动瞬态特性的可视化试验研究。

Description

一种可视化液体燃料喷油器

技术领域

本发明属于柴油机燃油喷雾领域，涉及一种可视化液体燃料喷油器，可实现柴油机喷油器内不同针阀升程下燃油流动特性的可视化研究。

背景技术

为了应对日趋严格的内燃机排放法规，诸如均质充量压缩着火(HCCI)燃烧、低温燃烧、分层复合燃烧等新一代燃烧概念相继出现。同时，生物燃料等液体替代燃料也逐渐成为研究的热点。新一代燃烧模式具有极低的氮氧化物NO_X和颗粒PM排放，同时保持着较高的热效率，但对燃油喷射系统的性能也提出了更高要求。同时，人们对生物燃料等液体替代燃料的流动特性知之甚少。因此，近年来发动机燃油喷射系统，尤其是不同液体燃料在柴油机喷嘴内的空穴两相流动引起越来越多学者的关注。但由于柴油机喷油器的喷嘴尺寸微小(典型喷孔1mm长，直径零点几毫米)，内部为非常复杂的空穴湍流流动。在200MPa以上喷油压力下，喷孔内燃油流动速度接近几百米每秒的数量级，雷诺数Re也达到50000这一数量级，而且流动是瞬态的，喷油持续期只有几毫秒，这都使得对这种微小喷嘴内部空化现象及空穴流动的实验研究异常困难。采用简化平板喷嘴或比例放大透明喷嘴模型可以相对清晰地观察到喷孔内部的空化形态及发展，从而作为一种有效的研究手段而被广为采用。研究(SAE2001-01-2008)中采用简化平板喷嘴，简化了针阀，仅保留了柴油机喷油器燃油流动通道的基本特征。研究(SAE 2007-01-1405)中将原柴油机喷油器局部作了放大，实现喷嘴内部空穴两相流动可视化试验。

本发明提出一种可视化液体燃料喷油器的设计，简化了真实喷油器，但保留了主要部件，确保了燃油通道的一致性，可实现柴油机喷油器内不同针阀升程下燃油流动瞬态特性的可视化试验研究。从而获得更为真实全面的燃油流动特性，为提高柴油机燃油喷射系统的性能提供理论支撑，很好地推动了柴油机燃油喷射系统的实际革新。

发明内容

本发明提出一种可视化液体燃料喷油器，可用于开展柴油机喷油器内不同针阀升程下燃油流动特性的可视化研究。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种可视化液体燃料喷油器，包括喷嘴、阀体、针阀和针阀升程调节装置，所述喷嘴的上端与阀体直径相同，喷嘴的上端与阀体的下端可拆卸连接；沿喷嘴的径向开有喷嘴腔体，沿阀体的径向开有阀体腔体，所述喷嘴腔体与阀体腔体形成相连通的空腔；所述针阀设于所述空腔内；所述针阀升程调节装置与阀体的上端连接；

所述阀体还包括第二螺纹孔、注油口、注油通道，所述阀体腔体包括阀体上部腔体、阀体中部腔体和阀体下部腔体；所述阀体上部腔体为阶梯圆孔，所述阶梯圆孔的直径自上而下依次增大；所述阀体中部腔体为圆台孔，阀体中部腔体的上端直径大于阀体中部腔体的下端直径，阀体中部腔体的下端直径与阀体上部腔体最下一阶的直径相等；所述阀体下部腔体的直径与阀体上部腔体最下一阶的直径相等；所述第二螺纹孔设于阀体上端，第二螺纹孔沿阀体径向开设，第二螺纹孔与阀体上部腔体最上一阶相连通，第二螺纹孔的直径小于阀体上部腔体最上一阶的直径；所述注油口设于阀体上端，所述注油通道连接注油口下端与阀体中部腔体上端；

所述喷嘴包括压力室和喷油孔，所述压力室位于所述喷嘴腔体的下端，且与喷嘴腔体的下端相连通，所述喷油孔设于所述喷嘴的下端，所述喷油孔与压力室相连通；所述喷嘴腔体的直径与所述阀体下部腔体的直径相等；

所述针阀包括针阀上部、针阀中部和针阀头部，所述针阀上部为阶梯圆柱体，所述阶梯圆柱体的直径自上而下依次增大，所述针阀上部最上一阶的直径与所述阀体上部腔体最上一阶的直径相等，针阀上部最上一阶设于所述阀体上部腔体最上一阶内；针阀上部最下一阶的直径与阀体上部腔体最下一阶的直径相等，所述针阀头部设于所述压力室内；

所述针阀升程调节装置包括凸台、压力传感器、螺杆、旋转刻度尺和数字显示器；所述螺杆长度大于所述第二螺纹孔，螺杆穿过第二螺纹孔进入所述阀体腔体内，螺杆下端与凸台固接，凸台的直径大于第二螺纹孔的直径；所述压力传感器固设于凸台的下表面，压力传感器与所述针阀上部最上一阶之间通过一个弹簧连接；所述旋转刻度尺与螺杆上端固接，所述数字显示器与所述旋转刻度尺上端固接，数字显示器与压力传感器电性连接。

所述可视化液体燃料喷油器还包括一个卡盘；沿所述喷嘴上端的周向设有一圈凸起，沿所述阀体下端的周向设有一圈阀体肩部，所述阀体肩部直径大于喷嘴上端的凸起直径，在阀体肩部上设有竖直的第一螺纹孔；所述卡盘套在喷嘴上，所述卡盘上开有与所述第一螺纹孔相匹配的连接螺栓孔，卡盘与第一螺纹孔通过螺栓连接。

所述喷嘴为透明喷嘴，所述透明喷嘴的材质为聚碳酸酯或蓝宝石。

所述喷油孔为圆柱孔或圆锥孔。

有益效果：

本发明具有的特点是：保留了真实喷油器主要部件，确保了燃油通道的一致性，配合液体燃料供给系统和高速摄影技术，可使液体燃料在喷油器中的流动特性得以真实全面的捕获，可实现喷油器内不同针阀升程下液态燃料流动瞬态特性的可视化试验研究。为提高柴油机燃油喷射系统的性能提供理论支撑，因此本发明在燃油喷射及喷雾领域具有广泛的应用。

附图说明

图1为一种可视化液体燃料喷油器结构示意图；

图2为针阀升程调节装置结构示意图；

图3为阀体结构示意图；

图4为针阀结构示意图；

图5为透明喷嘴结构示意图；

图6为卡盘结构示意图。

图中：1、喷嘴；2、卡盘；3、阀体；4、针阀；5、针阀升程调节装置；6、凸台；7、压力传感器；8、螺杆；9、旋转刻度尺；10、数字显示器；11、第一螺纹孔；12、阀体肩部；13、阀体上部腔体；14、第二螺纹孔；15、注油口；16、注油通道；17、阀体中部腔体；18、阀体下部腔体；19、针阀上部；20、针阀中部；21、针阀头部；22、弹簧；23、压力室；24、喷油孔；25、连接螺栓孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述：

如图1～5所示，一种可视化液体燃料喷油器，包括喷嘴1、阀体3、针阀4和针阀升程调节装置5，所述喷嘴1的上端与阀体3直径相同，喷嘴1的上端与阀体3的下端可拆卸连接；沿喷嘴1的径向开有喷嘴腔体，沿阀体3的径向开有阀体腔体，所述喷嘴腔体与阀体腔体形成相连通的空腔；且喷嘴1和阀体3的接触面密闭；所述针阀4设于所述空腔内，针阀4与所述阀体3构成耦件；所述针阀升程调节装置5与阀体3的上端连接；

所述阀体3还包括第二螺纹孔14、注油口15、注油通道16，所述阀体腔体包括阀体上部腔体13、阀体中部腔体17和阀体下部腔体18；所述阀体上部腔体13为阶梯圆孔，所述阶梯圆孔的直径自上而下依次增大；所述阀体中部腔体17为圆台孔，阀体中部腔体17的上端直径大于阀体中部腔体17的下端直径，阀体中部腔体17的下端直径与阀体上部腔体13最下一阶的直径相等；所述阀体下部腔体18的直径与阀体上部腔体13最下一阶的直径相等；所述第二螺纹孔14设于阀体3上端，第二螺纹孔14沿阀体3径向开设，第二螺纹孔14与阀体上部腔体13最上一阶相连通，第二螺纹孔14的直径小于阀体上部腔体13最上一阶的直径；所述注油口15设于阀体3上端，所述注油通道16连接注油口15下端与阀体中部腔体17上端；

所述喷嘴1包括压力室23和喷油孔24，所述压力室23位于所述喷嘴腔体的下端，且与喷嘴腔体的下端相连通，所述喷油孔24设于所述喷嘴1的下端，所述喷油孔24与压力室23相连通；所述喷嘴腔体的直径与所述阀体下部腔体18的直径相等；

所述针阀4包括针阀上部19、针阀中部20和针阀头部21，所述针阀上部19为阶梯圆柱体，所述阶梯圆柱体的直径自上而下依次增大，所述针阀上部19最上一阶的直径与所述阀体上部腔体13最上一阶的直径相等，针阀上部19最上一阶设于所述阀体上部腔体13最上一阶内；针阀上部19最下一阶的直径与阀体上部腔体13最下一阶的直径相等，所述针阀头部21设于所述压力室23内；

所述针阀升程调节装置5包括凸台6、压力传感器7、螺杆8、旋转刻度尺9和数字显示器10；所述螺杆8长度大于所述第二螺纹孔14，螺杆8穿过第二螺纹孔14进入所述阀体腔体内，螺杆8下端与凸台6固接，凸台6的直径大于第二螺纹孔14的直径；所述压力传感器7固设于凸台6的下表面，压力传感器7与所述针阀上部19最上一阶之间通过一个弹簧22连接；所述旋转刻度尺9与螺杆8上端固接，所述数字显示器10与所述旋转刻度尺9上端固接，数字显示器10与压力传感器7电性连接。

所述可视化液体燃料喷油器还包括一个卡盘2，如图6所示；沿所述喷嘴1上端的周向设有一圈凸起，沿所述阀体3下端的周向设有一圈阀体肩部12，所述阀体肩部12直径大于喷嘴1上端的凸起直径，在阀体肩部12上设有竖直的第一螺纹孔11；所述卡盘2套在喷嘴1上，所述卡盘2上开有与所述第一螺纹孔11相匹配的连接螺栓孔25，卡盘2与第一螺纹孔11通过螺栓连接。

所述喷嘴1为透明喷嘴，所述透明喷嘴的材质为聚碳酸酯或蓝宝石。

所述喷油孔24为圆柱孔或圆锥孔。

针阀升程调节装置5可以实现针阀升程的调节功能，其结构示意图如图2所示。压力传感器7可以检测和传送针阀4对弹簧22的压力值，数字显示器10可以显示压力值。旋转刻度尺9的刻度值需要人工读取。根据读出的旋转刻度尺9的刻度值和显示器10显示的压力值即可确定出试验中实际的针阀升程数值。

Claims (4)

1.一种可视化液体燃料喷油器，其特征在于，包括喷嘴(1)、阀体(3)、针阀(4)和针阀升程调节装置(5)，所述喷嘴(1)的上端与阀体(3)直径相同，喷嘴(1)的上端与阀体(3)的下端可拆卸连接；沿喷嘴(1)的径向开有喷嘴腔体，沿阀体(3)的径向开有阀体腔体，所述喷嘴腔体与阀体腔体形成相连通的空腔；所述针阀(4)设于所述空腔内；所述针阀升程调节装置(5)与阀体(3)的上端连接；

所述阀体(3)还包括第二螺纹孔(14)、注油口(15)、注油通道(16)，所述阀体腔体包括阀体上部腔体(13)、阀体中部腔体(17)和阀体下部腔体(18)；所述阀体上部腔体(13)为阶梯圆孔，所述阶梯圆孔的直径自上而下依次增大；所述阀体中部腔体(17)为圆台孔，阀体中部腔体(17)的上端直径大于阀体中部腔体(17)的下端直径，阀体中部腔体(17)的下端直径与阀体上部腔体(13)最下一阶的直径相等；所述阀体下部腔体(18)的直径与阀体上部腔体(13)最下一阶的直径相等；所述第二螺纹孔(14)设于阀体(3)上端，第二螺纹孔(14)沿阀体(3)径向开设，第二螺纹孔(14)与阀体上部腔体(13)最上一阶相连通，第二螺纹孔(14)的直径小于阀体上部腔体(13)最上一阶的直径；所述注油口(15)设于阀体(3)上端，所述注油通道(16)连接注油口(15)下端与阀体中部腔体(17)上端；

所述喷嘴(1)包括压力室(23)和喷油孔(24)，所述压力室(23)位于所述喷嘴腔体的下端，且与喷嘴腔体的下端相连通，所述喷油孔(24)设于所述喷嘴(1)的下端，所述喷油孔(24)与压力室(23)相连通；所述喷嘴腔体的直径与所述阀体下部腔体(18)的直径相等；

所述针阀(4)包括针阀上部(19)、针阀中部(20)和针阀头部(21)，所述针阀上部(19)为阶梯圆柱体，所述阶梯圆柱体的直径自上而下依次增大，所述针阀上部(19)最上一阶的直径与所述阀体上部腔体(13)最上一阶的直径相等，针阀上部(19)最上一阶设于所述阀体上部腔体(13)最上一阶内；针阀上部(19)最下一阶的直径与阀体上部腔体(13)最下一阶的直径相等，所述针阀头部(21)设于所述压力室(23)内；

所述针阀升程调节装置(5)包括凸台(6)、压力传感器(7)、螺杆(8)、旋转刻度尺(9)和数字显示器(10)；所述螺杆(8)长度大于所述第二螺纹孔(14)，螺杆(8)穿过第二螺纹孔(14)进入所述阀体腔体内，螺杆(8)下端与凸台(6)固接，凸台(6)的直径大于第二螺纹孔(14)的直径；所述压力传感器(7)固设于凸台(6)的下表面，压力传感器(7)与所述针阀上部(19)最上一阶之间通过一个弹簧(22)连接；所述旋转刻度尺(9)与螺杆(8)上端固接，所述数字显示器(10)与所述旋转刻度尺(9)上端固接，数字显示器(10)与压力传感器(7)电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种可视化液体燃料喷油器，其特征在于，所述可视化液体燃料喷油器还包括一个卡盘(2)；沿所述喷嘴(1)上端的周向设有一圈凸起，沿所述阀体(3)下端的周向设有一圈阀体肩部(12)，所述阀体肩部(12)直径大于喷嘴(1)上端的凸起直径，在阀体肩部(12)上设有竖直的第一螺纹孔(11)；所述卡盘(2)套在喷嘴(1)上，所述卡盘(2)上开有与所述第一螺纹孔(11)相匹配的连接螺栓孔(25)，卡盘(2)与第一螺纹孔(11)通过螺栓连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种可视化液体燃料喷油器，其特征在于，所述喷嘴(1)为透明喷嘴，所述透明喷嘴的材质为聚碳酸酯或蓝宝石。

4.根据权利要求1或2所述的一种可视化液体燃料喷油器，其特征在于，所述喷油孔(24)为圆柱孔或圆锥孔。