I发动机的新型柴油机喷嘴.doc

一种未来 HCCI 发动机的新型柴油机喷嘴 Murad Ismailov , 美国先进可替代柴油喷射系统有限公司 Jean-Bernard RS UMR 6614 – CORIA, 法国 Jean-Baptiste Dementhon Tech ’ Value SA, 瑞士 Copyright ? 2007 SAE International 摘要: 为了进一步改善柴油发动机燃油效率和尾气排放, 我们进行了评价一新近设计的柴油喷射剪应力喷嘴( DISSAN ) ,它的分别形成两条喷射流,最后在喷嘴的出口汇聚。传输和纹影摄影及多普勒技术被用来量化瞬态喷雾和蒸发动力学。喷嘴喷出的近似均匀燃料喷雾, 它喷雾锥角高达 68°而细雾滴尺寸小于 22 微米。燃油液滴的密度比传统的柴油喷雾低多达 2个数量级。这种喷雾方式会导致较高的混合和蒸发速率,从而最大限度地减少了烟尘和氮氧化物排放到该发动机汽缸。介绍: 最近, HCCI 发动机的研究取得了显著进展, 尽管如此, HCCI 满负荷高速运动的研究仍然极富挑战性。还有许多工作需要去确定作为 2010 年的排放战略的 HCCI 发动机的生产的可行性[参]。先进柴油发动机作为道路和非道路用机械的动力资源必须要有长远的生存能力[参]。理想的情况下, 为了实现更好地柴油 HCCI 发动机在高速和满负载的控制,燃油系统需要一个提供燃料均匀分配的喷油器。 HCCI 发动机,也需要在燃烧反应前使燃料完全蒸发。均匀的混合气的组成和热力学条件在整个反应期都是应该不变的[参]。反应开始时, 热力条件足以启动分支反应, 反应速率和持续时间是动态控制的。该压缩燃烧效率主要是由喷油来控制[4-5] ,它的时速图如图 1 所示。图1 柴油燃烧控制的基础上,缸内压力曲线和燃料剧烈燃烧曲线。传统柴油燃烧过程中具有强烈燃油分层喷射的主要部分可以形容为扩散燃烧。一旦喷入的燃料喷雾与空气混合达到燃烧极限,燃烧立即发生[6] 。当浓混合气造成碳烟生成,而化学计量比或稍微稀薄混合气造成的高火焰温度使氮氧化物排放增加( 如图 2 所示) ,局部相同的速率动态的从浓混合气向稀混合气改变。大部份的形成的烟尘将氧化在后燃阶段氧化, 但有些还会留下来。图2D 12C 柴油机在启动, 活塞上止点与后燃阶段的分层燃烧的 KIVA 三维建模基础上的动态的 F-t 图为了更好更灵活的控制柴油喷射和 HCCI 燃烧过程, 以显著降低烟尘和氮氧化物的排放, 我们进行了开发和实验评价了一个新设计的柴油剪应力喷嘴( DISSAN ) 。在这个专利的新型喷射的概念中[ 专利], 取代了喷嘴单一的喷射出一股燃料, 两股甚至更多股的燃料分层的同时的喷入特别设计的几何喷嘴, 充分利用在高压的燃油流动中几乎所有可利用的湍流流动能量的累积。当只有两股燃料时,这喷嘴称为双喷射喷油器( TJI ) 它由中心喷射( CJ)和四周喷射( PJ) 构成。不同的发展和预测代码( DP代码) 已用 Octave, FORTRAN 和 AMESim 的软件编写用来模拟发生在喷油器中的液压和机械动态变化,及在 DISSAN 喷嘴中的燃料流和喷雾的主要特点。 DP 代码首次应用于设计两组流速与燃料流动累积动能的有效比不同的喷嘴。然后 DP代码通过一系列测量数据及调整进行了验证以预测这次研究中实验部分的动态时间为了评估和量化的 DISSAN / TJI 产生喷雾及蒸发动力学,我们在法国里昂的科里亚进行了一系列实验, 在当地的空气条件下, 在一个 5 升的容器中并保持背压和温度接近压缩行程结束的初始阶段的柴油燃烧室内的情况。高速传输摄影用于动态捕捉喷雾形态。多普勒技术应用于判断不同位置连续时间内的液滴大小, 高速条纹照相技术用于区分液体和蒸汽状态, 并把 DISSAN / TJI 测量数据与一个传统共轨喷油器产生的分层喷射进行了比较。这篇文章共有 5 节内容。首先是创新的燃油喷射概念简述, 其次是根据不同的流速及中心和四周流动之间的能量损失, 强调各种设计策略的DP 代码的特点。第三, 用于证明 DISSAN / TJI 的概念的一些在当地条件下的实验数据。在第四部分侧重于介绍在 5 升容器内蒸发情况的测量,最后一部分是由几个主要结论组成。 DISSAN/TJI 喷油器概念一个新的喷射概念发展的主要目的是在相对较低的柴油喷射压力 P inj 及常规柴油喷射系统下流速下( 几百微秒) 产生一个好的燃料喷射( Sauter 平均直径- 几微米 SMD )。通常的, 喷射流的动态情况取决于喷嘴中的喷油压降与喷孔处表面张力造成的毛细管现象产生的能量之比。这种关系通过韦伯数 We=ρU 2D/σ, 其中ρ表示燃油密度, U 表示喷油嘴的出流速度, D 表示喷孔直径, σ表示燃油表面张力。液滴大小与基本时