喷油器技术状况检测技术研究

王龙 王宪成

摘要：随着喷油器使用时间的增加，其主要部位和零部件的技术状况会下降，影响喷油质量，进而影响发动机的性能。本文根据检测目标对当前的喷油器技术状况检测技术进行了分类，总结了传统检测方法，并列举了部分改进方法及检测效果。

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.

关键词：喷油器;技术状况;检测技术

Key words： injector;technical status;detection technology

中图分类号：TK42                                      文献标识码：A               ;                 文章编号：1674-957X（2021）06-0014-02

0  引言

喷油器作为发动机燃油供给系统的终端，其功用是将喷油泵供给的高压燃油雾化成细小的油滴喷入燃烧室，保证良好的雾化性能、合适的喷射角度和贯穿距，与空气形成油气混合气进行燃烧。因此，喷油器的技术状况对燃油喷射、油滴破碎、混合气形成、燃烧等过程有着重要影响，直接影响发动机的性能。

随着柴油机运行时间的增加，喷油器的针阀体偶件、调压弹簧、喷孔等主要零部件的技术状况逐渐劣化，降低了燃油喷射与雾化质量，进而导致柴油机性能下降。因此，需要对喷油器的技术状况进行检测，确保其能够保持良好的运行状态。当前对喷油器性能的检测技术和装置研究较多，根据不同的检测目标主要可分为喷油量的检测、喷油压力的检测、喷雾形态的检测以及喷雾特性的检测。

1  喷油量的检测

传统的喷油量的检测方法，主要通过捕捉喷油量增加产生的容积、质量、压力或位移等信号的变化，进而确定喷油量的变化，但是，此类方法产生的信号变化较小，精度较低，速度较慢，因此容易产生较大误差。

当前对于喷油量检测的改进方法，主要通过精确控制喷油压力、温度等外界条件的方法，提高喷油量的计算精度。如江苏大学的梅娟娟[1]等基于容积法设计了喷油器流量检测系统，在恒定压力下测量多次喷射的燃油体积，得到单次的喷油量，实现电控喷油器检测的智能化;天津理工大學的李建文[2]等基于质量法设计了喷油器性能测试系统，并分别进行了动态和静态的流量特性测试，具有较高的一致性和稳定性。

2  开启压力的检测

传统的喷油压力检测方法的原理如图1所示，将待检测喷油器安装在高压油管一侧，另一侧安装同型号已调整至标准喷油压力的喷油器，运行喷油泵向管路内供油，并同时观察两侧喷油器的喷油情况，若待检测压力喷油器先于标准压力喷油器开始喷油，则说明待检测喷油器的开启压力降低，反之亦然。

或使用喷油器检测仪，如图2所示。将喷油器固定在仪器上，通过手动向喷油器内加压供油，当喷油器开始喷油时，压力表的读数即为喷油器的开启压力。

以上方法的缺点为：检测结果需要凭借肉眼观察，在读数时难免会因为观察者的因素导致精度不够或读数误差。

一些学者对喷油器开启压力的检测方法进行了改进，如乔新勇[3]等对高压油管的振动特征进行了研究，提取起喷压力正常、偏大、偏小、为零和无穷大的5种喷油器嘴端的振动加速度信号，经滤波分析和特征提取拟合出喷油器的开启压力，误差低于1.62%。张东兴[4]等使用压力传感器采集喷油器挺杆上的压力信号，获得喷油器喷油压力曲线，计算得到喷油器开启压力。

3  喷雾形态的检测

传统的喷雾形态检测方法，在喷油器出口设置同心圆环集油盘，通过测量喷油时落在圆环中的燃油质量得到喷雾形态分布。该方法的缺点为：检测过程中燃油损耗较大、测量精度不高，操作复杂，耗时较长。

朱均超[5]等对该方法进行了改进，设计了喷雾形态分布检测系统，使用高密度分布的集油盘收集喷雾燃油，通过高精度CCD相机采集集油盘不同液位高度的光学影像，处理得到喷雾分布的三维形态图。此外，通过高速摄像机拍摄不同时刻的喷雾形态图像的方法也被广泛应用，姜光军[6]等设计了喷油器孔内流动和喷雾可视化装置，通过单片机设置延迟时间，触发相机拍摄透明喷油器孔内流动和喷雾形态;秦晓伟[7]通过对高速相机捕捉到的图像进行图像处理，提取出喷雾夹角，试验标准差低于4%。

4  喷雾特性的检测

目前国内外对喷雾特性的研究方法大多适用于科研方面，主要采用高速摄像机、显微镜等仪器捕捉喷雾油束图像，并通过对图像处理得到喷雾特性参数值。

Crua[8]等使用高分辨率的超高速显微镜和超高速相机捕捉了发动机实际工作条件下的喷雾情况，发现燃油喷出后类似于蘑菇状结构，燃料在喷射结束后仍会残留在喷射器孔中，喷嘴内残留的流体具有内部涡流环运动。Gao[9]等通过带背光的照相技术研究了孔内气穴流动和孔外喷雾结构，发现在初始破碎阶段，近喷嘴处的喷雾贯穿距、喷雾锥角和喷雾面积等几何参数大致呈线性增加，较高的喷油压力可以有效地提高雾化效果。Benajes[10]等通过用于照明的激光源和电荷耦合器件（CCD）摄像机等可视化设备研究了三种不同结构喷嘴的喷雾结构，发现喷雾分为喷雾宽度等于喷嘴出口的直径的第一区域，开始夹带空气、但喷雾宽度非线性变化的第二区域，以及喷雾宽度线性变化的第三区域。Wang[11]等通过高速Mie散射成像技术观察了喷雾的形成，使用激光衍射技术测量了SMD，研究了不同燃料的喷雾结构发展和喷雾特性。Li[12]等采用Mie散射成像技术，使用LED光源照射喷雾，通过高速相机的采样帧记录米氏散射信号，进行了环境温度对喷雾特性影响的研究。Zhang[13]等使用快速X射线相衬成像和定量图像处理技术研究了具有不同夹角的柴油喷油器的近喷嘴喷雾特性，发现喷雾宽度在针阀升程过程中呈现“哑铃”形走势，由打开、半稳定和关闭3个阶段组成。

孙伟[14]基于纳秒级别的闪光拍摄系统，使用超高速摄像机拍摄了近场喷雾，研究了喷油器结构、喷射环境、混合燃料等因素在启喷、稳定和结束3个阶段的喷雾特性变化;许灵敏[15]使用高速摄像机和马尔文粒度分析仪，研究了不同类型燃油、喷孔数量和孔径等对喷雾宏观和微观提醒的影响;李俊启[16]在高压共轨喷油试验台上通过纹影法研究了混合燃料在定容弹中的喷雾特征参数的影响。邬思远[17]在宏观喷雾特性参数成像系统中进行了不同初始温度和压力、燃油种类及当量比条件下的预燃试验，研究了不同喷油压力和背压对喷雾特性变化规律。

5  结论

喷油器作为柴油机的重要部件，其技术状况影响着柴油机的整体性能。因此，在运行一定的摩托小时后，必须及时对喷油器的技术状况进行检测，若未能达到使用标准则需要及时维修或更换，使柴油机保持良好的运行状况。

参考文献：

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