柴油机新型燃油分配泵结构设计说明书毕业论文.doc

辽宁工程技术大学毕业设计（论文）11绪言柴油机自问世以来，就以其高效、节能等优点而在车用动力中占有非常重要的地位。特别是近些年来，柴油机的应用有逐渐扩大的趋势。这主要是因为，世界性能源危机及汽车污染的日益严重，人们对发动机的节能和排放提出了更高的要求。柴油机与汽油机相比，在节油和HC、CO、2CO排放方面都具有明显的优势。因此，目前美国、日本、欧洲等发达国家在中重型载重汽车中已全部柴油机化，而且近年来在轻型车和轿车上的应用上也呈逐年递增的趋势。1988年欧洲柴油机轿车的销售量占轿车销售总量的15，到1998年已经上升到25，2003年已经超过32，专家预测到2012年将超过50。因此说，未来汽车的发展呈柴油机化的趋势日趋明朗。但是，柴油机也有许多自身的弱点在制约着它进一步的发展，除了比质量大，成本和价格高，噪声和振动大外，其有害排放物xNO和微粒的排放也居高不下，特别是随着近年来世界范围内的排放法规逐年严格，这一问题更显突出。柴油机的主要有害排放物HC、CO的排放量相对较少，一般来说不用刻意控制就都会满足现有的法规，但柴油机最大的排放难题来自xNO和微粒，而且它们的特殊折中问题给整体降低柴油机的排放带来了难度。如何兼顾燃油经济性，同时降低xNO和微粒，以满足日益严格的排放法规要求，已经是关系到未来柴油机发展的关键问题。因此，开发新技术、新手段，深入解决柴油机排放问题，是近期柴油机领域的主要工作。1.1降低柴油机排放的途径和方法汽车排放法规经历了几十年的发展，形成了以欧、美、日为主的三大汽车排放体系。排放法规的制定主要是依据汽车排放控制技术的发展现状及潜力，同时，汽车排放法规的实施，又促进了相应控制技术的发展和应用。柴油机燃烧过程的好坏和整机性能的优劣，主要决定于喷油系统、进气系统和燃烧室结构三者之间的匹配。其中，喷油系统是最重要的因素。实践证明，在直接影响发动机性能的燃烧过程中，燃油的雾化扩散、油气混合、着火燃烧放热、碳烟和废气有害成分的形成以及振动和噪声等等都与喷油系统密切相关，喷油系统的优劣将决定柴油机整机的性能。作为保障高压喷油的核心部件，传统的机械式燃油喷射系统存在着严重的缺陷和不足：喷油泵的脉动式供油方式导致进一步提高柴油喷射压力受到限制；复杂的机械式调速器和供油提前装置使油量调节受到影响，提前供油受到限制，这些都会造成动力性和经济性下李胜超：柴油机新型燃油分配泵结构设计2降以及排放、噪声和耐久性受到影响。电控喷油泵的提出实现了喷油、调速和正时的最优控制，进而改善了混合气的形成和燃烧，提高了发动机的经济性、动力性和排放性。柴油机电控燃油喷射系统取代机械式供油系统已呈必然趋势。1.2国外电控分配泵的发展现状国外对柴油机电控喷油泵的研究始于20世纪70年代。1967年，德国Bosch公司开始批量生产用进气管绝对压力控制空燃比的DJetronic模拟式电子控制汽油喷射系统，装备在大众汽车公司生产的VW21600型轿车上，开创了汽油喷射系统电子控制新时代。在短短的20年内，汽油机电控技术已相当成熟。柴油机电子控制的研究比汽油机晚20年的时间,但是汽油机电控技术促进了柴油机电控技术的发展，从上世纪80年代开始，柴油机的电控技术得到了迅速发展。目前已有多种形式的电控柴油喷射系统装车使用，较成熟的电控燃油喷射产品在国外车用柴油机中得到了广泛应用。仅1993年统计，德国Bosch公司的电控分配泵和电控直列泵在市场上已超25万台，美国底特律柴油机公司DDEC电控泵喷嘴系统已有10万多台投放市场，日本的Zexel公司可变预行程的TICS直列泵已达2万多台，其中绝大部分是电控的。柴油机电控分配泵发展至今已先后推出了三代产品，即位置控制式、时间控制式和压力时间式1。第一代位置控制式电控分配泵在不改变传统喷油系统结构的基础上，用电控调速器来代替原有的机械式调速器，对齿条或滑套位置予以控制，从而对油量进行调节，并通过电控液压提前器代替传统的机械或液压式提前器来实现喷油正时的控制，提高控制精度和响应速度，是电控柴油机开发的早期产品。位置式电控系统无须对柴油机的结构进行改动，生产继承性好，便于对现有机型进行技术改造，在分配泵和直列泵上都可以实现。其缺点是因为采用模拟量进行控制，频率响应慢，控制自由度小，精度差，而且喷油率和喷油压力难于控制，也不能改变传统喷油系统所固有的喷射特性。第二代时间控制式电控喷油系统取消了传统的喷油机构，采用高速强力电磁阀直接控制高压燃油的通断，高速电磁阀的开启和关闭时间决定喷油量的大小和喷油时刻。时间控制式电控系统采用数字量控制，具有一定的喷油率控制能力。但由于仍沿用脉冲高压供油原理，喷油压力难以控制。同时要求高速电磁阀有良好的响应和可靠性，制造难度大。在传统的机械分配泵、单体泵、泵喷嘴等基础上都可以实现时间式控制系统。辽宁工程技术大学毕业设计（论文）3第三代电控喷油系统是时间压力式控制系统，它改变了传统喷油系统的结构，不再采用柱塞泵脉动供油原理，而是利用高压共轨或共轨蓄压和液力增压形式获得高压，通过连续调节共轨压力来控制喷射压力，利用电磁阀控制喷射过程，喷油量的大小由喷油时间和共轨压力共同决定。由于共轨式喷油系统喷射压力不受柴油机转速和喷油量的影响，而且喷油量、喷油压力、喷油速率都可以由ECU灵活控制，从而将高压喷射与电子控制完美的结合起来，实现了喷油系统的全电子控制，目前已成为柴油机电控喷油系统研究领域的重要课题与发展趋势2。1.3国内电控分配泵的现状及研究的意义我国的柴油机电控技术起步较晚，自20世纪80年代中期以后，许多科研单位和院校相继开展了这方面的研究工作，并取得了一定成果：在位置控制系统方面，国内进行了较多的研究，如：长春汽车研究所对直列泵的可变预行程控制进行了研究，实现了对CA6110系列柴油机的调速控制；北京理工大学用电磁阀通过液压伺服机构来驱动齿条实现了直列泵的喷油量控制，并对样机进行过试验；东汽公司在CUMMINS6BT上进行的基于调节齿杆位置控制油量的调速器系统也取得了一定成效。在时间控制系统方面，黄家裕等人开发的节流式喷油器，是我国最早研制的时间控制式电控系统，并进行了试验；清华大学研制的电控直列泵管阀嘴喷油系统，采用自主研发的高速电磁阀放置在油路上控制喷油正时和喷油量，从而实现了对柴油机喷油正时、喷油量、喷油速率和喷油压力的优化控制。在共轨方面，我国许多单位近年来也进行了研究并取得了一定成就：天津大学的中压共轨式系统，采用双蓄压室和喷油规律控制阀的电液控制共轨式单体喷油器，实现了预喷射和快速停油功能；无锡油泵油嘴研究所针对6110型柴油机开发了中压共轨畜压式喷油系统；上海交通大学的共轨系统应用在玉柴6112柴油机上也取得了不错的效果；大连理工大学、贵州柴油机厂以及山东工业大学也做了相应的工作。我们应该同时看到，我国的柴油机电控喷射系统还远没有达到产品化和产业化的水平，距离国外的先进水平和技术还很远，我们应该借鉴国外先进的技术，从实际出发，逐步发展，提高柴油机产品的国际竞争力。随着用于轻型车、轿车的小型高速柴油机的发展,与之相适应的分配泵得以迅速发展起来,其中以单柱塞式的VE型分配泵的应用最为广泛。VE型分配泵已占有小型高速车用李胜超：柴油机新型燃油分配泵结构设计4柴油机配套喷油泵市场的绝对优势。目前,国内采用高速柴油机的轻型车发展迅速,对VE分配泵有着迫切的需求。为了满足高速柴油机的性能需要,提高分配泵的性能已成为厂家所追求的主要目标。采用电控技术是提高分配泵性能的有效措施。在电控系统中,喷油量和喷油定时的综合优化控制可以有效地改善排放。采用电控可根据各种需要进行喷油量和喷油定时的控制,这样可以取消原机械式分配泵为提高性能而安装的几乎所有附加装置,使得结构大大简化和小型化。电子控制技术的另一个最重要的特点是灵活性和适应性,可以方便地与各种柴油机实现良好匹配。这些都对于VE型分配泵的推广应用具有重要意义。因此,进行分配泵电控系统的研究是适应燃油喷射系统发展的趋势,对于提高汽车用高速柴油机性能、满足社会需要具有重要的意义。