柴油机喷嘴沉积物物性分析与生成机理研究

【摘要】：本文基于柴油机喷嘴内外沉积物形成情况的己有研究成果,着重从喷孔内沉积物形成的物质来源与喷嘴内表面温度分布两方面开展研究,以分析喷嘴内沉积物的成因。喷孔内外沉积物的积累导致了喷孔内部以及出口结构发生变化,严重干扰燃油喷射雾化形态,喷雾与空气运动的匹配不良,造成燃烧效率下降、排放恶化等问题。因此对沉积物的形成机理进行进一步研究是非常必要的。针对喷孔内沉积物形成的物质来源研究,本文通过发动机喷嘴沉积物生成台架开展了工业标准“CECF-98-08”实验,获得了一批结焦失效的喷油嘴喷孔。为了更全面的对喷嘴表面沉积物进行分析,研究喷孔不同位置的结焦程度,使用扫描电子显微镜对喷孔内外表面各部分进行拍摄,并将喷嘴内部沉积物所在区域划分为了喷孔出口、喷孔中部、喷孔入口,压力室,针阀承压锥面5个区域,以获取各部分沉积物形貌特征的微观图。发现随着实验时间的增加,沉积物由喷嘴出口的-积累逐渐扩散到喷嘴球头部分的中央区域,并最终布满整个喷嘴球头部分。使用能谱分析仪对喷孔内表面沉积物的5个区域与外表面沉积物的元素种类与含量进行检测分析。使用红外光谱分析仪对喷孔内外表面沉积物的物质成分进行了进一步研究,在压力室中检测到来源于燃烧室内的酰胺类物质。在对喷嘴内外表面各部分沉积物的形貌特征、元素组成、元素含量与物质成分进行深入分析后,发现有大量气缸内的燃烧产物存在于喷孔内沉积物中。为进一步探寻柴油机喷孔内部和压力室沉积物形成的物质来源,本文构建了透明喷嘴内流场可视化实验平台,用以研究喷油间隙期燃油倒吸的流动规律,发现气体倒吸现象是喷孔和压力室沉积物形成的主要渠道之一。为研究喷孔内表面在循环工作过程中温度变化对沉积物形成的影响。本文构建了柴油机一维性能仿真模型与柴油机喷油嘴STAR-CCM三维流固耦合传热模型,使用一维仿真模拟计算获得喷嘴三维流固耦合传热模型详细而可靠的边界条件。通过三维流固耦合传热模型对柴油机实际工作时喷嘴内表面温度变化规律进行了瞬态计算,基于计算结果对喷孔内沉积物形成规律进行了分析评价。