CN106948989A - 一种机车柴油机喷嘴及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种机车柴油机喷嘴，包括喷嘴本体和喷孔，所述喷嘴的喷孔入口端孔口为渐缩孔，喷孔出口端孔口为渐扩孔，渐缩孔与渐扩孔交界的圆孔横截面为喷孔孔径最小的交界截面，渐缩孔与交界截面之间为圆弧过渡，渐扩孔与交界截面之间为圆弧过渡，从而形成入口端和出口端均为喇叭状的喷孔，所述渐缩孔的孔口直径与渐扩孔的孔口直径相同；所述喷孔交界截面的位置或位于喷孔中轴线中点、或位于喷孔中轴线中点与出口端孔口即渐扩孔之间的位置。该喷嘴将通过对喷孔的截面形状的优化，使得在同样压差下柴油喷射速度更快，空化效应和液流紊乱增强，雾化效果更佳，而且能降低柴油与喷嘴腔体内壁的摩擦，其制造方法科学、可靠。

Description

一种机车柴油机喷嘴及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种柴油机部件及制造方法，尤其涉及一种机车柴油机喷嘴及其制造方法。

背景技术

在内燃柴油机车喷油系统中，喷油器起着重要的作用，喷嘴是柴油机喷射系统的最终执行部件，喷嘴内部流动特性直接影响燃油的喷射和雾化质量，进而影响之后的燃烧效果，也直接影响到柴油机的经济性、动力性及排放特性；

传统的喷油器，喷嘴的喷孔多为等径圆筒形，即喷孔从入口端至出口端的孔径保持不变，（以如图1所示为280A型喷油器喷嘴），存在的问题是：

1．针阀抬起后进油端与喷射口之间存在极大的压差，主要的压降区域集中在压力室至喷孔入口端，这一区域油液对内壁的剪切力增大，且油液在压力室内容易产生漩涡会加剧能量耗散；在其之后局部的湍流会产生小漩涡对流场的平顺和流量造成影响，故这一区域的磨损通常很大；直接影响喷嘴的寿命；

2．另外伴随着压差的增大，喷嘴内燃油流动易出现空穴区域，一方面增强湍流流动和雾化能力，另一方面却又降低喷嘴的流动效率，影响雾化的效果以及发动机的整机性能。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有结构存在的缺点，提供一种结构简单的新型的机车柴油机喷嘴及其制造方法，以克服已有技术所存在的上述不足。

为解决以上技术问题本发明采取的技术方案是：一种机车柴油机喷嘴，包括喷嘴本体和喷孔，所述喷嘴的喷孔入口端孔口为渐缩孔，喷孔出口端孔口为渐扩孔，渐缩孔与渐扩孔交界的圆孔横截面为喷孔孔径最小的交界截面，渐缩孔与交界截面之间为圆弧过渡，渐扩孔与交界截面之间为圆弧过渡，从而形成入口端和出口端均为喇叭状的喷孔，所述渐缩孔的孔口直径与渐扩孔的孔口直径相同；

所述喷孔交界截面的位置或位于喷孔中轴线中点、或位于喷孔中轴线中点与出口端孔口即渐扩孔之间的位置。

进一步的技术方案是：所述喷孔入口端之渐缩孔与喷嘴内腔之内壁之间为圆弧过渡。

其另一技术方案是：一种机车柴油机喷嘴的制造方法，该方法是制造上述一种机车柴油机喷嘴的方法，包括下述步骤：

第一步：确定喷孔交界截面位置

S11．定义常数K和最佳常数K_P：

S111．设定两倍喷孔交界截面直径与喷孔入口端和出口端直径之和的比值为常数K，

即：K＝2d_min/d_{in *} d_out;

其中：d_min为喷孔交界截面直径，

d_in为喷孔入口端直径、即渐缩孔孔口直径，

d_our 为喷孔出口端直径、即渐扩孔孔口直径；

由于d_{in =}d_out，常数K可表达为： K＝d_min/d_in ， 或K＝d_min/d_out；

S112．设定当喷孔出口端即渐扩孔出口的燃油空化范围最大、燃油雾化效果最佳时，常数K的值为最佳常数K_P；

S12．设定默认状态：默认喷孔最小截面位于喷孔中轴线中点，设定喷孔交界截面直径的默认值；

S13．通过模拟分析确定最佳常数K_P：

借助计算机软件，采用空化模型对喷孔内部流场的数值模拟分析，得到喷孔燃油空化范围结果，从而得到最佳常数K_P或称默认状态下最佳常数K_P；

S14．根据喷孔燃油空化范围结果和与最佳常数K_P对应的默认状态，确定喷孔最小截面的位置：

在空化范围结果为最佳常数K_P时，如果空化范围正好在喷孔出口端，则喷孔交界截面的位置为默认位置、即位于喷孔中轴线中点；

如果空化范围不到喷孔出口端，则喷孔交界截面位置沿喷孔中轴线中点向出口端平移，直至燃油空化范围延伸至喷孔出口端，最终平移的位置即为交界截面位置；

第二步：确定渐缩孔和渐扩孔孔口直径

根据步骤S1得到的最佳常数K_P的值得到与之对应的渐缩孔口直径和渐扩孔孔口直径，即燃油空化范围最大、燃油雾化效果最佳时的渐缩孔口直径和渐扩孔孔口直径：

d_in＝d_min/K_P、 d_out＝d_min/K_P；

第三步：加工喷孔

S31．在喷嘴本体设定部位加工直径为交界截面直径d_min 的通孔；

S32．在通孔两端加工锥孔

S321．采用电火花加工的方法, 将喷孔出口端加工成锥孔，锥孔的深度以到达到交界截面位置为限，锥孔张开口向内，张开口的直径控制为d_out；

S322．采用电火花加工的方法, 将喷孔入口端加工成锥孔，锥孔的深度以到达交界截面位置为限，锥孔张开口向外，张开口的直径控制为d_in；

S33．加工渐缩孔、渐扩孔及内部圆角：

按100%负载时的最大工作压力，向喷嘴腔体内喷入带有研磨剂的柴油，使入口端和出口端两侧锥孔成为圆弧过渡的渐缩孔和渐扩孔，内部区域各个连接处自然形成圆弧过渡，得到所要求的机车柴油机喷嘴。

由于采取以上技术方案，相较于传统等直径喷孔，本发明之一种机车柴油机喷嘴及其制造方法具有如下有益效果：

1．本发明将渐缩型和渐扩型相结合的喷孔模型引入柴油机喷油系统中，方法科学、可靠，使喷孔的截面形状得到优化：最小截面即交界截面作为渐缩孔与渐扩孔的连接区，喷孔入口端是压降最为集中剧烈的区域，采取渐缩孔平滑过渡，而出口端的速度较快，采取渐扩孔平滑过渡，从而得到更均匀更大范围的油雾，使得在同样压差下柴油喷射速度更快，使喷孔内的空化效应和液流紊乱都得到增强，产生速度更快体积更小的油滴（喷雾锥角和贯穿距越大，喷射油滴体积更小），从而大大改善和增强喷油的雾化效果；

2．由于喷射速度加快，喷射相同质量的柴油喷射时间将缩短，更有利于柴油的燃烧；

3．由于最小截面即交界截面与渐缩孔和渐扩孔的连接均为圆弧过渡，不仅有利于降低局部湍动能，而且能降低高压柴油与喷嘴腔体内壁的摩擦，从而降低器件的内部磨损及振动；

4．喷射速度及喷孔出口处截面压力分配可更灵活的控制，可根据喷孔内部的流速压力状况通过调整渐扩端的喷孔锥度，得到合适的出口压力分配及喷射速度。

下面结合附图和实施例对本发明之一种机车柴油机喷嘴的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1～图2为本发明之一种机车柴油机喷嘴结构示意图（剖视）：

图1为主视图，图2为图1之A部放大图；

图3～图4为已有柴油机喷嘴结构示意图（剖视）：

图4为主视图，图3为图4之B部放大图；

图1～图2中：

1—喷嘴本体，11—喷孔，111—渐缩孔，112—交界截面，113—渐扩孔；

图3～图4中：

2—喷嘴本体，21—等径圆筒形喷孔。

具体实施方式

实施例一

一种机车柴油机喷嘴，包括喷嘴本体1和喷孔11，所述喷嘴的喷孔入口端孔口为渐缩孔111，喷孔出口端孔口为渐扩孔113，渐缩孔与渐扩孔交界的圆孔横截面为喷孔孔径最小的交界截面112，渐缩孔与交界截面之间为圆弧过渡，渐扩孔与交界截面之间为圆弧过渡，从而形成入口端和出口端均为喇叭状的喷孔，所述渐缩孔的孔口直径与渐扩孔的孔口直径相同；

所述喷孔交界截面112的位置或位于喷孔中轴线中点、或位于喷孔中轴线中点与出口端孔口即渐扩孔之间的位置。

所述喷孔入口端之渐缩孔与喷嘴内腔之内壁之间为圆弧过渡。

实施例二

一种机车柴油机喷嘴的制造方法，该方法是制造实施例一所述一种机车柴油机喷嘴的方法，包括下述步骤：

第一步：确定喷孔交界截面位置

S11．定义常数K和最佳常数K_P：

S111．设定两倍喷孔交界截面直径与喷孔入口端和出口端直径之和的比值为常数K，

即：K＝2d_min/d_{in *} d_out;

其中：d_min为喷孔交界截面直径，

d_in为喷孔入口端直径、即渐缩孔孔口直径，

d_our 为喷孔出口端直径、即渐扩孔孔口直径；

由于d_{in =}d_out，常数K可表达为： K＝d_min/d_in ， 或K＝d_min/d_out；

S112．设定当喷孔出口端即渐扩孔出口的燃油空化范围最大、燃油雾化效果最佳时，常数K的值为最佳常数K_P；

S12．设定默认状态：默认喷孔最小截面位于喷孔中轴线中点，设定喷孔交界截面直径的默认值；

S13．通过模拟分析确定最佳常数K_P：

借助计算机软件，采用空化模型对喷孔内部流场的数值模拟分析，得到喷孔燃油空化范围结果，从而得到最佳常数K_P或称默认状态下最佳常数K_P；

S14．根据喷孔燃油空化范围结果和与最佳常数K_P对应的默认状态，确定喷孔最小截面的位置：

在空化范围结果为最佳常数K_P时，如果空化范围正好在喷孔出口端，则喷孔交界截面的位置为默认位置、即位于喷孔中轴线中点；

如果空化范围不到喷孔出口端，则喷孔交界截面位置沿喷孔中轴线中点向出口端平移，直至燃油空化范围延伸至喷孔出口端，最终平移的位置即为交界截面位置；

第二步：确定渐缩孔和渐扩孔孔口直径

根据步骤S1得到的最佳常数K_P的值得到与之对应的渐缩孔口直径和渐扩孔孔口直径，即燃油空化范围最大、燃油雾化效果最佳时的渐缩孔口直径和渐扩孔孔口直径：

d_in＝d_min/K_P、 d_out＝d_min/K_P；

第三步：加工喷孔

S31．在喷嘴本体设定部位加工直径为交界截面直径d_min 的通孔；

S32．在通孔两端加工锥孔

S321．采用电火花加工的方法, 将喷孔出口端加工成锥孔，锥孔的深度以到达到交界截面位置为限，锥孔张开口向内，张开口的直径控制为d_out；

S322．采用电火花加工的方法, 将喷孔入口端加工成锥孔，锥孔的深度以到达交界截面位置为限，锥孔张开口向外，张开口的直径控制为d_in；

S33．加工渐缩孔、渐扩孔及内部圆角：

按100%负载时的最大工作压力，向喷嘴腔体内喷入带有研磨剂的柴油，使入口端和出口端两侧锥孔成为圆弧过渡的渐缩孔和渐扩孔，内部区域各个连接处自然形成圆弧过渡，得到所要求的机车柴油机喷嘴。

原理：

最佳常数K_P理论上对应空化范围最大尺寸的喷孔模型，借助计算机软件，通过多次对喷孔内部流场分析，根据多次数值模拟燃油空化范围状况逼近出最佳常数K_P的值，然后调整喷孔的尺寸从而得到理想的燃油喷射雾化效果。

注： d_in为喷孔入口端直径、即渐缩孔孔口直径，是指渐缩孔喇叭口最大直径；d_our为喷孔出口端直径、即渐扩孔孔口直径，是指渐扩孔喇叭口最大直径。

Claims (3)

1.一种机车柴油机喷嘴，包括喷嘴本体（1）和喷孔（11），其特征在于：所述喷嘴的喷孔入口端孔口为渐缩孔（111），喷孔出口端孔口为渐扩孔（113），渐缩孔与渐扩孔交界的圆孔横截面为喷孔孔径最小的交界截面（112），渐缩孔与交界截面之间为圆弧过渡，渐扩孔与交界截面之间为圆弧过渡，从而形成入口端和出口端均为喇叭状的喷孔，所述渐缩孔的孔口直径与渐扩孔的孔口直径相同；

所述喷孔交界截面（112）的位置或位于喷孔中轴线中点、或位于喷孔中轴线中点与出口端孔口即渐扩孔之间的位置。

2.如权利要求1所述一种机车柴油机喷嘴，其特征在于：所述喷孔入口端之渐缩孔与喷嘴内腔之内壁之间为圆弧过渡。

3.一种机车柴油机喷嘴的制造方法，该方法是制造权利要求2所述一种机车柴油机喷嘴的方法，其特征在于：包括下述步骤：

第一步：确定喷孔交界截面位置

S11．定义常数K和最佳常数K_P：

S111．设定两倍喷孔交界截面直径与喷孔入口端和出口端直径之和的比值为常数K，

即：K＝2d_min/d_{in *} d_out;

其中：d_min为喷孔交界截面直径，

d_in为喷孔入口端直径、即渐缩孔孔口直径，

d_our 为喷孔出口端直径、即渐扩孔孔口直径；

由于d_{in =}d_out，常数K可表达为： K＝d_min/d_in ， 或K＝d_min/d_out；

S112．设定当喷孔出口端即渐扩孔出口的燃油空化范围最大、燃油雾化效果最佳时，常数K的值为最佳常数K_P；

S12．设定默认状态：默认喷孔最小截面位于喷孔中轴线中点，设定喷孔交界截面直径的默认值；

S13．通过模拟分析确定最佳常数K_P：

借助计算机软件，采用空化模型对喷孔内部流场的数值模拟分析，得到喷孔燃油空化范围结果，从而得到最佳常数K_P或称默认状态下最佳常数K_P；

S14．根据喷孔燃油空化范围结果和与最佳常数K_P对应的默认状态，确定喷孔最小截面的位置：

在空化范围结果为最佳常数K_P时，如果空化范围正好在喷孔出口端，则喷孔交界截面的位置为默认位置、即位于喷孔中轴线中点；

如果空化范围不到喷孔出口端，则喷孔交界截面位置沿喷孔中轴线中点向出口端平移，直至燃油空化范围延伸至喷孔出口端，最终平移的位置即为交界截面位置；

第二步：确定渐缩孔和渐扩孔孔口直径

根据步骤S1得到的最佳常数K_P的值得到与之对应的渐缩孔口直径和渐扩孔孔口直径，即燃油空化范围最大、燃油雾化效果最佳时的渐缩孔口直径和渐扩孔孔口直径：

d_in＝d_min/K_P、 d_out＝d_min/K_P；

第三步：加工喷孔

S31．在喷嘴本体设定部位加工直径为交界截面直径d_min 的通孔；

S32．在通孔两端加工锥孔

S321．采用电火花加工的方法, 将喷孔出口端加工成锥孔，锥孔的深度以到达到交界截面位置为限，锥孔张开口向内，张开口的直径控制为d_out；

S322．采用电火花加工的方法, 将喷孔入口端加工成锥孔，锥孔的深度以到达交界截面位置为限，锥孔张开口向外，张开口的直径控制为d_in；

S33．加工渐缩孔、渐扩孔及内部圆角：

按100%负载时的最大工作压力，向喷嘴腔体内喷入带有研磨剂的柴油，使入口端和出口端两侧锥孔成为圆弧过渡的渐缩孔和渐扩孔，内部区域各个连接处自然形成圆弧过渡，得到所要求的机车柴油机喷嘴。