1、第六章 內(nèi)燃機(jī)的燃料供給與調(diào)節(jié) 內(nèi)燃機(jī)燃料供給與調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要功能是為內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)混合氣形成與燃燒提供實(shí)際需要的燃料，通常稱它為內(nèi)燃機(jī)“心臟”。因?yàn)樗鼘?nèi)燃機(jī)燃燒和主要性能有直接影響。 在內(nèi)燃機(jī)各系統(tǒng)中，燃料供給與調(diào)節(jié)系統(tǒng)是最重要的系統(tǒng)之一。 根據(jù)燃料種類和著火原理，燃料供給與調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理也不同。所以，本章將介紹如下兩方面內(nèi)容： 壓燃式內(nèi)燃機(jī)燃料供給與調(diào)節(jié)系統(tǒng)（一至七節(jié)）； 點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)燃料供給與調(diào)節(jié)系統(tǒng)（八至十一節(jié)）。,第一節(jié) 壓燃式內(nèi)燃機(jī)燃料供給與調(diào)節(jié)系統(tǒng)概述 壓燃式內(nèi)燃機(jī)最顯著的特點(diǎn)：缸內(nèi)形成非均質(zhì)混合氣、壓縮著火。為此，在活塞接近上止點(diǎn)時，燃料供給與調(diào)節(jié)系統(tǒng)將燃料以高壓、瞬時噴入

2、氣缸，實(shí)現(xiàn)燃油與空氣混合和燃燒。 根據(jù)壓燃式內(nèi)燃機(jī)的工作特點(diǎn)，為了保證內(nèi)燃機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性、排放、噪聲等方面的優(yōu)良性能，對燃料供給與調(diào)節(jié)系統(tǒng)在制造、精度、調(diào)整精度、與整機(jī)參數(shù)匹配等諸方面均有十分嚴(yán)格的要求。 主要有以下要求： 1）產(chǎn)生足夠高噴油壓力（燃料良好霧化、混合與燃燒的需要）；油束與燃燒室和氣流運(yùn)動匹配（油氣混合均勻的需要）。 2）精確控制循環(huán)噴油量（隨工況自動變化）-包括循環(huán)之間噴油量一致性好（工況不變時）和各缸噴油量相等（多缸機(jī) ）。 3）提供最佳的起始噴油時刻、噴油持續(xù)時間與噴油規(guī)律（在所運(yùn)轉(zhuǎn)的工況范圍內(nèi)），以保證良好的燃燒過程，取得優(yōu)良的綜合性能。 4）能保證柴油機(jī)安全、可靠地工

3、作（如防止超速、能調(diào)速等）。,早期壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃油噴射是通過高壓空氣實(shí)現(xiàn)的。 自從1927年，德國博世（Bosch）公司開始專業(yè)生產(chǎn)以機(jī)械式噴油泵（以螺旋槽柱塞旋轉(zhuǎn)方式調(diào)整供油量）以來，這種噴油泵的工作原理至今仍在廣泛使用。 下圖為一個典型的壓燃式內(nèi)燃機(jī)燃料供給與調(diào)節(jié)系統(tǒng)的簡圖。,系統(tǒng)由三部分組成： 低壓油路（油箱8、輸 油泵5、燃料濾清器3、 低壓油管）； 高壓油路（噴油泵6、 高壓油管13、噴油器 11）； 調(diào)節(jié)系統(tǒng)（離心式調(diào) 速器9、自動供油提前 器7）。 其中，核心部分是高 壓油路所組成的噴油 系統(tǒng)，這種傳統(tǒng)的燃 料供給系統(tǒng)通常稱為 泵-管-嘴系統(tǒng)。,在傳統(tǒng)的燃料供給系統(tǒng)中，噴油泵有

4、柱塞式噴油泵和轉(zhuǎn)子分配式噴油泵兩種。 對于柱塞式噴油泵：每一個柱塞對應(yīng)于一個氣缸，多缸內(nèi)燃機(jī)所用的柱塞數(shù)和氣缸數(shù)相等、并合為一體，構(gòu)成合成式噴油泵； 對小型單缸和大型多缸內(nèi)燃機(jī)，常采用每個柱塞元件獨(dú)立組成一個噴油泵，稱之為單體噴油泵。 對于轉(zhuǎn)子分配式噴油泵：是用一個或一對柱塞產(chǎn)生高壓油向多缸內(nèi)燃機(jī)的氣缸內(nèi)噴油，這種泵主要用于小缸徑高速壓燃式內(nèi)燃機(jī)上，其制造成本較低。,泵-管-嘴燃料供給系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)： 高壓油管的存在，使噴油系統(tǒng)在內(nèi)燃機(jī)上的布置比較方便與靈活，目前已積累了長期制造與匹配的理論與經(jīng)驗(yàn)。因此，仍在各種壓燃式內(nèi)燃機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。 高壓油管的存在，降低了整個燃料供給系統(tǒng)高壓部分的液力剛

5、性，難于實(shí)現(xiàn)高壓噴射與理想的噴油規(guī)律，使這種傳統(tǒng)燃料供給系統(tǒng)的應(yīng)用前景受到一定限制。 壓燃式內(nèi)燃機(jī)燃料噴射系統(tǒng)的發(fā)展： 各種高壓、電控的燃料噴射系統(tǒng)-如采用短油管單體泵、泵噴嘴、PT泵、蓄壓式、共軌式系統(tǒng)等等，以滿足壓燃式內(nèi)燃機(jī)不斷強(qiáng)化、日益嚴(yán)格的排放與噪聲法規(guī)的要求。 本章主要介紹目前發(fā)展最為成熟與應(yīng)用較大的傳統(tǒng)泵-管-嘴燃料供給與調(diào)節(jié)系統(tǒng)（第二節(jié)至第六節(jié)）。在第七節(jié)，簡要介紹有關(guān)各類高壓、電控噴油系統(tǒng)。,第二節(jié) 壓燃式內(nèi)燃機(jī)燃料噴射過程 1、噴油過程 噴油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成： 壓燃式內(nèi)燃機(jī)工作時，發(fā)動機(jī) 曲軸通過定時齒輪驅(qū)動噴油泵運(yùn)轉(zhuǎn)； 燃油從油箱經(jīng)濾清器、輸油泵 加壓（約0.10.15MPa）

6、供到噴油 泵的低壓油腔。 下圖 a 給出了噴油系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 組成。,其中： 1-凸輪； 2-挺柱體；3-柱塞； 4-進(jìn)、回油孔； 5-柱塞腔； 6-出油閥； 7-出油閥緊帽腔； 8-出油閥彈簧； 9-壓力傳感器； 10-高壓油管； 11-壓力傳感器； 12-針閥彈簧； 13-噴油器總成； 14-針閥； 15-盛油槽； 16-噴孔。,噴油系統(tǒng)工作過程： 1、柱塞腔進(jìn)油 挺柱體總成的滾輪在凸輪基圓時，柱塞腔通過進(jìn)、 回油孔和低壓油腔相通。此時，低壓油路向柱塞腔供油。 凸輪軸繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，滾輪離開凸輪基圓后，凸輪推動挺柱體總成克服柱塞彈簧力向上運(yùn)動。 當(dāng)柱塞頂面上升到與進(jìn)、回油孔上邊緣平齊時，進(jìn)、回油孔關(guān)閉

7、，柱塞腔與低壓油腔隔離。 2、柱塞壓油 柱塞再向上運(yùn)動時，柱塞腔內(nèi)燃油被壓縮，壓力升高。 當(dāng)壓力上升到大于出油閥開啟壓力與高壓油管內(nèi)的殘余壓力p r之和時，出油閥開啟。燃油流入出油閥緊帽，進(jìn)入高壓油管和噴油器內(nèi)油路和針閥體盛油槽內(nèi)。,3、噴油器噴油 柱塞繼續(xù)上升，油壓升高。 當(dāng)針閥體盛油槽內(nèi)油壓達(dá)到并超過 針閥開啟壓力p0 時，針閥打開，向氣缸 內(nèi)噴油。 因柱塞頂面積大，噴油器噴孔面積 小，故噴射過程中壓力繼續(xù)升高。 4、柱塞腔卸壓 柱塞繼續(xù)上升，當(dāng)柱塞斜槽上邊緣與回油孔下邊緣相聯(lián)通時，如果柱塞再上升，則柱塞腔與低壓油腔相通，燃油經(jīng)回油孔開啟截面流入低壓油腔，柱塞腔壓力下降。 5、出油閥落座

8、在彈簧力和出油閥兩端油壓綜合作用下，出油閥開始下行。 當(dāng)減壓凸緣進(jìn)入出油閥座孔后，出油閥緊帽腔與柱塞腔隔離，使緊帽腔到噴油器所組成的高壓油路內(nèi)保持一定量燃油，出油閥仍繼續(xù)下行到落座。,6、噴油器停止噴油 出油閥在落座過程中，由于減壓容積作用，使高壓油路（出油閥緊帽腔、高壓油管、噴油器體內(nèi)油道、盛油槽容積的總和）中燃油壓力迅速下降。 當(dāng)盛油槽內(nèi)的燃油壓力小于針閥關(guān)閉壓力時，針閥落座，噴油停止。 7、噴油泵回油 出油閥落座后，柱塞在凸輪驅(qū)動下繼續(xù)上行，由于柱塞腔與低壓油腔相通，此時，柱塞不壓油，柱塞頂部的燃油通過柱塞斜槽，回到低壓油腔。 柱塞到最大行程后，在柱塞 彈簧力的作用下，沿凸輪下降段 下行

9、。在下行過程中，噴油泵也 不產(chǎn)生泵油作用，直到凸輪基圓 為止。 至此，完成了一個泵油循環(huán)。,兩個重要參數(shù)： 1、噴油泵柱塞預(yù)行程h0 定義為： 柱塞從下止點(diǎn)開始，上升到 進(jìn)、回油孔關(guān)閉時所經(jīng)過的距離。 它的大小決定了柱塞在壓油過程中初 速度的大小，將影響噴油速率； 2、噴油泵柱塞的有效行程he 定義為：柱塞封閉進(jìn)、回油孔開始， 壓油到柱塞斜槽上邊緣與回油孔相通開始 回油所經(jīng)歷的升程。 它的大小與噴油泵循環(huán)供油量有關(guān)， 從而決定了噴油器循環(huán)噴油量大小。,噴射過程的壓力波動： 因燃油具有可壓縮性與慣性， 所以，在噴油系統(tǒng)中，存在壓力傳播與反射（即高壓油管內(nèi)產(chǎn)生一定壓力波動）。 壓力波動在出油閥緊帽

10、腔到針閥體盛油槽內(nèi)不斷衰減，趨于一壓力定值（殘余壓力pr ）。 壓力波動可用壓力傳感器及位移傳感器和相應(yīng)儀器測出。 考慮到測量的方便性和可行性，通常噴油過程試驗(yàn)僅測出泵端壓力prp、噴嘴端壓力pN、針閥升程h和噴油速率dVb/d c隨凸輪軸轉(zhuǎn)角 c變化關(guān)系，如左圖 b所示。其中，從柱塞供油開始到噴油器針閥升起這一段時間，稱為噴油延遲期。,由于噴油系統(tǒng)中的 壓力波動，使噴油 器噴油滯后于噴油 泵柱塞供油。 噴油延遲期由三部 分組成： 出油閥升起滯后； 噴油器油壓滯后； 針閥升起滯后。,二、幾何供油規(guī)律和噴油規(guī)律 幾何供油規(guī)律： 指從幾何關(guān)系式上求出的單位凸輪轉(zhuǎn)角（或單位時間）噴油泵供入高壓油路中

11、的燃油量隨凸輪轉(zhuǎn)角 c（或時間t）的變化關(guān)系。 它完全由柱塞的直徑和凸輪型線的運(yùn)動特性決定 （6-1） （6-1a） 式中，Ap 為柱塞面積， ； dp 為柱塞直徑； p為有效行程段的柱塞速度。,噴油規(guī)律： 指在噴油過程中，單位凸輪轉(zhuǎn)角（或單位時間）從噴油器噴入氣缸的燃油量隨凸輪轉(zhuǎn)角 c（或時間t）的變化關(guān)系，即 （6-2） （6-2a） 在噴油器噴油時，高壓油路中的燃油壓力高達(dá)數(shù)十甚至超過100 Mpa。 在噴油器不噴油階段，高壓油路中的燃油壓力又小于針閥開啟壓力p0。在一定出油閥減壓容積作用下，殘壓為零，甚至出現(xiàn)真空。 所以，噴油過程中，噴油峰值壓力高且變化大，需考慮燃油的可壓縮性。,燃油

12、的可壓縮性： 可用燃油的彈性模量E表示，即 E= - V dp / dV。 在高壓油路容積V一定條件下，因壓力變化越大，容積變化量dV也越大，故E是燃油的一個物性常數(shù)。 通常在2030MPa壓力下，E=20002500MPa。 若高壓油路中容積為15002000mm3的噴油系統(tǒng)，在30MPa壓力作用下，燃油的壓縮量達(dá)2030mm3。 由于燃油的可壓縮性，燃油在高壓系統(tǒng)容積內(nèi)產(chǎn)生彈性振動，使壓力從泵端傳到嘴端需一定的時間，其傳播的速度為聲速。 在傳播過程中，泵端、嘴端開啟或關(guān)閉等邊界條件不同，將造成壓力波反射；由于存在減壓作用，在系統(tǒng)容積內(nèi)的局部地區(qū)，可能產(chǎn)生真空（見前面圖b的壓力波圖上壓力為零

13、的區(qū)段），使燃油變?yōu)檎魵庑纬蓺馀荨?液態(tài)下壓力波傳播速度（聲速）c=14001600m/s；但在高壓油路中，如果存在蒸氣泡，壓力波傳播速度將降低，使噴油滯后期增加，不利于缸內(nèi)燃燒。故噴油系統(tǒng)中壓力波傳播速度是變化的。,大量試驗(yàn)表明： 壓力波傳播速度的數(shù)值在7001400m/s之間變化，而燃油在高壓油管內(nèi)流速僅為2040m/s，即，燃油流速趕不上壓力波速度。 所以，噴油器盛油腔內(nèi)壓力波形與噴油泵出油閥緊帽腔內(nèi)壓力波形，不論是數(shù)值大小和時間相位上都不可能相同。 因此，噴油規(guī)律不可能和供油規(guī)律相同，這種差別不僅受噴油泵內(nèi)部機(jī)械運(yùn)動影響，還受高壓油路中的液力作用。 圖6-3是一實(shí)例。供油規(guī)律 可計(jì)算出

14、；噴油規(guī)律由幾何參 數(shù)和燃油在高壓下液力特性的 綜合作用所決定。兩者有一定 內(nèi)在聯(lián)系：噴油規(guī)律受供油規(guī) 律的影響，噴油始點(diǎn)遲于供油 始點(diǎn)，噴油持續(xù)時間大于供油 持續(xù)時間，噴油速率的峰值小 于供油速率的峰值。,三、噴油規(guī)律的確定 有試驗(yàn)測定法和計(jì)算分析法兩大類，現(xiàn)分述如下。 1、試驗(yàn)測定法 試驗(yàn)測定噴油規(guī)律的方法有多種，最常用的是壓力升程法和波許長管法。 （1）壓力升程法 由噴油器的噴孔流量方程知，瞬時噴油速率mm3/CA與噴孔流通截面、噴孔前后壓差有關(guān)，計(jì)算公式為 （6-3） 式中，A為噴油器有效流通截面積（mm3)； np為噴油泵的轉(zhuǎn)速（r/min）； t為燃油密度（kg/m3）； p =p

15、 - pz 為噴孔前油壓與氣缸內(nèi)氣體壓力差（Pa）。,測定發(fā)動機(jī)某一工況噴油規(guī)律的步驟： 1、在發(fā)動機(jī)上，用壓力傳感器實(shí)測 噴油器端油管壓力pN，然后計(jì)算出盛油腔處壓力p（或直接測出噴油器盛油腔處的壓力p）； 氣缸內(nèi)壓力pZ； 用位移傳感器測出針閥升程h（隨轉(zhuǎn)角或時間）變化； 噴油泵凸輪轉(zhuǎn)速 np 。 2、在專用試驗(yàn)臺上，實(shí)測不同升程下的油嘴有效流通截面積A； 3、根據(jù)針閥升程h（轉(zhuǎn)角或時間）和A（h），求出油嘴有效流通截面積A隨時間的變化曲線A（t）； 4、按6-3式，計(jì)算出噴油規(guī)律。 這是在運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)上實(shí)測噴油規(guī)律的首選方法。,（2）博世長管法 這是在噴油泵試驗(yàn)臺上測定噴油規(guī)律的常用方法。

16、下圖是測量裝置的示意圖。 從噴油器噴出來的燃油進(jìn)入細(xì)長管組成的波許長管儀中。它是用測量細(xì)長管內(nèi)壓力隨時間的變化來測定噴油規(guī)律的。 工作原理如下： 噴油器噴油進(jìn)入細(xì)長管內(nèi)，其體 積流量的表達(dá)式為 （6-4） 式中，F(xiàn)為細(xì)長管截面積； 為燃油在細(xì)長管中流速。,根據(jù)流體力學(xué)理論，在非穩(wěn)定流動中，一元壓力波p(t)可用下式表達(dá) （6-5） 其中，c為聲速 將式（6-5）代入式（6-4）后，化簡可得噴油速率表達(dá)式 （6-6） 可見，用壓力傳感器 4 實(shí)測長管壓力波的變化（如上圖），即可求得噴油規(guī)律。,使用博世長管儀注意事項(xiàng)： 長度足夠長，管截面恒定。這樣噴油的壓力波不受管截面突變和細(xì)長管端反射波的影響，

17、保證噴油速率測定的精度。 消除反射波影響。細(xì)長管的長度L應(yīng)保證由細(xì)長管出口端所產(chǎn)生的反射波反射到噴油端所需的時間大于噴油持續(xù)期tZ（tZ2L/a），且保證在下一個循環(huán)之前，管內(nèi)壓力波已經(jīng)完全衰減。 波形個數(shù)。試驗(yàn)表明，實(shí)測壓力波波形個數(shù)為4個波形時（一個噴油波形和三個反射波形），測量精度較高。 合適的背壓。圖6-4中背壓閥用于模擬氣缸壓力的大小，而節(jié)流閥8用來保證長管中有一定的壓力，調(diào)整節(jié)流閥改變流通截面的大小，可得到所需的實(shí)測壓力波的個數(shù)。,另外，介紹一種直接測量噴油規(guī)律的方法-蜂孔轉(zhuǎn)盤法 下圖是這一方法測量的示意圖。 集油轉(zhuǎn)盤上有一圈蜂孔（每個蜂孔占一度凸輪轉(zhuǎn)角）； 蜂孔下有集油杯（有機(jī)玻

18、璃、帶刻度線）； 工作時噴油器正對著 蜂孔噴射； 噴油泵和蜂孔轉(zhuǎn)盤由 電機(jī)帶動運(yùn)轉(zhuǎn)（按一定傳 動比）。 特點(diǎn)： 因單次噴油量很小， 需要噴射1000次以上；只 能測平均噴油規(guī)律；高速 測量時，因油霧沖擊損失 大，誤差較大。,2、計(jì)算法 計(jì)算法是建立在波動理論（一元可壓縮不定常流）基礎(chǔ)上，對噴油系統(tǒng)建立物理數(shù)學(xué)模型，利用計(jì)算機(jī)模擬求解的方法。 主要求解定律-方程有： 質(zhì)量守恒定律-分別對柱塞腔、出油閥緊帽腔、高壓油管、針閥體盛油槽、針閥壓力室建立燃油連續(xù)性方程； 牛頓定律-分別對出油閥、高壓油管內(nèi)的燃油、噴油器針閥建立運(yùn)動方程。 利用上述建立的封閉方程組，根據(jù)已知噴油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)、噴油泵升程隨轉(zhuǎn)

19、角的變化關(guān)系，通過數(shù)值計(jì)算方法編程，在計(jì)算機(jī)上聯(lián)立求解，就可以得出柱塞腔、出油閥緊帽腔、針閥體盛油槽、壓力室和高壓油管的任意位置上壓力變化，以及出油閥、針閥運(yùn)動規(guī)律，并得出噴油規(guī)律。 計(jì)算結(jié)果可以揭示噴油系統(tǒng)中壓力波動的現(xiàn)象。計(jì)算精度能夠滿足工程應(yīng)用的要求。 目前這一方法已成為國內(nèi)外對噴油系統(tǒng)性能預(yù)測的基本方法，可對燃料供給系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。具體方法參考文獻(xiàn)2。,第三節(jié) 壓燃式內(nèi)燃機(jī)噴油泵的結(jié)構(gòu)與參數(shù)選擇 噴油泵結(jié)構(gòu)參數(shù)和調(diào)整參數(shù)影響噴油過程，對內(nèi)燃機(jī)性能有重要影響。 主要參數(shù)有：供油始點(diǎn)（供油提前角fd）；柱塞直徑dp；凸輪型線；凸輪最大升程H；供油預(yù)行程h0；出油閥減壓容積等。分述如下

20、： 一、供油提前角fd-調(diào)整參數(shù) 前面章節(jié)已經(jīng)討論過，柴油機(jī)為獲得高的熱效率，要求燃燒在上止點(diǎn)附近完成。 為此，噴油需在上止點(diǎn)前某一時刻開始。過早或過遲噴油對燃燒熱效率都有影響。 噴油提前角定義：燃油噴入氣缸的時刻到活塞上止點(diǎn)所經(jīng)歷的曲軸轉(zhuǎn)角稱之。 噴油提前角測量需在噴油器內(nèi)安裝針閥升程傳感器，配專用電子儀器完成。這種動態(tài)測試比較麻煩，故平常柴油機(jī)調(diào)試、產(chǎn)品說明書標(biāo)注時都采用供油提前角。,供油提前角fd定義：（噴油泵安裝在柴油機(jī)上） 噴油泵柱塞關(guān)閉進(jìn)、回油孔開始壓油到柴油機(jī)活塞上止點(diǎn)所經(jīng)歷的曲軸轉(zhuǎn)角，稱之。 可以在停車狀態(tài)用溢流法檢查（用出油閥開啟供油代替進(jìn)、回油孔關(guān)閉）。 噴油延遲角x： 供

21、油提前角fd與噴油提前角fj 之間的差值稱之。三者的關(guān)系是：fd = fj+ x x的大小由高壓油管長度、柴油機(jī)轉(zhuǎn)速等參數(shù)決定。 油管越長，x值越大；轉(zhuǎn)速越高，x值（角度值）越大。 因此，對多缸機(jī)而言，各缸高壓油管長度應(yīng)當(dāng)一致，以獲得各缸均勻的噴油量。,供油提前角對柴油機(jī)性能的影響： 供油提前角對柴油機(jī)燃燒過程影響很大，對每某一工況，從燃燒效率（動力性和經(jīng)濟(jì)性）考慮，都有一個最佳值。 下圖給出了噴油始點(diǎn)的影響。 若考慮某一排放 物（如NOX 或 PM 或 HC）或黑煙（煙度R ）或壓力升高比（ dp /d ）等，又各有 不同的最佳值。 對不同工況，不 同的機(jī)型，供油提前 角也不相同。,因此，為

22、了保證柴油機(jī)各種工況都有一最佳的供油提前角（某一項(xiàng)性能最優(yōu)、兼顧其他性能），將是一個復(fù)雜的立體曲面，必須用電子控制才能實(shí)現(xiàn)，機(jī)械控制很難做到。 一般從動力性和經(jīng)濟(jì)性考慮： 負(fù)荷增加，噴油量增大，噴油持續(xù)期加長，噴油提前角應(yīng)該增大，才能保證燃料在上止點(diǎn)附近及時燃燒； 轉(zhuǎn)速增大，最佳供油提前角也應(yīng)增大-因?yàn)閲娪脱舆t角加大，為保證燃燒及時，供油要相應(yīng)提前一些。 此外，分隔式與直噴式柴油機(jī)燃燒方式不同，供油提前角變化也不相同，分隔式燃燒室所需的供油提前角較直噴式燃燒室相應(yīng)要小一些，且對轉(zhuǎn)速、負(fù)荷變化敏感性小。 對增壓柴油機(jī)，缸內(nèi)壓縮溫度和壓力較高，著火滯燃期短，故供油提前有也應(yīng)小一些。 從減少有害排放

23、考慮：若需降低NOX，供油提前角比熱效率最高的fd要小一些（即推遲噴油），但為了不過分降低熱效率，需加大供油速率。 從燃燒噪聲考慮：降低dp/d 和pmax，應(yīng)取較小供油提前角。,供油提前角的自動調(diào)節(jié)： 車用柴油機(jī)工況是變化的，為了使供油提前角能夠隨著發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速變化，可用機(jī)械裝置來自動改變。 當(dāng)采用上螺旋柱塞實(shí)現(xiàn)負(fù)荷增大，隨轉(zhuǎn)速增加，最佳供油提前角相應(yīng)增大，可用合適的螺旋角可以滿足柴油機(jī)的匹配要求（即供油角度自動提前） 。 下圖是一個飛塊 離心式供油角度自動 提前器的結(jié)構(gòu)圖。 其 原理是： 感應(yīng)轉(zhuǎn)速的飛塊 離心力與提前機(jī)構(gòu)上 彈簧力相平衡方法實(shí) 現(xiàn)提前角的變化。,在飛塊大小、形狀一定情況下：

24、改變彈簧預(yù)緊力可改變提前器起作用轉(zhuǎn)速；改變彈簧剛度可改變不同轉(zhuǎn)速時相對提前量大小。,結(jié)構(gòu)： 整個提前器密封在殼體e中； 提前器底盤與噴油泵軸相連，在底盤上通過支承銷A裝有飛鐵，支承銷A受提前器彈簧作用； 在驅(qū)動法蘭 c 外側(cè)，有兩個連接爪B（其內(nèi)側(cè)有兩個凸出的驅(qū)動銷），驅(qū)動銷上有 兩個孔穴，作為提前 器彈簧座； 提前器通過連接 爪與發(fā)動機(jī)噴油泵傳 動軸相連； 傳動動力經(jīng)過連 接爪、飛鐵、彈簧等 傳到油泵凸輪軸上。,工作： 當(dāng)轉(zhuǎn)速提高時，飛鐵在離心力作用下外移，飛鐵型面沿驅(qū)動銷（B內(nèi)）繞支承銷A中心滑動； 此時，彈簧力始終保持驅(qū)動銷與飛鐵型面接觸，使得支承銷A帶動底盤在旋轉(zhuǎn)方向 轉(zhuǎn)動，使凸輪提前

25、一 個角度。即相對于驅(qū) 動法蘭角度位置，凸 輪的位置隨轉(zhuǎn)速而變 化。-最大可達(dá)10度 凸輪轉(zhuǎn)角。,二、噴油泵的系列化和工作能力評價指標(biāo) 由于柴油機(jī)排量、轉(zhuǎn)速范圍變化較大，若為每個機(jī)型設(shè)計(jì)一種噴油泵是不經(jīng)濟(jì)的（大型機(jī)除外）。 系列化： 人們對某一功率、轉(zhuǎn)速段柴油機(jī)可采用外形尺寸、結(jié)構(gòu)型式、缸心距相同的噴油泵，用缸數(shù)增減、置換不同柱塞直徑、凸輪型線和升程、出油閥減壓容積等少量互換零件和對供油量、轉(zhuǎn)速等調(diào)整參數(shù)進(jìn)行調(diào)試的方法來滿足與不同柴油機(jī)的配套，形成一個系列，這就是柱塞式噴油泵的系列化。,下表是我國目前生產(chǎn)和常用的主要系列柱塞式噴油泵，已經(jīng)滿足小中型柴油機(jī)的需要。 因此，在選用噴油泵時，主要是選

26、擇噴油泵種類和主要參數(shù)。,為此，要了解噴油泵工作能力的若干評價指標(biāo)： （1）最大循環(huán)供油量 噴油泵循環(huán)油量與許多參數(shù)有關(guān)，其中主要參數(shù)是柱塞直徑和一定凸輪軸轉(zhuǎn)角內(nèi)柱塞有效行程。 最大循環(huán)供油量定義： 對某一種噴油泵，設(shè)減壓容積為零；取噴油泵最大柱塞直徑；選用切線凸輪；設(shè)比最大幾何速度對應(yīng)凸輪升程小0.3mm處為供油終點(diǎn)；取7（或4CA）供油持續(xù)期內(nèi)。 此時，對應(yīng)柱塞有效行程計(jì)算的循環(huán)供油量，稱為噴油泵最大循環(huán)供 油量。 它是噴油泵幾何供油量的極限值（不考慮出油閥減壓作用和高壓液力特性影響）。 （2）最高平均供油速率 平均供油速率是指噴油泵在供油持續(xù)期內(nèi)每度凸輪軸轉(zhuǎn)角的平均供油量。 最高平均供油

27、速率是最大循環(huán)供油量條件下，取7（或4CA）供油持續(xù)期作計(jì)算依據(jù)求得。,（3）最大許用泵端壓力 噴油泵所能承受的最大峰值泵端壓力值，此數(shù)值應(yīng)是柱塞腔的實(shí)測壓力值。 但由于測量困難，一般用出 油閥緊帽出油口處測出的泵端油 管峰值壓力替代。該測量值略小 于柱塞腔壓力。柴油機(jī)采用高供 油速率噴射時，需要高的噴油壓 力。 噴油泵泵端峰值壓力決定了 凸輪、挺柱體、泵體等零件的受 力和強(qiáng)度、剛度，對噴油泵工作 可靠性產(chǎn)生影響。 右圖是不同柴油機(jī)所需要的 噴油壓力和幾何供油速率。,（4）最高工作轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速增大，泵端峰值壓力增大。柱塞在下行時，往復(fù)運(yùn)動件的慣性力增大，當(dāng)慣性力超過柱塞彈簧作用力時會使?jié)L輪與凸輪

28、之間出現(xiàn)飛脫，產(chǎn)生沖擊，使工作表面損壞。 此外，與之匹配的調(diào)速器也有一工作極限轉(zhuǎn)速。 根據(jù)噴油泵的上述評價指標(biāo)，按照所設(shè)計(jì)的柴油機(jī)結(jié)構(gòu)、參數(shù)、性能指標(biāo)，可以進(jìn)行噴油泵種類和參數(shù)的選擇。,三、噴油泵參數(shù)的選擇 1、柱塞直徑dp和有效供油行程he 首先，計(jì)算出柴油機(jī)所需的循環(huán)噴油量Vb（mm3/循環(huán)）-根據(jù)柴油機(jī)標(biāo)定工況點(diǎn)的燃油消耗率、功率，如下： （6-7） 式中， be 為標(biāo)定功率點(diǎn)燃油消耗率 g/(kWh) ； Pe為柴油機(jī)標(biāo)定功率（kW)； 為柴油機(jī)的沖程數(shù)； n 為柴油機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）； f為燃油密度（g/cm3)； i 為柴油機(jī)氣缸數(shù)。,然后，選擇噴油泵種類型號和減壓容積（系列化）

29、-根據(jù)柴油機(jī)標(biāo)定點(diǎn)循環(huán)供油量、氣缸直徑、燃燒室型式、是否增壓等，參考圖6-6，在表6-1中選擇。 減壓容積（mm3）可用下式校驗(yàn) （6-8） 式中， pp為噴油泵最大泵端壓力（MPa）； p0為噴油器針閥開啟壓力（MPa）； V 為高壓油路容積（mm3）（對中、小功率柴油機(jī)，此值大約在15002000mm3）； E 為燃油彈性模量，為20002500MPa。 選擇后，噴油泵循環(huán)供油量必須滿足： 循環(huán)供油量Vp = Vb + Vj，,并且 （6-9） 式中， dp 為柱塞直徑；he為柱塞有效行程； f為噴油泵供油系數(shù)（充滿系數(shù)），f 取值為1.001.25。 f 的大小主要與柱塞進(jìn)、回油孔處的節(jié)

30、流作用有關(guān)。節(jié)流作用大者，取大值。 令柱塞直徑dp與有效行程he之比為m1，根據(jù)已配裝的柴油機(jī)統(tǒng)計(jì)值，m1 =4.56.0，故可得出柱塞直徑dp為 （6-10） 對計(jì)算值圓整，最后確定柱塞直徑dp ，由式（6-9）計(jì)算出有效行程he為,不同柱塞直徑的影響：（在相同供油量） 圖6-7給出了不同柱塞直徑對噴油規(guī)律的影響?？梢姡?柱塞直徑增大，有效行程減小，供油速率增大，供油和噴油持續(xù)期縮短。從而可以縮 短柴油機(jī)的燃燒期，改 善性能。 但加大柱塞直徑后 ，初期噴油量大，柴油 機(jī)工作粗暴，此外凸輪 承受的接觸應(yīng)力也加大。,2、凸輪最大升程和供油預(yù)行程的確定 凸輪最大升程Hmax 根據(jù)柱塞直徑dp數(shù)值，

31、校驗(yàn)所選噴油泵是否合適。確定后，根據(jù)燃燒室型式選擇一種凸輪型線（國產(chǎn)系列泵都采用切線凸輪），由此確定Hmax。(令m2=Hmax/he，一般m2=4.0-7.0非增壓、3.0-5.0增壓，增壓度高取較小值) 圖6-8是切線凸輪的升程、 速度隨轉(zhuǎn)角變化曲線。其中 速度系數(shù)C表示，它是噴油泵 轉(zhuǎn)速為1000r/min時的速度值。 這樣對任一發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速 可方便地求得柱塞供油速度。 對于中、小功率柴油機(jī)， 一般速度系數(shù)最大值在3.0 r / s以下。增加凸輪最大升程 ，可以增加最大速度系數(shù)。,預(yù)行程h0確定： 當(dāng)循環(huán)供油量一定，在凸輪型線及柱塞有效行程確定后，柱塞預(yù)行程h0大小就決定了供油持續(xù)期的長短

32、和平均供油速率的大小，如下圖（圖6-8）。由圖可知： 預(yù)行程h0增大，供油初始 速度增大，平均供油速率隨之 增大，供油持續(xù)期縮短。從而 可以提高噴油壓力和噴油速率 ，強(qiáng)化噴油過程，改善柴油機(jī) 性能。 實(shí)用中，預(yù)行程大小可通 過噴油泵挺柱體總成高度的大 小來以調(diào)整。,噴油泵凸輪型線比較：-供油持續(xù)期 噴油泵凸輪型線決定了柱塞運(yùn)動規(guī)律，進(jìn)而決定了油泵的供油規(guī)律，最后影響噴油規(guī)律。下圖是凸輪外型對噴油規(guī)律的影響，可見，在相同條件下（有效行程、供油始點(diǎn)），外型越陡，供油速度越大，噴油延遲期越短；相反外型越平，噴油延遲期和噴油持續(xù)期越長。,但在高速柴油機(jī)中，由于燃油系統(tǒng)的壓力波動現(xiàn)象，使得很難利用供油規(guī)

33、律來控制噴油規(guī)律。所以，油泵凸輪型線一般不是根據(jù)理想的供油規(guī)律設(shè)計(jì)，而是從加工容易角度出發(fā)，選用切線凸輪或圓弧凸輪為多。如下圖所示，可見：在基圓、升程、滾輪相同條件下，切線凸輪的速度增加更快。 對于一定供油量 ，柱塞速度提高，供 油持續(xù)期可以縮短。 但過高的供油速度， 在著火延遲期內(nèi)噴入 氣缸的燃油較多?？?能會引起燃燒粗暴。 噴油泵大多采用 切線凸輪-升程段為 切線段，降速段為小 圓弧。,凸輪工作段選擇： 一般噴油泵有效供油行程選選在升速段； 供油最遲點(diǎn)選在最大速度點(diǎn)對應(yīng)升程的前0.3mm處結(jié)束，以減小凸輪表面與滾輪間的接觸應(yīng)力，接觸應(yīng)力最大允許值為1900MPa。 噴油泵的其它凸輪型線：

34、如函數(shù)凸輪（一般指小圓弧段采 用余弦函數(shù)），其特點(diǎn)是： 可使切線段延長，升速段升程可 加大10%左右，以提高平均供油速率 ，見圖6-9。從加速曲線（j）知，小 圓弧段采用函數(shù)凸輪的另一優(yōu)點(diǎn)是減 速段加速度變化（即慣性力）與柱塞 彈簧力變化趨向相一致，這對噴油泵 零件設(shè)計(jì)有利。,3、出油閥結(jié)構(gòu)和減壓容積 常用的出油閥偶件結(jié)構(gòu)見圖6-10。 出油閥的主要功用： 一是維持高壓油路中有一定的燃油 量-通過出油閥頭部錐面密封，在不供 油時隔斷柱塞腔和高壓油路； 二是形成減壓高度為hj的減壓帶- 通過密封錐面下面的圓柱形環(huán)帶。 減壓帶工作原理： 當(dāng)柱塞供油結(jié)束出油閥下部壓力小 于出油閥上部壓力時，出油閥開

35、始下落； 當(dāng)減壓帶下邊緣進(jìn)入出油閥座孔時 候，高壓油路與柱塞腔隔斷；出油閥落 座時，出油閥下落了一距離等于hj ； 這樣在高壓油路中，燃油增大一個 容積（即減壓容積Vj ）。,減壓容積的作用：可以保證停油干脆-使高壓油路壓力迅速下降，并以壓力波形式傳播到噴油器盛油腔，使針閥下落，噴油停止。 這種出油閥又被稱之為等容式出油閥。 減壓容積對噴油過程影響：（高壓油路容積一定時）-很大 1、出油閥減壓容積Vj越大，高壓油膨脹越多，使高壓油路中的油壓下降越多，不噴油時油管中的殘余壓力越低。 在有些噴油系統(tǒng)中，殘余壓力可以降至零、甚至出現(xiàn)真空，但壓力傳感器不能測量負(fù)壓（真空度），故測出值為零。 在從真空到

36、高壓、從高壓到真空的過程中，燃油會發(fā)生一系列的氣泡產(chǎn)生與潰滅過程，將對高壓油路的零件產(chǎn)生穴蝕； 2、若Vj太小，高壓油路中殘余壓力偏高。由于壓力的波動，當(dāng)針閥體盛油腔壓力超過噴油器開啟壓力時，針閥再次開啟，將產(chǎn)生二次噴射現(xiàn)象，這是正常噴射所不允許的（第五節(jié)中詳述介紹）。 3、出油閥減壓容積改變后，殘余壓力發(fā)生變化，會造成噴油延遲角和循環(huán)噴油量改變。所以，對于一定的噴油提前角和循環(huán)噴油量：減壓容積Vj變大時，x增大（因殘余壓力低），供油提前角應(yīng)適當(dāng)增大；而柱塞有效行程要相應(yīng)增大，以增大循環(huán)供油量。,減壓容積大小的選?。?與高壓油路容積和油管壓力峰值有關(guān) 總體上，高壓油路容積越大或油管壓力峰值越大

37、，減壓容積要相應(yīng)增大。 但是，油管壓力峰值與柴油機(jī)工況有關(guān)，如： 柴油機(jī)在高速、全負(fù)荷時噴油壓力很高（一般40MPa以上），需要較大的減壓容積； 在低怠速工況，噴油壓力明顯減?。ㄒ话?5MPa以下），需要較小的減壓容積； 但等容式減壓閥的減壓容積是不變的，減壓作用不是過小（照顧怠速時）-高速容易二次噴射，就是過度（照顧高速全負(fù)荷）-怠速柴油機(jī)供油不穩(wěn)定、穴蝕。 因此，高壓噴射用等容式出油閥不能滿足柴油機(jī)在各種工況下的工作要求，故出現(xiàn)了一些新型的出油閥。下面介紹阻尼出油閥和等壓出油閥。,阻尼出油閥如圖a所示，其特點(diǎn)： 在等容式出油閥上部，布置一阻尼 閥，該閥中間有直徑為dv的小孔（阻尼 孔）；

38、在壓油過程中，阻尼閥不起作用； 在回油過程中，阻尼閥落座（向下 ），使燃油通過阻尼孔控制燃油回流。 選用合適阻尼孔直徑dv ，可以防止 二次噴射的產(chǎn)生，兼顧高、低速性能。,不同阻尼孔直徑對噴油器 針閥的影響，如圖6-12所示。 可見，過大或過小的阻尼 孔均會造成針閥升程的二次升 起，只有合適的阻尼孔可以保 證正常針閥開啟。,等壓出油閥結(jié)構(gòu)如圖6-11b所示，其特點(diǎn)： 在出油閥內(nèi)，布置一彈簧、鋼球和節(jié)流 孔； 以一定彈簧預(yù)緊力封閉節(jié)流孔5 ，構(gòu)成 單向閥4。 在壓油過程中，單向閥關(guān)閉，節(jié)流孔不 起作用； 在回油過程中單向閥打開，當(dāng)出油閥3 落座后，燃油通過節(jié)流孔，可以控制燃油回 流量。 選擇合適

39、的節(jié)流孔尺寸，可以控制油管 內(nèi)殘余壓力值大小，從而避免或減弱等容出 油閥減壓容積較大而引起的壓力振蕩或波動。 其缺點(diǎn)是：出油閥直徑較大。,第四節(jié) 壓燃式內(nèi)燃機(jī)噴油器的結(jié)構(gòu)與參數(shù)選擇 噴油器是柴油機(jī)的一個關(guān)鍵部件，它直接影響到柴油機(jī)的設(shè)計(jì)指標(biāo)和使用性能。 噴油器結(jié)構(gòu)和參數(shù)影響到： 噴霧油束的質(zhì)量；-霧化 噴霧油束與燃燒室的配合；-混合 噴油規(guī)律和噴油壓力的變化。-柴油機(jī)性能 噴油器工作條件： 噴油器直接安裝在柴油機(jī)氣缸蓋上，噴油嘴頭部與高溫燃燒室接觸，工作條件極為苛刻。 噴油器工作可靠性： 實(shí)際使用過程中，噴油器故障率高，使發(fā)動機(jī)性能下降，甚至不能運(yùn)轉(zhuǎn)。 噴油器對柴油機(jī)性能影響的因素很多，包括結(jié)

40、構(gòu)上、制造質(zhì)量上、使用維護(hù)上等，這里著重結(jié)構(gòu)方面介紹。,一、噴油器的結(jié)構(gòu)型式 柴油機(jī)的噴油過程：利用噴油 器中往復(fù)運(yùn)動的針閥，開啟和關(guān)閉 高壓燃油的流通截面，使燃油向氣 缸內(nèi)噴射。 因此，噴油器運(yùn)動件質(zhì)量對噴 油過程有較大的影響。通常噴油器 運(yùn)動件包括彈簧、頂桿、針閥。 右圖是噴油器的結(jié)構(gòu)圖，其中： 圖6-13a為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是： 上置彈簧、頂桿長、質(zhì)量大，運(yùn)動 件質(zhì)量較大，針閥上升和下降時間 相對較長；,圖6-13b為下置彈簧的低慣量噴 油器，其特點(diǎn)是： 彈簧下置、頂桿短、質(zhì)量大大 減小，運(yùn)動件質(zhì)量較小，針閥上升 和下降速度快，有利于噴油過程的 改善。 一般對于n3000 r /min的

41、柴油 機(jī)，建議采用低慣量噴油器。 但低慣量噴油器彈簧外徑小， 機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力大，故對彈簧質(zhì) 量要求相對提高。,減小針閥運(yùn)動慣量的其它方法： 1、減少針閥直徑 為了進(jìn)一步減小運(yùn)動慣量，可以采用減小針閥直徑來進(jìn)一步減小噴油器運(yùn)動慣量。如， P系統(tǒng)噴油器-針閥直徑為4mm，比常用S系列噴油器（針閥直徑6mm）運(yùn)動件質(zhì)量減少了一半以上。 2、減小噴油器外徑 可以減小相應(yīng)的針閥直徑。也有利于增大氣門直徑和氣缸蓋鼻梁區(qū)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。,二、噴油器調(diào)整參數(shù)開啟壓力p0 下圖是一個噴油器針閥偶件結(jié)構(gòu)圖。 針閥由調(diào)壓彈簧緊壓在針閥體密封座面上，壓緊力 F 由預(yù)緊力和彈簧剛度來決定，燃油壓力作 用在針閥的（在盛油槽

42、內(nèi)）承壓 錐面上。 當(dāng)油壓達(dá)到開啟壓力 p0 時， 針閥上升而開啟。噴油器開啟壓 力p0 的計(jì)算公式為 （6-11） 式中，dn為針閥直徑； ds為針閥密封座面直徑。 盛油槽,壓緊力F,dn,ds,當(dāng)噴油接近結(jié)束時，盛油腔內(nèi)的油壓下降。針閥在彈簧壓緊力的作用下下行，針閥向下落座，噴油停止。 此時油壓稱之為噴油器的關(guān)閉壓力 ps，其計(jì)算式為 （6-12） 可見：當(dāng)壓緊力 F 不變時，噴油器開啟壓力p0要大于噴油器關(guān)閉壓力ps 。 因關(guān)閉壓力越接近開啟壓力，噴霧質(zhì)量越好。所以，減小密封座面直徑 ds 可以改善霧化質(zhì)量。 噴油器開啟壓力調(diào)整范圍： 在噴油系統(tǒng)參數(shù)一定時，噴油器開啟壓力決定了噴油系統(tǒng)的

43、油壓。p0越大，高壓油管內(nèi)峰值壓力pN越高，一般pN是p0的24倍。 對軸針式噴油器，開啟壓力p0在1215MPa； 對中、小功率柴油機(jī)用孔式噴油器，p0值為1825MPa； 對大功率柴油機(jī)用孔式噴油器，p0一般在30MPa以上。,三、噴油器噴孔面積和流通特性 噴油器噴孔面積大小與噴油器針閥開啟升程、噴油器結(jié)構(gòu)型式有關(guān)。 孔式噴油器最大噴孔截面取決于噴孔數(shù)目和噴孔直徑； 軸針式噴油器最大噴孔截面取決于最大升程和噴油器頭部形狀。 噴油器流通特性： 把噴孔流通面積與針閥升程的關(guān)系，稱之為噴油器的流通特性。 下圖6-14給出兩種不同噴油器的流通特性。,圖中折線為幾何流通特性（Ah）-根據(jù)噴油器幾何尺

44、寸計(jì)算出來的； 圖中曲線為試驗(yàn)流通 特性（Ah）-實(shí)際測 試出來的； 兩者比值是噴油器的 流量系數(shù)，它與密封錐 面結(jié)構(gòu)、噴孔加工質(zhì)量等 有關(guān)。 孔式噴油器針閥升程 （較?。┰?.20.45mm； 軸針式噴油器升程為 0.41.0mm。 一般在滿足噴油器流通截面前提下，應(yīng)盡可能減少針閥升程。因?yàn)獒橀y升程大，運(yùn)動件慣量對針閥體密封座面沖擊力也越大，使噴油器可靠性和壽命降低。,噴孔流通截面確定： 噴孔流通截面的大小主要取決于供油速率和發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)型式。 圖6-15給出了直噴柴油機(jī)噴 孔總面積與幾何供油速率的關(guān)系 （基本上成正比）。在幾何供油 速率一定條件下： 噴孔面積增大時，會使噴油 壓力降低，噴油速

45、率降低，噴油 持續(xù)期短，噴油霧化質(zhì)量變差； 但噴孔面積過小，噴油壓力 增高，易于產(chǎn)生不正常噴射（二 次噴射或產(chǎn)生穴蝕）。,可用下式來校驗(yàn)最大噴孔面積AZ（mm3)的大小，即 （6-13） 式中， n 為柴油機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min)； Vb為循環(huán)噴油量（mm3/循環(huán)），由式（6-7）計(jì)算； 為噴油器的流量系數(shù)，對于一般加工質(zhì)量的噴油器，=0.60.7； Wz 為噴孔處噴油平均流速（m/s），一般在200300m/s。 z為噴油持續(xù)角（CA），一般直噴柴油機(jī)為2025（CA），渦流室柴油機(jī)為2530（CA）；,最大噴孔面積Az確定后，對孔式噴油器噴孔直徑可以按下式計(jì)算 （6-14） 式中，i為噴孔數(shù)。

46、 噴孔直徑選用范圍： 對氣缸直徑D150mm、有進(jìn)氣渦流的直噴柴油機(jī)，噴孔數(shù)一般為45個，噴孔直徑在0.20.4mm之間； 對較大缸徑的柴油機(jī)，一般不組織進(jìn)氣渦流，噴孔數(shù) 6 12 個不 等 ； 對軸針式噴油器，一般噴孔直徑為0.81.5mm。,四、噴霧錐角及其噴油油束在燃燒室的分布 軸針式噴油器： 軸針式噴油器的油束與噴油器在同 一軸線上，所以，噴霧錐角由頭部形狀 決定，如圖6-16a所示。 軸針式噴油器軸針直徑、噴孔直徑 與軸針直徑之差值、噴孔與軸針的導(dǎo)向 長度、軸針頭部形狀都影響噴霧錐角。 油束方向,孔式噴油器： 孔式噴油器有多個油束，油束在燃燒室中分布對燃燒室中空氣利用有一定的影響（比

47、軸針式大）。 對于柴油機(jī)燃燒室，在氣缸軸向，燃油在活塞頂上的落點(diǎn)應(yīng)在同一高度。 各油束軸線形成一個錐體頂錐角，稱為油束的夾角（圖6-16b），此夾角一般在140160之間。 為了充分利用缸內(nèi)空氣，一般油束錐體下部包含的燃燒室容積與錐體上部到缸蓋底面包含的容積基本相當(dāng)。 油束夾角還與噴油器伸出氣缸蓋的高度有關(guān)，噴油器伸出高度一般為 24mm。,油束要求： 孔式噴油器的各噴射油束在活塞頂平面的投影位置，應(yīng)使油束與燃燒室內(nèi)空氣混合均勻，并與空氣渦流相適應(yīng)。 不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的燃燒系統(tǒng)，一般應(yīng)專門設(shè)計(jì)噴油器頭部參數(shù)，安裝時需對噴油器周向定位，確保設(shè)計(jì)的效果得以實(shí)現(xiàn)。 噴孔噴霧錐角： 孔式噴油器噴孔噴霧錐角

48、由噴孔直徑、噴孔壁厚、噴孔加工質(zhì)量等決定，其值一般為1530。,五、噴油器壓力室容積 噴油器針閥密封座面以下的容積與噴孔容積之和，稱之為壓力室容積。 噴油結(jié)束時，針閥落座關(guān)閉， 但壓力室中存有燃油，且此部分燃 油靠高溫蒸發(fā)在無噴射狀態(tài)下進(jìn)入 燃燒室內(nèi)燃燒，燃燒不完全，使經(jīng) 濟(jì)性、排放指標(biāo)變壞。 目前標(biāo)準(zhǔn)壓力室容積可以小到 2mm3以下，它主要對HC排放產(chǎn)生 影響，圖6-17是三種不同壓力室容 積油嘴的試驗(yàn)結(jié)果。可見，減少壓 力室容積，可以使HC排放大大降 低。圖中三種油嘴為：標(biāo)準(zhǔn)油嘴針閥；多錐面頭部結(jié)構(gòu)針閥，減小密封座面直徑（ds=22.5 mm ），可使壓力室容積控制在1mm3以下；無壓力室

49、噴油嘴（VCO）結(jié)構(gòu)針閥。,第五節(jié) 壓燃式內(nèi)燃機(jī)異常噴射現(xiàn)象和消除措施 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的異常噴射是一種不正常噴射現(xiàn)象，供油系統(tǒng)中高壓容積、高壓油管長度的存在，是產(chǎn)生各種異常噴射的根本原因。 柴油機(jī)特別是車用柴油機(jī)，經(jīng)常在面工況（轉(zhuǎn)速和負(fù)荷都在變化）下工作，所以，噴油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇既要考慮高速、大負(fù)荷工況時，又要考慮低怠速工況時，都能正常工作。 但兩者對某些結(jié)構(gòu)參數(shù)（如減壓容積等）的要求是矛盾的。在噴油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇不當(dāng)時，在某些工況下就可能會出現(xiàn)不正常噴射（通稱為異常噴射現(xiàn)象）。 異常噴射現(xiàn)象會造成柴油機(jī)如下不良后果： 性能惡化（如經(jīng)濟(jì)性下降、冒黑煙、排放差）；工作穩(wěn)定性變差（低速不穩(wěn)定、

50、游車）；零部件損壞（噴油嘴積碳、燒損；金屬表面穴蝕損壞）等。 為了消除不正常噴射現(xiàn)象，在噴油系統(tǒng)與柴油機(jī)匹配之前，應(yīng)進(jìn)行：在油泵臺上測試油管峰值壓力、針閥升程和噴油規(guī)律；進(jìn)行噴油過程模擬計(jì)算，計(jì)算結(jié)構(gòu)參數(shù)對噴油過程影響，優(yōu)化匹配方案。本節(jié)簡述主要常見的異常噴射現(xiàn)象，并介紹消除措施。,一、二次噴射 定義：二次噴射是指發(fā)生在主噴射結(jié)束之后，噴射終了針閥落座后又第二次開啟向氣缸內(nèi)噴油的現(xiàn)象。 二次噴射的后果： 二次噴射的燃油在較低壓力下噴入氣缸，霧化質(zhì)量差，燃燒不完全；燃油噴射偏離上止點(diǎn)附近，整個噴油持續(xù)時間延長，后燃嚴(yán)重，造成燃油消耗、排煙和排溫升高；發(fā)動機(jī)性能惡化，零部件過熱，噴孔甚至積碳、堵塞

51、。 因此，應(yīng)力爭消除任何工況下的二次噴射。 二次噴射出現(xiàn)的工況： 通常在柴油機(jī)大負(fù)荷、高速運(yùn)轉(zhuǎn)工況下出現(xiàn)。-循環(huán)供油量大、供油系統(tǒng)中的壓力大、波動幅度大。,判斷柴油機(jī)有無二次噴射的方法： 1、直接法-測量針閥升程（最可靠辦法），從針閥升程曲線看有無二次升起來。如下圖a實(shí)線所示。 2、間接法-測取油管嘴端壓力來間接判斷，從壓力曲線看有無二次較大峰值的壓力波產(chǎn)生。如下圖a虛線所示。但由于嘴端測點(diǎn)至盛油槽有一段油路，存在壓力波傳播和反射，在相位、峰值上，油管嘴端壓力不等于盛油槽內(nèi)的壓力，兩者存在著一定差異。 3、外觀推 測法-從柴油 機(jī)外觀推測， 如燃油消耗過 大、排溫高、 油嘴積碳等。 可能是二次

52、噴 射所引起。,二次噴射產(chǎn)生的原因：-兩者缺一不可 在高壓作用下，燃油可壓縮性； 在高壓油路中，燃油壓力波傳播與反射。 二次噴射產(chǎn)生的過程：（噴油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)匹配不當(dāng)時） 當(dāng)主噴射期柱塞供油結(jié)束，出油閥落座，高壓油路的燃油回流，從油泵柱塞向噴油器段傳出一膨脹波； 當(dāng)膨脹壓力波傳到噴油嘴端時，針閥落座，主噴射結(jié)束。這時燃油流回出油閥緊帽； -具有一定的回油速度 因出油閥已經(jīng)落座，油泵端壓力由于回油速度的滯止而上升，此壓力波再次傳到噴油嘴端； 當(dāng)盛油槽內(nèi)壓力峰值超過噴油器開啟壓力時，針閥二次開啟，向氣缸內(nèi)噴油，形成二次噴射。,消除二次噴射的主要方法： 1）適當(dāng)增大減壓容積（等 容出油閥的）和適當(dāng)減

53、小供油 系統(tǒng)高壓容積 如縮短高壓油管長度、減小 高壓油管內(nèi)徑、減小出油閥緊帽 腔容積等等。 目的在于：在一定油管峰值 壓力下，出油閥減壓容積與高壓 油路容積有一個合適的比值，限 制主噴射后壓力波傳播和反射的 峰值。圖6-18是一例證。 有二次噴射-高壓容積大 無二次噴射-高壓容積小,2）適當(dāng)增大噴孔總面積（保證噴霧質(zhì)量前提） 可使噴油速度加快，從而將油管峰值壓力有所下降。 3）增大出油閥開啟壓力和彈簧剛度 開啟壓力增大，使原本由于進(jìn)油孔節(jié)流可以進(jìn)入高壓油管的附加油量減少，從而每循環(huán)供油量減少，油管內(nèi)最高壓力減??； 彈簧剛度增大，可使出油閥落座速度加快，兩者都有助于二次噴射的消除。 4）采用一些

54、新型的出油閥結(jié)構(gòu) 對于油管壓力峰值較高的噴油系統(tǒng)（如 pN 80MPa），上述措施難以優(yōu)化柴油機(jī)綜合性能，可以考慮采用等壓出油閥或阻尼出油閥等結(jié)構(gòu)。,二、穴蝕 供油系統(tǒng)穴蝕發(fā)生的機(jī)理與水冷柴油機(jī)缸套穴蝕是一樣的。都是系統(tǒng)中出現(xiàn)低壓，形成氣泡和氣泡爆炸所致，造成穴蝕破壞。 穴蝕破壞可以在高壓系統(tǒng)（高壓油管、針閥座面）中發(fā)生，也可以在低壓系統(tǒng)（柱塞、回油孔）中發(fā)生，這里討論高壓系統(tǒng)。 穴蝕產(chǎn)生過程： 在高壓油路中，如果測試的油壓出現(xiàn)零時，可能會出現(xiàn)零壓或真空； 當(dāng)油壓突降到相應(yīng)溫度飽和蒸氣壓（13kPa）時，高壓油路中會產(chǎn)生燃油蒸氣泡； 因噴油過程的壓力是變動的，當(dāng)油壓達(dá)到一定值時，氣泡破裂； 氣

55、泡連續(xù)產(chǎn)生和破裂過程會造成能量驟變，若能量達(dá)一定數(shù)值，對金屬表面形成沖擊而導(dǎo)致疲勞損壞，稱為穴蝕現(xiàn)象。 中、小功率柴油機(jī)的高壓油路中殘壓常常為零，甚至真空，但不一定都產(chǎn)生穴蝕；反過來穴蝕一定是由氣泡潰滅過程產(chǎn)生。,消除穴蝕的措施： 實(shí)驗(yàn)和理論分析表明，出油閥減壓速度過大以及噴孔面積過大，是引起穴蝕的 主要原因。但減小減壓速度和噴孔面積，又會引起二次噴射。 所以，消除二次噴射的措施往往會促成穴蝕破壞發(fā)生。因此，采取一些消除二次噴射措施的同時，應(yīng)合理選擇參數(shù)，防止穴蝕發(fā)生，這在高壓噴射中需特別注意。 綜合防止二次噴射和穴蝕的措施： 關(guān)鍵在于噴孔流通截面與高壓油管截面積的匹配，在一定的面積比條件下，

56、選擇出油閥合適的減壓速度是至關(guān)重要的。 近年來，在大功率柴油機(jī)上發(fā)展的各種特殊的出油閥，基本思想就是合理控制減壓速度或回油速度。 如前面介紹的等壓出油閥，沒有減壓帶，回油速度由單向閥和彈簧控制，殘余壓力不受供油量和轉(zhuǎn)速影響，可以避免穴蝕。 另外，有一種帶節(jié)流尾部（下部配一孔）的出油閥，在下降過程中，初期斷油干脆，后期由于節(jié)流作用下降緩慢，使高壓油管壓力不會減壓過大引起穴蝕。,三、不穩(wěn)定噴射 在柴油機(jī)噴油過程中，對于一固定的油門拉桿（或齒桿）位置和噴油泵轉(zhuǎn)速，理論上每循環(huán)噴油量應(yīng)是恒定的。 在正常噴油過程中，每循環(huán)噴油量基本不變。 但在某些工況（特別是低怠速、很小供油量），如果結(jié)構(gòu)參數(shù)匹配不當(dāng)，

57、循環(huán)供油量就會不斷變動，各循環(huán)噴油規(guī)律也有差異，這種現(xiàn)象稱為不穩(wěn)定噴射（不規(guī)則噴射）。-沒有規(guī)律 不穩(wěn)定噴射的判定： 實(shí)際測量針閥升程、噴油規(guī)律就可以明顯判定是否出現(xiàn)不穩(wěn)定噴射。如針閥開啟不足，針閥跳動無一定規(guī)律，就會造成每循環(huán)噴油量的變動。 不穩(wěn)定噴射的極端情況就是隔次噴射（兩次供油、只有一次噴油）-運(yùn)轉(zhuǎn)極不穩(wěn)定，工作粗暴，有兩個殘余壓力交替出現(xiàn)，從而伴隨著循環(huán)供油量的交替變化。-小油量 不穩(wěn)定噴射的另一種極端情況就是斷續(xù)噴射（針閥在噴射期間周期性跳動）小轉(zhuǎn)速-與噴油器針閥靜態(tài)特性曲線有關(guān)，不再深入討論。,造成不穩(wěn)定噴射的原因： 為了提高高速、大負(fù)荷時的噴油速率，通常采用高噴射壓力； 為了防止二次噴射，通常采用較大出油閥減壓容積； 在低怠速工況時，由于循環(huán)供 油量少，柱塞有效供油行程小，漏 油增多，使高壓油路中的油壓較低； 加上高壓油路中減壓過度，燃 油有一定壓縮