摘要： 柴油发电机喷油器的喷油压力、雾化质量、喷雾锥角和针阀的密封性应符合康明斯柴油发电机说明书规定的技术要求。喷油器性能的检验主要包括喷油器开始喷射压力的检查与调整，喷雾质量、密封性能的检查等。喷油器的试验应在专用的试验器上进行。本文系统阐述喷油器在专用试验器上的检查与调整方法，包括喷射压力调整、喷雾质量对比法（三通管法与双喷油器法）及针阀滑动性试验；详细说明喷油器的标准化装配顺序与拧紧力矩要求；并通过AVL FIRE软件对双层交错布置喷孔的瞬态流动与喷雾贯穿距进行CFD仿真分析，揭示上下排喷孔贯穿距差异的根本原因——盛油腔内液流压力分布不均导致上排孔出口压力和流速高于下排孔，为喷油器设计与喷雾组织提供理论依据。
一、检查与调整、试验方法
1. 喷油器拆卸与初步检查
从柴油发电机上拆下喷油器后，要将它固定在校验台上（如图1所示），然后对喷油器的喷油压力、雾化质量、喷油角度和针阀的密封性进行检查。若在试验时发现喷油器的喷射压力过低或过高，应拆下喷油器护冒，松开调压锁紧螺母，然后用一平口螺丝刀对调压螺钉进行调整。若经过调整后故障不能排除，这时应将喷油器固定在台虎钳上，然后用通用工具把喷油嘴偶件的紧帽拆下。当紧帽锈蚀而难以拆下时，应将喷油器放入柴油或汽油中浸泡10min左右，然后再进行拆卸。绝对不可用很大的力拆卸紧帽，否则会使喷油器体顶部的定位销折断。
2. 喷油嘴偶件的清洗与检查
取出喷油嘴偶件后，要将其放入柴油中来回抽动针阀清洗杂物。当针阀卡死在针阀体内时，可用软布缠在针阀尾部上，再用钳子将针阀拉出。针阀体内部油孔可用钢丝疏通。在对针阀和针阀体进行外观检查时，偶件的配合表面应色泽均匀，无损伤，无锈蚀。
3. 针阀滑动性试验
在装配喷油嘴偶件前，应对偶件进行滑动性试验。将喷油嘴偶件放在清洁的柴油中清洗后，取出喷油嘴并倾斜45°放置，然后拉出针阀约1/3长度，手松开后观察其靠自重下滑的情况。若针阀能够匀速下滑，说明配合良好；若急速下滑或有阻滞等现象，说明偶件内部配合间隙过大或配合不良，喷油嘴偶件应更换新件。
4. 喷油器密封性试验
检查喷油器的喷油压力及喷雾质量时，可预先自制一个丁字形带接头的三通，其中一个接头装在喷油泵的任一分泵上，一个接头装上新的标准喷油器，另一个接头安装被测喷油器。检查喷油开启压力的方法：用起动机带发动机转动，观察两个喷油器是否同时喷油，若同时喷油，则说明被测喷油器的喷油压力符合要求。否则应根据喷油开始的迟早，通过喷油器调压螺钉进行调整。
可在两个喷油器喷油的同时，观察其喷雾质量。若两个喷油器的喷雾情况相同，说明被测者良好。也可借助一张纸铺在板上对正喷嘴，两个喷油器的喷嘴与平板的距离相等，用直尺测量后定位，用起动机带发动机转动使两个喷油器同时喷一次油于纸上，查看喷出的两个油迹范围和均匀度是否相同。若两油迹不同，应检查被测者的喷孔内有无积炭或异物，若有应予以清除。若被测者的油迹面积小于标准喷油器喷出的油迹面积，说明其喷雾锥角不够，应查看喷孔是否烧蚀，必要时更换一副喷嘴。
如果没有三通管，需检查喷雾质量时，可同时卸下两负荷喷油器的高压油管接头，一个接标准喷油器，另一个接被测喷油器。然后起动发动机，观察两个喷油器的喷雾有无异样，若新旧喷油器的喷雾相同，说明被测者符合要求，否则应检修处理。采用这种方法不能进行喷油开启压力的比较，仅适合于喷雾质量检查。
5. 喷油器压力调整
喷油压力的检查与调整：将喷油器安装在测试器上，压动手柄排净系统内的空气，再快速压动手柄几次，清除喷油器内的积碳。然后慢慢压动手柄同时观察压力表，当喷油器喷射时，压力表指针会摆动，指针刚摆动时的压力值即为喷油压力，此值应符合标准。若油压太低，则拧入油压调节螺钉；反之，则退出油压调节螺钉。调整完后，须将锁止螺母锁紧后重试。有些喷油器无调节螺钉（如依维柯SOFIM8140.27发动机），则应分解喷油器，更换调整垫片。
图1 喷油器雾化试验装置
二、喷油器技术要求
喷油器的技术性能直接决定柴油机的燃烧品质和排放水平，其核心要求可从喷雾特性、密封性和喷油规律三个维度来理解。
1. 喷雾特性的技术要求
（1）喷油器必须保证一定的喷射压力和射程以及合适的喷雾锥角和喷雾质量。喷射压力通常在17.5～25.5MPa之间（因机型而异），射程和喷雾锥角应与燃烧室形状相匹配，确保燃油能够均匀分布在燃烧室空间内，与压缩空气充分混合。
（2）喷雾锥角的技术要求根据燃烧室类型确定：直接喷射式燃烧室通常要求喷雾锥角为140°～160°，涡流室式燃烧室要求较窄的喷雾锥角（约4°～20°），预燃室式燃烧室介于两者之间。喷雾锥角偏差超过±5°将导致燃油撞击燃烧室壁面，造成燃烧不完全和积碳。
（3）喷雾质量包括雾化细度和均匀度两个方面：雾化细度要求索特平均直径（SMD）不大于25μm，均匀度要求各喷孔的油束长度偏差不超过10%，且相邻喷孔之间的喷雾角度偏差不大于±2°。
2. 密封性的技术要求
（1）喷油器的喷油和停止供油要迅速，不允许燃油滴漏，以免恶化燃烧过程。滴漏是指喷油器在关闭状态下，针阀密封面有燃油缓慢渗出的现象。滴漏会导致该缸在压缩行程中燃油提前进入燃烧室，引起早燃或爆震。
（2）密封性的检查方法为：将喷油器安装在试验器上，加压至低于开启压力0.5MPa，保持10秒，观察喷油嘴头部不应有燃油渗出。若出现渗漏，说明针阀与阀座密封锥面磨损或密封不严，需进行研磨修复或更换偶件。
3. 喷油规律的技术要求
最好的喷油特性是：在每一循环供油过程中，开始喷油少，中期喷油多，后期喷油少，以减少滞燃期的积油量和改善燃烧后期的不利情况。这种“先少—中多—后少”的喷油规律可通过合理的喷孔直径组合、喷射压力控制或多次喷射策略来实现。良好的喷油规律可有效控制压力升高率，降低燃烧噪声，同时保证燃烧完全，减少碳烟排放。
三、喷油器的装配顺序
喷油器的装配必须严格按照标准化顺序进行，以确保各零件的定位精度和密封可靠性。
1. 密封铜垫与油管接头的安装
① 将密封铜垫放好，确保铜垫平整无变形，其密封面应朝向上方与油管接头贴合。
② 装上油管接头，用手初步拧紧，然后使用扭力扳手按标准力矩（通常为25～30N·m）紧固，过紧会造成铜垫过度变形失效，过松则导致高压燃油泄漏。
2. 喷油嘴偶件的安装
③ 安装喷油嘴时，保持定位销与针阀体上的孔对正，如图2所示。定位销的作用是防止喷油嘴在紧固过程中发生转动，若未对正就强制拧紧紧帽，可能导致定位销切断，喷油嘴安装角度偏离设计值，影响喷雾锥角方向的准确性。
④ 安装紧固螺套，拧紧力矩为60～80N·m。拧紧力矩不足会导致喷油嘴与喷油器体端面密封不严，造成高压油泄漏到回油道；力矩过大则会使针阀体变形，导致针阀在阀体内卡滞或滑动阻力增大。
3. 推杆、弹簧与垫圈的安装
⑤ 装入推杆。推杆的球面端应朝上（与调整螺钉接触），平面端朝下（与针阀顶部接触），装入前应在推杆表面涂抹少量清洁柴油。
⑥ 将弹簧放在推杆上端，安装时弹簧的紧密端应朝上，确保弹簧在压缩过程中受力均匀。
⑦ 在弹簧上放正垫圈，垫圈应完全嵌入弹簧座内，不得倾斜或偏置，否则会影响弹簧的压缩方向和预紧力均匀性。
4. 调整螺栓与密封圈的安装
⑧ 安装调整螺栓。调整螺栓拧入前应在螺纹部位涂抹少量防咬合剂，以防高温下螺纹粘连。螺栓旋入深度根据目标喷油压力确定，用试验器边调整边测量。
⑨ 放平密封圈。密封圈应完全嵌入凹槽内，不得扭曲或翻卷，确保喷油器顶部的密封性能。
⑩ 拧紧螺母。螺母的拧紧力矩应控制在规定范围内（通常为40～60N·m），拧紧后应使用试验器复验喷油压力，确认调整值未因螺母拧紧而发生偏移。
图2 柴油机喷油器安装图
四、喷油器的仿真试验案例
为了合理控制喷油持续期，同时获得良好的喷雾贯穿距及雾化效果，康明斯发电机组一般采用增加喷孔孔数减小喷孔直径的喷孔方案。但随喷孔数增多，喷雾之间易相互干扰，喷雾范围受到限制，燃烧室空间不能充分利用，从而影响柴油机性能与排放，而且喷孔之间壁厚减小，会对油嘴可靠性带来影响。因此某型康明斯柴油机其喷嘴采用了12孔，双层布置，上下各6个，喷孔呈交错布置的形式。上下2排孔喷射夹角和喷孔直径一致。该喷嘴在定容弹内，通过高速摄影测试喷雾宏观特性时，发现在相同喷射时刻，上下2层喷孔的喷雾贯穿距明显不同，这与单层喷孔喷雾贯穿距特性有较大差异。
为了分析这个现象，本文借助CFD仿真手段，利用AVL FIRE软件，首先通过喷嘴内部瞬态流动仿真计算，得到喷孔出口处液流特性，然后作为定容弹喷雾仿真计算的初始条件，得到喷雾弹内喷雾宏观特性，分析引起双层交错喷孔喷雾贯穿距差异的原因，为后续船用柴油机喷油器设计、喷雾燃烧组织提供参考。
1. 初始条件与边界条件
喷嘴瞬态流动计算入口边界为压力边界，即燃油喷射过程中喷嘴内部盛油腔的波动压力，如图3所示。出口边界为定压边界，即喷雾弹内背压为3 MPa。截取喷油器1/6作为计算域所产生的2个截面为周期性边界条件，通过该周期性边界无压力降。壁面温度为293 K，其表面流速无滑移并忽略传热，近壁区采用标准壁面函数法处理。
喷雾计算的喷油规律由喷油律测试仪测得，喷油持续期为tms，喷油量为3300 mm³，燃油温度为40℃，喷雾弹内气体温度为25℃，气体成分为N₂，等效气体密度34.5 kg/m³。
图3 喷油器盛油腔压力和喷油率曲线图
2. 计算结果分析
本文分别对喷嘴内部瞬态流动和喷雾弹喷雾过程进行仿真计算，首先对喷嘴内部瞬态流动计算结果进行分析，选取截面分别为上、下2个喷孔轴线与喷油器轴线所组成的截面。
（1）喷孔内部液相流速和空穴分布。上排喷孔的流速明显大于下排孔流速，而且上下2排喷孔产生的空穴位置和大小也有差异，说明由于2排喷孔布置位置的不同，其内部液流特性不相同，上排孔的燃油速度要高于下排孔的燃油速度，加之2排孔空穴产生的位置和大小不同，可能会导致上下2排孔流量存在差异。
（2）喷孔出口处液相压力和速度分布。上排喷孔出口的液相压力和速度明显大于下排喷孔的液相压力和速度，说明上排喷孔出口处比下排喷孔出口处具有更大的压差，上排孔燃油喷射速度要高于下排喷孔，所以在相同的喷射时间内，上排孔的喷雾发展距离则比下排孔的长。
（3）流量曲线。如图4所示，计算得到的上下2排喷孔的流量曲线显示，上排喷孔的流量比下排喷孔的流量大。
（4）雾弹内贯穿距分布。将喷嘴内部瞬态计算得到的上下2排喷孔出口处液流参数，带入到喷雾弹三维仿真计算中，得到了喷雾弹内贯穿距分布，如图5所示。上排喷孔的贯穿距明显大于下排喷孔贯穿距，且计算结果与试验结果吻合较好。
|
图4 喷油器喷孔出口流量曲线图 |
图5 喷油器喷雾贯穿距特性曲线图 |
综上分析可知，造成双排喷孔喷雾贯穿距存在较大差异的原因是由于两排孔内部液流特性差异引起的。上排喷孔出口处的液流压力和速度大于下排喷孔，使得喷雾贯穿距发展存在差异，在相同喷射时间内，上排喷孔的喷雾贯穿距比下排喷孔的喷雾贯穿距长。这一结论为双层交错喷孔喷油器的设计优化提供了重要参考：在设计时应考虑盛油腔内压力分布的不均匀性，通过调整喷孔直径、喷射夹角或入口圆角半径来平衡上下排喷孔的流量和贯穿距，从而改善混合气形成均匀性。
总结： 喷油器性能检验包括喷射压力调整（通过调压螺钉，调整后锁止螺母须锁紧）、喷雾质量对比（三通管法可同时比较压力和喷雾，双喷油器法仅适用于喷雾质量检查）及针阀滑动性试验（倾斜45°拉出1/3后匀速下滑为合格）。技术要求涵盖喷雾特性（喷射压力17.5～25.5MPa、喷雾锥角140°～160°、SMD≤25μm）、密封性（低于开启压力0.5MPa时10秒无渗漏）和喷油规律（先少—中多—后少）。装配应按密封铜垫→油管接头→喷油嘴（定位销对正）→紧固螺套（60～80N·m）→推杆→弹簧→垫圈→调整螺栓→密封圈→螺母的顺序进行。双层交错喷孔CFD仿真（AVL FIRE）表明：盛油腔内压力分布不均导致上排喷孔出口流速和压力高于下排，上排流量大于下排，喷雾贯穿距差异由此产生。试验与仿真结果吻合良好，为喷油器优化设计提供了理论依据。修理和装配时应严格执行标准力矩和顺序，更换偶件前须做滑动性试验，确保喷油器性能符合技术要求。
----------------
以上信息来源于互联网行业新闻，特此声明！
若有违反相关法律或者侵犯版权，请通知我们！
温馨提示：未经我方许可，请勿随意转载信息！
如果希望了解更多有关柴油发电机组技术数据与产品资料，请电话联系销售宣传部门或访问我们官网：https://www.11fdj.com
- 上一篇：交流发电机电阻、波形、空载和带载测试
- 下一篇：柴油发电机的仪表盘（板）零件图表
