機械燃油噴射系統(tǒng)結構及噴油過程

1、第二章 柴油機機械燃油噴射技術第一節(jié) 柴油機機械式燃油噴射系統(tǒng)結構一、燃油系統(tǒng)組成及功能 1、組成柴油機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，柴油機燃油系統(tǒng)的基本功能可以分成五項：(1)通過加壓機構使燃油變成高壓(P)。(2)調(diào)節(jié)每次噴油的噴油量(Q)。(3)調(diào)節(jié)每次噴油的噴油時間(T)。(4)將燃油分配到各個氣缸中(D)。(5)將燃油噴人燃燒室，并使燃油霧化(I)。經(jīng)過一個世紀的發(fā)展，柴油機燃油系統(tǒng)的代表性產(chǎn)品如圖2l所示。3、燃油系統(tǒng)性能參數(shù)噴油正時噴油壓力持續(xù)時間

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、 噴油泵對噴油泵的要求根據(jù)柴油機可燃混合氣形成的特點和燃燒過程的需要，噴油泵應能滿足如下要求：（一） 供油量 噴油泵的供油量應能滿足配套柴油機在各種工況下的需要，同時還要求保證對各港的供油均勻。（二） 供油時間l 根據(jù)發(fā)動機的要求，噴油泵要按準確的按規(guī)定的時間（供油提前角）向氣缸供油，且各缸的供油提前角應該一致。（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 為了保證柴油機的工作性能，還要求噴油泵有一定的噴油延續(xù)時間。（三） 壓力根據(jù)柴油機燃燒室

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高壓力的燃油，以保證噴霧性能良好。例如：預燃室式和渦流室式燃燒室發(fā)動機：210350 千克/每平方厘米 直接噴射式燃燒室發(fā)動機最高噴射壓力可達800 千克/每平方厘米 噴油泵的功用：根據(jù)發(fā)動機的需要，將一定量的燃油，以足夠高的壓力，在準確的時間內(nèi)供如氣缸。（四） 迅速停止供油3、 調(diào)速器功用：調(diào)速器是一種自動調(diào)節(jié)噴油泵供油量的裝置，它能根據(jù)柴油機負荷的變化，自動地做相應的調(diào)節(jié)，使柴油機能以較穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，從而保證柴油機既不會產(chǎn)生超速也不會在怠速時造成熄火。4、 提前器 功用：根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速，調(diào)整供油提前角，從而保證發(fā)動機在整個工作轉(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，柴油機對燃油系統(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)動的機械式燃油系統(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。只是比以前的機械式燃油系統(tǒng)相對地自由了一些。 2自由控制噴油時間 在傳統(tǒng)的泵管

5、嘴系統(tǒng)中，由于采用了一定長度的高壓油管，在噴油泵端對燃油加壓的壓力波傳遞到噴油嘴端的過程是一個非常復雜的過程，人們是沒有辦法加以有效控制的。一般都是憑經(jīng)驗，通過參數(shù)組合，最后由試驗決定噴油時間。 在傳統(tǒng)的機械式燃油系統(tǒng)中，一般是采用提前器控制噴油時間，但是，這是相當粗糙的。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，才真正實現(xiàn)了自由控制噴油時間。 3自由控制噴油率 噴油串形狀決定著柴油機的燃燒過程的質(zhì)量，決定著柴油機的經(jīng)濟性、工作柔和性和排放指標等。在傳統(tǒng)的機械式燃油系統(tǒng)中，噴油率圖形幾乎是無法控制的，在時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，可以方便地實現(xiàn)預

6、噴射、主噴射、多段噴射包括3段噴射、5段噴射或更加復雜的噴油率模型。 4精確控制每循環(huán)噴油量 根據(jù)發(fā)動機的實際運行工況和當時的外界環(huán)境條件精確控制每循環(huán)噴油量在傳統(tǒng)的機械式燃油系統(tǒng)中，由機械式調(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代柴油機的要求。柴油機中每循環(huán)的噴油量不僅取決于外界負荷、而且與發(fā)動機的工作環(huán)境以及工作條件有關。例如：環(huán)境溫度、濕度等。五、常見的柴油機燃油系統(tǒng)第二節(jié) 燃油噴射過程柴油機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)燃機燃油系統(tǒng)構造基礎上

7、，研究燃油噴射過程.分析供油系統(tǒng)參數(shù)及其對柴油機性能的影響。一、燃油噴射過程的進展高速柴油機燃油噴射過程時問很短，只有干分之幾秒。僅占曲軸轉(zhuǎn)角15°-35°。在這極短的時間內(nèi)，高壓油管的壓力由幾個兆帕變化到幾十個甚至百余個兆帕.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，使噴射過程十分復雜。 實驗證明，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)各處壓力隨時問和位置變化。當噴油泵柱塞壓油，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，壓力波到達噴油器

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，一次開啟針閥;壓力波弱，需往復傳播數(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，可將燃油噴射過程大致分為三個階段：第一階段:從噴油泵柱塞關閉進油孔起，到針閥開啟燃油噴入氣缸.噴油始點落后于供油始點，這一落后角度稱為噴油延遲角。這一階段的長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間?？s短高壓

9、油管長度;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，可縮短噴油延遲時間。1、 噴射遲后過程l 柱塞上升關閉進油孔后，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，并以波動形式開始向噴油泵端傳播。l 在t2秒后，壓力波到達噴油器。l 但此時壓力波較弱，往往需要反復兩次或多次，才能開啟噴油器針閥，向燃燒室噴油，時間為t3。2、 噴射遲后時間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。 t2是壓力波在高壓油管內(nèi)的傳播時間，它與高壓油管的長度有關。 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下降.同時，柱塞一直壓油。泵端壓力繼續(xù)升高。這一階段的長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的負荷。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，噴油器一側的高壓油管壓力暫時下降，但噴油泵端沒有變現(xiàn)出來。l 隨著柱塞運動速度的增加，噴油壓力繼續(xù)增加，直到柱塞停供邊打開回油孔為止。這段時間的長短與噴油泵柱塞的有效行程有關。 第三階段:從噴油泵端停止供油到噴油器針閥落座。當柱塞斜槽打開回油孔時，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)運動.壓力略有上升。當回油孔打開較大時，泵油室內(nèi)壓力下降，出油閥立即關閉，燃油停止進入高壓油管。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。當管內(nèi)壓力降到針閥關閉壓力時，針閥關閉，噴油結束。為了提高熱效率，避免過后燃燒，應盡可能縮短

12、這一階段。這一階段的長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。自由膨脹階段從柱塞停供邊打開回油孔到針閥關閉 1、自由膨脹過程l 當柱塞停供邊打開回油孔瞬間，由于打開的很小，噴油泵一側的壓力還要上升少許；l 當回油孔完全打開后，噴油泵出油閥關閉，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閉壓力，針閥關閉，噴油結束。2、自由膨脹影響因素l 高壓油管內(nèi)的最高壓力 柱塞運動速度增加，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。 l 高壓系統(tǒng)的燃料容積 高壓系統(tǒng)的燃料容積越小，燃料膨脹的時間越短。因此為了縮短自由膨脹階段，應盡量減小高壓容積。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