收稿日期:20101024;修回日期:20110113作者简介:朱斌(1985,男,硕士,研究方向为油醇混合燃料物性以及喷雾特性;aonika@163。乙醇汽油喷雾特性研究及低压直喷喷嘴优化朱斌,许敏,张玉银,张高明(上海交通大学汽车电子控制技术国家工程实验室,上海200240摘要:通过闪光灯喷雾测试试验和乙醇汽油物性的测量、计算,对乙醇汽油喷雾特性进行了研究,最后使用AVLFire软件完成低压喷嘴结构参数修改,并对不同喷嘴的雾化效果进行了对比。试验结果表明:混合燃料中乙醇比例增大导致乙醇汽油密度、黏度增大,乙醇比例与表面张力关系不大;喷雾贯穿距随着乙醇汽油密度和黏度的升高而降低,而喷雾角与表面张力的变化方向相反。仿真结果显示,对于低压直喷喷嘴,减小喷孔锥角或者增大喷孔入口处液腔厚度有助于提高喷雾雾化效果。关键词:乙醇汽油;喷雾特性;喷嘴;优化;低压直喷:TK413.8文献标志码:B:10012222(201101007906随着国际原油价格的攀升以及国内外节能减排呼声的日益高涨,代用燃料的推广和普及对缓解我国石油资源不足具有重要意义。醇类燃料作为最有前途的汽车发动机代用燃料已经越来越引起国内外科研机构和政府部门的重视。醇类燃料与汽油相比具有更高的辛烷值、更宽泛的着火范围、更高的火焰传播速度以及更高的汽化潜热值[1]。将醇类燃料或者油醇混合燃料应用在发动机(进气道喷射和缸内直喷上,对减少CO2以及其他燃烧排放物有一定的作用[1]。影响喷雾雾化效果的因素主要有三方面:外界控制条件、燃油物性以及喷油器结构。目前,对于醇类代用燃料发动机,研究的重点主要集中在解决冷起动、燃料腐蚀性等问题,而并没有重点考虑燃料物理化学属性的变化对喷雾及燃烧过程的影响。大部分的代用燃料发动机都只是采用原来的、适用于汽油燃料的喷雾燃烧系统,这样势必影响代用燃料发动机的性能。而部分针对代用燃料发动机喷雾与燃烧系统的研究也只限于通过优化燃烧室的结构使其适应喷雾以提高燃烧的质量,这是被动的,没有考虑从控制燃烧过程的源头(喷雾雾化来解决问题。相对于高压直喷系统,低压直喷系统拥有低成本、系统结构简单等优势,而当油醇混合燃料用于低压直喷系统时喷雾雾化效果会降低,这时就需要优化喷嘴结构以削弱低喷射压力对雾化效果的负面作用。本研究通过对乙醇汽油物性的测量、计算及在高压定容容器中乙醇汽油的喷雾特性闪光灯测试试验,研究乙醇汽油物性与喷雾特性的关系,并利用计算机仿真来探索喷嘴内部结构对雾化效果的影响,为乙醇汽油在直喷发动机尤其是低压直喷发动机上的应用提供基础研究。1试验装置和试验方法物性测试选用的基础燃料为乙醇(分析纯、97号汽油。物性测试试验主要仪器设备有密度仪(MDY1,精度为0.001g/cm3、表面张力测量仪(QBZY3,精度为0.001mN/m、恒温水箱(-20~99。乙醇汽油中乙醇体积分数分别为0%,15%,30%,50%,65%,85%,100%。油醇混合物黏度的计算采用精度较高的Lobe法[2]。喷雾测试试验设备见图1,低压直喷喷嘴垂直图1喷雾测试设备布置第1期(总第192期2011年2月车用发动机VEHICLEENGINENo.1(SerialNo.192Feb.2011安装在高压定容容器顶部,容器内部压力可以通过N2瓶和真空泵在20kPa~2MPa之间调节。装载待测燃油的活塞式蓄压器顶部与另一个N2瓶相连,油压可以调节到指定值,通过调节喷嘴安装基座水套的循环水温度来控制燃油温度。使用可编程时间控制单元(PTU实现喷油器、快速闪光灯和CCD相机(13761040分辨率,15fps拍摄速度的同步,CCD相机采集闪光灯照射下的若干时刻的喷雾照片,全部为单次拍摄。喷嘴为许敏等人[3]开发的9孔低压直喷喷嘴,该喷嘴特点是在较低喷射压力下利用喷嘴内部强烈的湍流产生雾化效果较好的喷雾。2试验内容物性数据测量采取的是对同一个物性点进行3次测量并取平均值的方法。燃料温度测试点设定在-10~60之间,以10为增量进行测量。从低温下的分层静置试验看出,各种比例的油醇混合物在一周内未发生分层现象,所以试验中未加入助溶剂。喷雾测试试验模拟低压缸内直喷(2MPa喷射压力的情况,由喷油器的流量曲线和实际喷油量计算喷油器的喷油脉宽,具体的测试点见表1。喷雾测试试验中配制了5种燃料:E0(汽油,E15,E50,E85,E100,针对每种乙醇汽油均完成了8个测试点的喷雾测试。表1喷...