機(jī)械燃油噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及噴油過程

1、第二章 柴油機(jī)機(jī)械燃油噴射技術(shù)第一節(jié) 柴油機(jī)機(jī)械式燃油噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一、燃油系統(tǒng)組成及功能 1、組成柴油機(jī)燃油系一般由下列部分組成：噴油器噴油泵總成：噴油泵、調(diào)試器、提前器、輸油泵輔助部分：燃油箱、低壓油管、柴油濾清器、高壓油管和回油管。2、燃油系統(tǒng)基本功能就其本質(zhì)說，柴油機(jī)燃油系統(tǒng)的基本功能可以分成五項(xiàng)：(1)通過加壓機(jī)構(gòu)使燃油變成高壓(P)。(2)調(diào)節(jié)每次噴油的噴油量(Q)。(3)調(diào)節(jié)每次噴油的噴油時(shí)間(T)。(4)將燃油分配到各個(gè)氣缸中(D)。(5)將燃油噴人燃燒室，并使燃油霧化(I)。經(jīng)過一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，柴油機(jī)燃油系統(tǒng)的代表性產(chǎn)品如圖2l所示。3、燃油系統(tǒng)性能參數(shù)噴油正時(shí)噴油壓力持續(xù)時(shí)間

2、噴油速率二、各組成部分作用1、 噴油器 噴油器的功用：是將燃油霧化并合理分布到燃燒室內(nèi)，以便和空氣混合形成可燃混合氣。 噴霧特性2、 噴油泵對(duì)噴油泵的要求根據(jù)柴油機(jī)可燃混合氣形成的特點(diǎn)和燃燒過程的需要，噴油泵應(yīng)能滿足如下要求：（一） 供油量 噴油泵的供油量應(yīng)能滿足配套柴油機(jī)在各種工況下的需要，同時(shí)還要求保證對(duì)各港的供油均勻。（二） 供油時(shí)間l 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求，噴油泵要按準(zhǔn)確的按規(guī)定的時(shí)間（供油提前角）向氣缸供油，且各缸的供油提前角應(yīng)該一致。（誤差不超過0.5度）l 要求供油提前角能隨轉(zhuǎn)速的改變而改變。l 為了保證柴油機(jī)的工作性能，還要求噴油泵有一定的噴油延續(xù)時(shí)間。（三） 壓力根據(jù)柴油機(jī)燃燒室

3、的型式和混合氣形成方法的不同，噴油泵必須向噴油器供給相當(dāng)高壓力的燃油，以保證噴霧性能良好。例如：預(yù)燃室式和渦流室式燃燒室發(fā)動(dòng)機(jī)：210350 千克/每平方厘米 直接噴射式燃燒室發(fā)動(dòng)機(jī)最高噴射壓力可達(dá)800 千克/每平方厘米 噴油泵的功用：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的需要，將一定量的燃油，以足夠高的壓力，在準(zhǔn)確的時(shí)間內(nèi)供如氣缸。（四） 迅速停止供油3、 調(diào)速器功用：調(diào)速器是一種自動(dòng)調(diào)節(jié)噴油泵供油量的裝置，它能根據(jù)柴油機(jī)負(fù)荷的變化，自動(dòng)地做相應(yīng)的調(diào)節(jié)，使柴油機(jī)能以較穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，從而保證柴油機(jī)既不會(huì)產(chǎn)生超速也不會(huì)在怠速時(shí)造成熄火。4、 提前器 功用：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)整供油提前角，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)工作轉(zhuǎn)速變

4、化范圍內(nèi)，性能良好。三、燃油系統(tǒng)基本要求根據(jù)現(xiàn)在的觀點(diǎn)，柴油機(jī)對(duì)燃油系統(tǒng)的基本要求如下： 1自由控制噴油壓力 研究表明：噴油壓力是柴油機(jī)燃油系統(tǒng)的最重要的參數(shù)。特別是在排放法規(guī)越來越苛刻的時(shí)代要求下，一方面要努力提高噴油壓力，另一方面更需要能夠自由地控制噴油壓力。在凸輪驅(qū)動(dòng)的機(jī)械式燃油系統(tǒng)中，噴油壓力是由凸輪形狀等一系列參數(shù)決定的，人們不可能按照自己的愿望改變噴油壓力，只有在電子控制的共軌式燃油噴射系統(tǒng)中才能做到自由控制噴油壓力。 · 當(dāng)然，在目前的電子控制式燃油系統(tǒng)中，仍然不能做到完全自由地控制噴油壓力。只是比以前的機(jī)械式燃油系統(tǒng)相對(duì)地自由了一些。 2自由控制噴油時(shí)間 在傳統(tǒng)的泵管

5、嘴系統(tǒng)中，由于采用了一定長(zhǎng)度的高壓油管，在噴油泵端對(duì)燃油加壓的壓力波傳遞到噴油嘴端的過程是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，人們是沒有辦法加以有效控制的。一般都是憑經(jīng)驗(yàn)，通過參數(shù)組合，最后由試驗(yàn)決定噴油時(shí)間。 在傳統(tǒng)的機(jī)械式燃油系統(tǒng)中，一般是采用提前器控制噴油時(shí)間，但是，這是相當(dāng)粗糙的。在第二代和第三代電控燃油系統(tǒng)中，采用高速電磁閥之后，才真正實(shí)現(xiàn)了自由控制噴油時(shí)間。 3自由控制噴油率 噴油串形狀決定著柴油機(jī)的燃燒過程的質(zhì)量，決定著柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、工作柔和性和排放指標(biāo)等。在傳統(tǒng)的機(jī)械式燃油系統(tǒng)中，噴油率圖形幾乎是無法控制的，在時(shí)間控制式電控燃油系統(tǒng)中可以比較方便地控制噴油率。 在共軌系統(tǒng)中，可以方便地實(shí)現(xiàn)預(yù)

6、噴射、主噴射、多段噴射包括3段噴射、5段噴射或更加復(fù)雜的噴油率模型。 4精確控制每循環(huán)噴油量 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行工況和當(dāng)時(shí)的外界環(huán)境條件精確控制每循環(huán)噴油量在傳統(tǒng)的機(jī)械式燃油系統(tǒng)中，由機(jī)械式調(diào)速器控制噴油量；但是，這種系統(tǒng)的控制精度不能滿足當(dāng)代柴油機(jī)的要求。柴油機(jī)中每循環(huán)的噴油量不僅取決于外界負(fù)荷、而且與發(fā)動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境以及工作條件有關(guān)。例如：環(huán)境溫度、濕度等。五、常見的柴油機(jī)燃油系統(tǒng)第二節(jié) 燃油噴射過程柴油機(jī)燃油噴射過程一般指的是燃油從噴油泵經(jīng)高壓油管到噴嘴，再由噴嘴的噴孔高壓噴射的整個(gè)歷程。燃油噴射過程并不包括燃油在燃燒室的歷程，所以又叫燃油噴射的管內(nèi)過程。本章在內(nèi)燃機(jī)燃油系統(tǒng)構(gòu)造基礎(chǔ)上

7、，研究燃油噴射過程.分析供油系統(tǒng)參數(shù)及其對(duì)柴油機(jī)性能的影響。一、燃油噴射過程的進(jìn)展高速柴油機(jī)燃油噴射過程時(shí)問很短，只有干分之幾秒。僅占曲軸轉(zhuǎn)角15°-35°。在這極短的時(shí)間內(nèi)，高壓油管的壓力由幾個(gè)兆帕變化到幾十個(gè)甚至百余個(gè)兆帕.壓力變化大.加上燃油的可壓縮性、油管的彈性變形、壓力波在高壓系統(tǒng)的傳播以及針閥慣性等，使噴射過程十分復(fù)雜。 實(shí)驗(yàn)證明，在燃油噴射過程中，從噴油泵到噴油器的壓力波是以音速傳播的。在燃油中，音速約1200-1400m/S。高壓油管內(nèi)各處壓力隨時(shí)問和位置變化。當(dāng)噴油泵柱塞壓油，出油閥打開，靠近噴油泵端的高壓油管中，壓力波開始向噴油器端移動(dòng)，壓力波到達(dá)噴油器

8、，如果該壓力波超過針閥開啟壓力.針閥開 啟噴油;如果該壓力波不足以抬起針閥，壓力波將全部反射回噴油泵端。在泵端反射壓力波與新產(chǎn)生的壓力波疊加后.重新向噴油器傳播。壓力波強(qiáng)，一次開啟針閥;壓力波弱，需往復(fù)傳播數(shù)次，才能將針閥開啟。用壓力傳感器與噴針升程傳感器測(cè)得的閉式噴油器的燃油噴射過程見圖9-8。按照壓力變化的特點(diǎn)，可將燃油噴射過程大致分為三個(gè)階段：第一階段:從噴油泵柱塞關(guān)閉進(jìn)油孔起，到針閥開啟燃油噴入氣缸.噴油始點(diǎn)落后于供油始點(diǎn)，這一落后角度稱為噴油延遲角。這一階段的長(zhǎng)短主要取決于高壓油管中壓力波從噴油泵端傳到噴油器端所需的時(shí)間，也取決于把燃油從剩余壓力升高到針閥開啟壓力所需的時(shí)間?？s短高壓

9、油管長(zhǎng)度;減少出油閥減壓作用; 減少高壓系統(tǒng)內(nèi)的燃油容積，提高柱塞供油速度，可縮短噴油延遲時(shí)間。1、 噴射遲后過程l 柱塞上升關(guān)閉進(jìn)油孔后，噴油泵套筒內(nèi)的燃油被壓縮。l 在t1秒后，其壓力超過高壓油管內(nèi)的剩余壓力P0后，出油閥開啟，高壓油管內(nèi)壓力開始上升，并以波動(dòng)形式開始向噴油泵端傳播。l 在t2秒后，壓力波到達(dá)噴油器。l 但此時(shí)壓力波較弱，往往需要反復(fù)兩次或多次，才能開啟噴油器針閥，向燃燒室噴油，時(shí)間為t3。2、 噴射遲后時(shí)間T T = t1+t2+t33、 噴射遲后影響因素 t1是噴油泵套筒內(nèi)的油，壓縮到高壓油管內(nèi)的剩余壓力Po所需要的時(shí)間。t1與噴油泵套筒的充油程度、柱塞速度和高壓油管內(nèi)

10、的剩余壓力Po有關(guān)。 t2是壓力波在高壓油管內(nèi)的傳播時(shí)間，它與高壓油管的長(zhǎng)度有關(guān)。 t3是從高壓油管內(nèi)的剩余壓力Po升至噴油器開啟壓力P1所需要的時(shí)間。提高Po和減小噴油器開啟壓力P1，可縮短t3。 總之，要縮短噴油遲后期，可以減小噴油器開啟壓力，減小出油閥的減壓作用（提高Po），縮短高壓油管長(zhǎng)度等。第二階段:從噴油開始到噴油泵開始回油,針閥開啟以后.由于部分燃油噴入氣缸，嘴端壓力由于燃油慣性暫時(shí)下降.同時(shí)，柱塞一直壓油。泵端壓力繼續(xù)升高。這一階段的長(zhǎng)短主要決定于柱塞直徑、柱塞有效行程、凸輪輪廓以及柴油機(jī)的負(fù)荷。主要噴射階段：從針閥打開到柱塞停供邊打開回油孔l 噴油器針閥打開，燃料大量噴入燃燒

11、室。l 由于針閥打開，體積突然增大，噴油器一側(cè)的高壓油管壓力暫時(shí)下降，但噴油泵端沒有變現(xiàn)出來。l 隨著柱塞運(yùn)動(dòng)速度的增加，噴油壓力繼續(xù)增加，直到柱塞停供邊打開回油孔為止。這段時(shí)間的長(zhǎng)短與噴油泵柱塞的有效行程有關(guān)。 第三階段:從噴油泵端停止供油到噴油器針閥落座。當(dāng)柱塞斜槽打開回油孔時(shí)，最初開度小，因節(jié)流作用，泵油室中的壓力并不立刻下降，由于柱塞繼續(xù)運(yùn)動(dòng).壓力略有上升。當(dāng)回油孔打開較大時(shí)，泵油室內(nèi)壓力下降，出油閥立即關(guān)閉，燃油停止進(jìn)入高壓油管。但由于燃油膨脹和油管收縮，管內(nèi)壓力仍然很高，燃油繼續(xù)從噴孔噴出。當(dāng)管內(nèi)壓力降到針閥關(guān)閉壓力時(shí)，針閥關(guān)閉，噴油結(jié)束。為了提高熱效率，避免過后燃燒，應(yīng)盡可能縮短

12、這一階段。這一階段的長(zhǎng)短與高壓油管的最大壓力、高壓系統(tǒng)容積、出油閥減壓作用有關(guān)。自由膨脹階段從柱塞停供邊打開回油孔到針閥關(guān)閉 1、自由膨脹過程l 當(dāng)柱塞停供邊打開回油孔瞬間，由于打開的很小，噴油泵一側(cè)的壓力還要上升少許；l 當(dāng)回油孔完全打開后，噴油泵出油閥關(guān)閉，噴油泵端壓力急劇下降，隨后，噴油器端也開始下降。l 供油停止，但被壓縮的燃料在高壓油管中膨脹，和高壓油管的收縮，高壓油管中的壓力仍然很高，還有少量的燃油從噴孔噴出，直到壓力降到針閥的關(guān)閉壓力，針閥關(guān)閉，噴油結(jié)束。2、自由膨脹影響因素l 高壓油管內(nèi)的最高壓力 柱塞運(yùn)動(dòng)速度增加，高壓油管內(nèi)的最高壓力增加； 噴油器噴孔的流通面積減小，也會(huì)使高壓油管內(nèi)的最高壓力增加；這兩方面因素，都使自由膨脹階段延長(zhǎng)。 l 高壓系統(tǒng)的燃料容積 高壓系統(tǒng)的燃料容積越小，燃料膨脹的時(shí)間越短。因此為了縮短自由膨脹階段，應(yīng)盡量減小高壓容積。l 出油閥的減壓作用 增加出油閥的減壓作用，供油結(jié)束后，可使高壓油管內(nèi)的壓力迅速下降，使自由膨脹階段縮短。二、 燃料噴射分析 1