毕业论文-6100Q型双燃料压燃式发动机柴油供给系统设计.doc

毕业设计（论文）说明书学 院： 机电工程学院 专业年级： 学生姓名: 学 号: 设计(论文)题目： 6100Q型双燃料压燃式发动机柴油供给系统设计起 迄 日 期: 指 导 教 师: 教授 教研室负责人: 教授 日期: 2015年 月 日1毕业设计（论文）题目：6100Q型双燃料压燃式发动机柴油供给系统设计2本毕业设计（论文）课题的目的：通过完成本次毕业设计，达到了解压燃式发动机的结构和压燃式发动机的整体设计方法，掌握压燃式发动机供油系统设计设计的理论分析及其设计方法，掌握一般机械结构的设计方法和公差配合的应用方法。 3本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术参数、工作要求等）：一、课题任务的内容1、 完成6100Q型双燃料压燃式发动机柴油供给系统设计。2、 完成6100Q型双燃料压燃式发动机柴油供给系统设计图纸和部分零部件的图纸。3、 完成6100Q型双燃料压燃式发动机柴油供给系统设计计算。 二、课题任务的要求1、6100Q型双燃料压燃式发动机柴油供给系统设计图。2、完成6100Q型双燃料压燃式发动机柴油供给系统设计零部件图。3、6100Q型双燃料压燃式发动机柴油供给系统设计说明书。 三、参数（柴油机手册58页）1、缸径：100MM 行程：120MM。缸心距130MM；连杆长度216MM。2、标定功率：110PS2800R/ MIN 平均有效压力6.26KG/C（最大功率下）。4课题的成果要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等：1、总图纸量不少于：0号图1张；折合图纸总量不少于3张0号图。设计说明书要求15000字符30页纸以上，采用WORD软件进行文字处理。2、 完成设计任务书：对设计依据，即课题来源、设计方案（工艺方案）选择、设计计算、计算数据，调查数据的处理和分析要有详细说明，引用数据必须真实可信、设计参数确认、技术经济分析必须详实可靠。3、 设计说明书要求中英文摘要200-300字,引用外文文献5篇以上,中文文献15篇以上的参考资料。4、 与课题相关的英文翻译4000-5000字。5、 设计说明书以及附件必须装订成册（装订顺序：.资料清单目录；.设计说明书；.译文（英文.中文）；.任务书；.指导书；.开题报告；.实习报告；.评阅书）。图纸单独装订，并交电子文档。 5课题完成步骤和方法（收集资料或采集数据的方法和地点，分析技术，制作技巧，设计使用的工具等）：1、 研读指定的参考文献。2、 通过网络和图书馆查找相关资料。3、 熟悉机械设计手册，读懂并熟悉机械零件的基本结构和公差配合的选用方法。4、 完全读相关发动机的图纸。5、 在老师指导下开始设计。目录1 燃油系统的组成和要求51.1 燃油供给系统的分类51.2 燃油供给系统的基本性能指标51.3 燃油供给系统组成51.4 燃油供给系统的基本功用及要求62 供油系统总体参数设计72.1每循环油量72.1.1标定工况喷油量72.1.2标定工况供油量82.1.3供油量的变化范围82.2各缸喷油量不均匀度82.3喷油延迟时间和供油提前角92.3.1喷油延迟时间92.3.2供油提前角102.4喷油延续时间112.5喷雾特性122.6喷油规律132.7喷射的稳定性132.8喷油特性152.9速度特性162.10使用寿命173 柴油机的工作过程计算193.1原始参数及已知条件193.2热力分析选取参数193.3热力分析计算参数204 油泵设计224.1喷油泵选定224.1.1柱塞直径的确定224.1.2柱塞升程244.1.3喷油泵凸轮从动轮274.1.4柱塞偶件364.1.5出油阀偶件384.2喷油泵参数405 喷油器设计415.1喷油器结构415.2喷油嘴结构435.2.1开式喷油嘴445.2.2闭式喷油嘴445.3喷油嘴特性455.3.1流通特性455.3.2液力特性465.3.3使用特性485.4喷油嘴设计485.4.1喷孔总流通截面积485.4.2喷孔495.4.3密封座面505.4.4压力室515.4.5针阀升程515.4.6喷油器调压弹簧525.4.7喷油器设计的其他问题535.5喷油嘴参数566 供油系统其他零部件设计综述576.1输油泵设计576.2高压油管587 供油系统的主要测试设备61谢 辞63 1 燃油系统的组成和要求1.1 燃油供给系统的分类燃油供给系统在柴油机发展的过程中经历了长期演变，出现了各种不同的类型。现代柴油机主要采用机械喷射系统，其中以喷油泵与喷油器用高压油管连接，泵油柱塞定行程、溢流孔调节或节流调节的泵控式燃油供给系统广泛应用。此外，也采用了喷油泵与喷油嘴制造为一体的泵喷嘴系统。近年来出现了某些新型的供油系统，如高压燃油共轨喷射系统。1.2 燃油供给系统的基本性能指标燃油供给系统的基本性能指标是：1 每缸每工作循环的喷油量、供油系数、供油量及其变化范围；2 各缸喷油量的不均匀度；3 喷油延续时间、最佳供油提前角、喷油提前角；4喷油延续时间；5 燃油喷雾特性；6 喷油规律；7 喷油稳定性；8 供油特性；9 速度特性；10 使用寿命。1.3 燃油供给系统组成 柴油机燃油供给系统的组成一般由燃油箱、低压输油泵、滤清器、高压喷油泵、喷油器以及中间连接的低压油管和高压油管等重要部件组成（图1-1） 图1-1 燃油系统的组成1-油箱 2-分配开关 3-加温装置 4-手动输油泵 5-粗滤清器 6-低压输油泵 7-精滤清器8-喷油泵 9-喷油器 10-放气装置 11-喷油井 12-溢流管 13-低压油管 14高压油管1.4 燃油供给系统的基本功用及要求燃油供给系统应该按照柴油机的工作需要，将适量的燃油、在适当的时候以适当的空间状态喷入燃烧室，造成混合气形成与燃烧最有利的条件，以实现柴油机在功率、扭矩、转速、油耗、噪声、排污以及启动和怠速等方面的要求。燃油供给系统的设计应力求做到：（1） 正确计量供油，并保持各个气缸油量均匀和各循环油量稳定。（2） 保证合适的喷射正时。（3） 喷雾特性与燃烧室配合良好，油束的雾化、分散、分布和贯穿适度。（4） 喷油规律同混合气形成与燃烧过程配合良好，取得合适的燃烧速率、压力增长率和最高爆发力。（5） 供油设备工作可靠、使用寿命长、结构简单、紧凑、零件工艺性好、维修保养容易。 2 供油系统总体参数设计 燃油供给系统的基本性能指标是：（1）每缸每工作循环的喷油量、供油系数、供油量及其变化范围；（2）各缸喷油量的不均匀度；（3）喷油延迟时间、最佳供油提前角和喷油提前角；（4）喷油延续时间2.1每循环油量 2.1.1标定工况喷油量根据公式平均有效压力（kgf/cm2）每缸标定功率（PS）每缸排量（L）比油耗（g/PSh）标定工况凸轮轴转速（rpm）燃油比重（g/cm2）考虑中短期超载，油耗率增 加等因素，设计油量应为1.21.3=51.582.1.2标定工况供油量可用综合综合近似计算法求得，式中供油系数为喷油嘴的喷油量与喷油泵的几何供油量之比。根据上图，因为缸径100mm，所以选取柱塞直径=8mm，再确定=0.75=51.58/0.75=68.772.1.3供油量的变化范围 油量的变化范围取决于柴油机工作负荷的变化范围。从怠速到标定功率间每循环油量变化一般为1:41:5。起动油量（启动加浓）约为全负荷油量的1.32.0倍（平均为1.5倍左右）。2.2各缸喷油量不均匀度 多缸机各缸喷油量的最大值与最小值之差与平均值的百分比称为喷油量不均匀度。可用下式表示。 此值直接影响发动机运转稳定性，必须加以控制。 按一机部标准NJ30-74规定，多缸喷油泵在标定工况时，经调整后不均匀度不大于3%；空负荷最低转速时212缸不均匀度顺次不大于2045%。 各缸喷油量的不均匀度不仅取决于喷油泵本身，而且还受喷油嘴、高压油管和喷油泵驱动机构等影响。此外，由于喷油泵制造公差，即使全负荷时达到均匀，而在部分负荷和怠速时也会引起不均匀度增加。因此设计时应考虑对这些因素的控制。 2.3喷油延迟时间和供油提前角2.3.1喷油延迟时间从喷油泵柱塞关闭进油孔的瞬时到喷油嘴开始的瞬时之间的时间间隔称为喷油延迟时间，以角度表示时称为喷油延迟角。1） 从柱塞压油开始到出油阀离开阀座的时间t12） 填补前次喷射终了时减压作用和“空泡”所需时间t23） 压力波从油泵到油嘴，在高压油管中以声速传播的时间t34） 从压力波到达油嘴开始，至针阀开始上升所欲要的时间t4 t=t1+t2+t3+t4喷油延迟时间一般以柴油机曲轴转角来表示：=6nt（A）可见喷油延迟角与转速成正比。 喷油延迟角用计算的方法获得是比较困难的，因此常用实验来确定，如上图所示。2.3.2供油提前角喷油泵的供油始点、喷油嘴的喷油始点和气缸内的燃烧始点前后顺序进行的时间，在混合气形成方法不同的柴油机之间互不相同，即使同类型燃烧系统能够的不同柴油机之间也是有差异的。 2.4喷油延续时间喷油始点到喷油终点之间的时间称为喷油延续时间。它直接影响柴油机的动力性、经济性以及噪声和排烟等。喷油延续角一般在1635之间。几何供油延续角（以凸轮转角计）与喷油延续角（以曲轴转角计）之间的大致关系，在喷油泵高压油管喷油嘴系统中为：（凸轮转角）其中i为系数，当四冲程柴油机曲轴与油泵凸轮轴转速比为2时，i=22.5喷雾特性为了保证在燃烧室内形成最有利的油雾空间分布，喷油系统将燃油以100500kgf/cm2，甚至高达1500kgf/cm2的高压在柴油机压缩行程后期喷入3050大气压，500700的空气中。在发动机工作条件下直接进行喷雾特性的全面测定是很困难的，一般可以用经过简化的分项测试法在专用设备上进行测试。但由于实际燃烧室内油粒受热蒸发和燃烧以及气流影响，油束的空间状态与分项测试结果有显著不同，故仅分析对比时参考。为了对油束进行宏观和微观了解，并对喷雾质量进行评估，可按照下列几项进行分析：1平均粒度以油粒的直径表示，反应油雾的细微程度。2粒度分布设粒径为x，粒数为n，则为粒度分布曲线或频率曲线如下图所示，可由实验结果绘制，粒度分布也可由数学式表示。 柴油机的燃烧过程是逐步进行的，应避免油束中的油粒同时着火引起过高的压力增长率和最高爆发压力。要求油雾中含有引燃用的细小微粒和随后燃烧的较大油粒，而不像汽油那样追求油雾粒度细微均匀。3分散度表示油束向空间扩展的广度和油束内部的油粒分散密度。燃油在高压下流过喷孔，最初呈圆柱状，离开喷孔一定距离后油株分裂成细滴并形成圆锥状油束。4贯穿度贯穿度表示油束射程随时间的变化，它的大小对混合气形成有直接的影响。2.6喷油规律 喷油规律指每次喷油过程中喷油速率随时间变化的规律。喷油速率系指喷油过程中单位时间或转角的喷油量，可用下式表示： 或每次喷油过程中喷油量Q与喷油速率Q、喷油延续角之间的关系为： 喷油规律图可把上述相互关系形象地表现出来。2.7喷射的稳定性 每一缸内各循环之间燃油喷射稳定程度对柴油机的运转有重要影响。1稳定喷射稳定喷射基本条件是每循环的残余压力一定，稳定喷射分为正常喷射和异常喷射。正常喷射如下图a所示，正常喷射又称单波稳定喷射。 2不稳定喷射不稳定喷射主要是由各循环残余压力不同或“空泡”现象所引起，可分为不齐喷射、不同喷射和间隔喷射。1） 不齐喷射：鱿鱼残余压力周期性变化，造成喷油压力和针阀升程相应改变，从而使燃烧过程也发生周期性变化。2） 不同喷射：残余压力的变化无规律性或即使残余压力不变而因系统内产生“恐怕”而造成。上述两种喷射按波形不同可统称为单波或双波不稳喷射。3） 间隔喷射：由于严重的不齐喷射或不同喷射引起喷油和不喷油的现象循环交替出现，可造成柴油机严重的运转不稳定。3稳定区域的确定燃油供给系统应该保证在柴油机工作范围内提供正常喷射，并力求不稳定喷射区域尽可能小，以便扩大供油系统的适应范围。 4最小喷油量燃油供给系统所能调整和控制的最小喷油量与柱塞速度等有关，若设计不当，就会出现不稳定喷射现象。在低转速情况下，系统内燃油近乎静态压缩，实现平稳喷射的最小油量作为弹性体积存在于高压系统总容积中，其极限值用下式表示：V高压系统总容积（）E燃油弹性模数，可取阀座直径（cm）针阀直径（cm）针阀开启压力针阀关闭压力2.8喷油特性 在给定转速下，每循环喷油量与喷油泵调节杆位移的关系曲线称为喷油特性。 喷油特性是喷油泵与调速器配合的重要依据，并与调速性能有密切关系。在供油特性图上，可以看出由怠速到全负荷的齿杆位移，供油始点前的空位移和停油位置。由图可见柱塞式喷油泵调节杆的停油点与转速有关，随转速增加停油点向零点移动。供油特性曲线的不规则现象有时会在调节杆小位移段出现，可能出现柴油机怠速不稳。 2.9速度特性 调节杆位置固定，喷油量与速度的关系曲线即为供油系统的速度特性。速度特性与充量特性都是影响发动机扭矩特性的因素，当发动机对扭矩储备有一定要求时，尤其是转速较低的发动机如拖拉机和工程机械发动机，就希望循环供油量随转速降低。但常见的滑阀式喷油泵额特性恰好与上诉要求相反，随转速下降，供油量减少，如下图所示：通过改变各种关系的因素，可适当改善这一缺陷，最常用的方法是附加校正机构，如下图所示： 2.10使用寿命使用寿命是指产品出场后遵照使用书名书规定进行操作和维护可以达到的有效使用期限。共有设备的寿命取决于设计水平、制造质量和使用条件。为保证柴油机经济、可靠和耐久的使用，必须注意不断提高供油设备的使用寿命，尤其是喷油嘴、喷油泵及其精密偶件的寿命。3 柴油机的工作过程计算3.1原始参数及已知条件（1）柴油机型号：6100Q型柴油机（2）燃烧室形式：预燃式（3）增压方式：非增压（4）冲程数=4（5）标定功率：100PS2800R/ MIN（6）气缸数i=6（7）气缸直径D=100mm（8）行程S=120mm（9）平均有效压力6.26KG/（最大功率下）（10）缸心距Dd=130mm（11）连杆长度L=216mm（12）压缩比=7（13）燃料重量成分：0.86C 0.13H 0.01O（14）燃料低热值=2500KJ/kg（15）环境压力=0.1MPa（16）环境温度=298K（17）静态供油提前角（以曲轴转角计）：上止点只有3.2热力分析选取参数（1）最高爆发压力=7.8MPa（2）过量空气系数=1.4（3）排气温度=800K（4）压缩多变系数n1=1.36（5）膨胀多变系数n2=1.29（6）热量利用系数=0.83（7）示工图丰满系数=0.95（8）机械效率=0.87（9）压缩始点压力：=0.95=0.95x0.1=0.095MPa3.3热力分析计算参数（1）气缸工作容积：= 0.94L（2）压缩终点容积：=0.16L（3）燃烧一公斤燃料理论所需空气量：（4）进气充量公斤摩尔数：=a=0.496x1.4=0.694kmol/kg（5）实燃烧产物公斤摩尔数：=0.726kmol/kg（6）理论分子变更系数：（7）实际分子变更系数：（8）进气系统温度：（9）压缩始点温度：（10）充量系数：（11）压缩终点压力：（12）压缩终点温度：（13）压力升高比：（14）定容燃烧终点温度：（15）初期膨胀比：（16）燃烧终点气缸容积：（17）膨胀终点温度：=1232K（18）理论平均指示压力：=1.089MPa（19）实际平均指示压力：（20）平均有效压力：（21）指示热效率：0.37（22）有效热效率：（23）有效燃油消耗率：202g/kgh4 油泵设计 喷油泵是柴油供给系统中最重要的零件，它的性能和质量对柴油机影响极大。1. 功用：提高柴油压力，按照发动机的工作顺序，负荷大小，定时定量地向喷油器输送高压柴油。2. 要求： 1）泵油压力要保证喷射压力和雾化质量的要求。 2）供油量应符合柴油机工作所需的精确数量。 3）保证按柴油机的工作顺序，在规定的时间内准确供油。 4）供油量和供油时间可调整，并保证各缸供油均匀。 5）供油规律应保证柴油燃烧安全。 6）供油开始和结束，动作敏捷，断油干脆，避免滴油。3. 类型：车用柴油机的喷油泵按其工作原理不同可分为柱塞式喷油泵、喷油泵喷油器和转子分配式喷油泵三类。4.1喷油泵选定由上图可初步选定喷油泵初步系列代号为：A、I、II喷油泵基本尺寸和型号确定的大致步骤是：求喷油量、供油量或者供油速率；2、选定柱塞直径；3、确定柱塞升程；4、选定喷油泵型号；5、验证。4.1.1柱塞直径的确定1、 按照喷油量选择柱塞直径 根据上图，因为缸径100mm，所以选取柱塞直径=8mm2、 按照柴油机升供油率T计算柱塞直径 已知柴油机每缸排量为0.94L，由上图可取升供油率T=16喷油泵代号选A，=0.307=所以喷油泵柱塞直径=8mm4.1.2柱塞升程 1、几何有效升程已知几何供油量=68.77，柱塞直径=8mm=1.274/=1.37mm 2、全升程H=5.00mm 3、列线图标 按照柴油机的基本计算公式和喷油泵的性能，工作能力范围可绘制列线图，从而可用图解法来进行初步选型。如下图所示4、 对供油压力的初步考虑供油设计应按照柴油机燃烧系统所需要的供油速率供油，因而需要喷油泵提供一定的供油压力。设计时应注意最大供油压力应在喷油泵允许范围之内。1）不同燃烧系统所需的供油速率与最大喷油压力如图所示，分隔式燃烧室柴油机和油膜混合过程（M过程）柴油机的喷油压力较低；无涡流或低涡流直接喷射式柴油机的喷油压力较高。2） 喷油泵允许的最大峰值压力一般柱塞式喷油泵允许的峰值压力为400600kgf/，可满足一般非涡轮增压柴油机的需要。随着柴油机强化程度提高，因而需要采用强化泵。现代高强化型单体泵允许的峰值压力可达11001500kgf/，合成泵也可达8001300kgf/。波许喷油泵允许的最大压力范围如下图。 4.1.3喷油泵凸轮从动轮喷油泵凸轮尤其是凸轮型线设计为喷油泵设计中的关键问题之一。凸轮与从动件（一般为滚轮挺住体）是一对密切相关的配合件。凸轮型线规定了柱塞的运动和规律，它对供油启动时间、供油压力、供油规律、油泵工作容量以及最高转速有决定作用。凸轮的主要特性是凸轮升程、速度和速度和加速度与凸轮转角的关系。1、 喷油泵凸轮种类及工作段的选择1）凸轮种类凸轮轮廓可分为三种基本形式：凸面凸轮、切线凸轮和凹面凸轮。此外还有上述型面混合组成的多圆弧凸轮和函数凸轮等目前高速柴油机普遍采用切线凸轮（包括切线单圆弧和切线多圆弧等）常用凸轮的速度规律可分为三角形、梯形、混合型和连续函数型等四种。各种凸轮的形状和几何参数及其特性可参看下图：2） 柱塞工作段的选择（1）一般原则：供油延续期应在高速区段；供油终点在小圆弧过渡点之前，为保证凸轮接触应力在允许范围内，常在升程上留有0.30.45mm的安全距离；如果需要超过过渡点到减速段工作，应特别注意接触应力不得大于其允许值；最佳工作段一般按柴油机燃烧过程、运转参数的要求，通过发动机实验确定。（2） 选定步骤选定几何供油开始点，即预升程终点，如图14-60中，按照预升程值查表14-19，得A点决定几何供油终点，在升程坐标上自几何供油开始点A起，加上几何有效行程得B点，即为几何供油终点；决定几何供油开始角、终止角及相应的柱塞速度与供油延续角，将A、B投影到升程、速度曲线和转角坐标上得：AB、AB、AB为几何供油始角，B为终角，他们之间的间隔角即为几何供油延续角，A和B为相应的速度；检查供油中止点是否超过允许点；检查凸轮表面接触应力是否超过允许值。2、 凸轮的设计1） 经验数据 在设计时应首先了解凸轮基圆直径、滚轮直径、过渡圆弧直径（顶圆）等对柱塞速度的影响，以及基圆、滚轮直径与凸轮升程之间的一般比例关系，以便确定凸轮尺寸。设计时可参照上图数据，并可用下列经验数据：多缸合成泵的基圆直径为34H，滚轮直径为23H，凸轮直径为2.73.5H，滚轮销直径为滚轮直径的40%50%。2） 设计与计算（1） 本次设计采用计算法来设计凸轮，已知柱塞直径=8mm，柱塞有效升程=1.274/=1.37mm全升程H=5.00mm。 由柱塞直径与凸轮有效行程之间的关系，根据统计4.06.0,又知与有如下关系：可得：，为喷油泵的供油参数，一般=1.001.25，当节流作用较大时，取大值。 由上式可计算=3.0 所以凸轮有效升程=2.67mm 已知凸轮全升程 已知，对于自然吸气柴油机，=4.07.0，所以选取基圆直径28mm，则基圆半径14mm，选取过渡圆弧=12mm，选取滚轮直径=20mm，则滚轮半径=10mm。 代入公式计算得： 切线凸轮图解分析（2）选定速度特性，求凸轮线型已知柱塞直径8mm，柱塞有效升程和全升程，供油延续角按下式计算柱塞有效行程期间平均速度： 选择速度速度特性 （3） 选定加速度特性，求凸轮型线 3） 滚轮-挺住体常见的滚轮-挺住体结构可分为螺钉调解式、垫块调节式和整体式，本次设计采用垫片调整、滚针轴承式，如下图所示： 挺住体的定位方法采用定位销定位，如下所示： 挺住体上压入一短圈柱销，而泵体上制成直槽定位。 4.1.4柱塞偶件柱塞和柱塞套是一对精密偶件，经配对对研磨后不能互换，要求有高的精度和光洁度和好的耐磨性，其径向间隙为0.0020.003mm柱塞头部圆柱面上切有斜槽，并通过径向孔、轴向孔与顶部相通，其目的是改变循环供油量；柱塞套上制有进、回油孔，均与泵上体内低压油腔相通，柱塞套装入泵上体后，应用定位螺钉定位。柱塞头部斜槽的位置不同，改变供油量的方法也不同。 已知柱塞直径为8mm1）柱塞套的设计取值由上图可得：20mm，=16mm，L=50mm，=3mm2）柱塞的设计取值由上图可得：=20mm，=40mm，k=2mm，m=8mm4.1.5出油阀偶件出油阀和出油阀座也是一对精密偶件，配对研磨后不能互换，其配合间隙为0.01mm。出油阀是一个单向阀，在弹簧压力作用，阀上部圆锥面与阀座严密配合，其作用是在停供时，将高压油管与柱塞上端空腔隔绝，防止高压油管内的油倒流入喷油泵内。出油阀的下部呈十字断面，既能导向，又能通过柴油。出油阀的锥面下有一个小的圆柱面，称为减压环带，其作用是供油终了时，使高压油管内的油压迅速下降，避免喷油孔处产生滴油现象。当环带落入阀座内时则使上方容积很快增大，压力迅速减小，停喷迅速。喷油泵中出油阀偶件的作用：（1） 在柱塞腔充油过程中起起止阀的作用；（2） 调节高压系统残余压力。出油阀的减压能力，流通特性和运动特性对柴油机的工作过程和性能指标有重要的作用。现在应用最多、最广的是体积减压式出油阀。1、出油阀偶件结构 实际应用的出油阀偶件有很多种结构，大致可分为三类：（1）减压式与非减压式；（2）密封座面上置式和下置式；（3）按特殊要求设计的出油阀偶件，如缓冲式出油阀偶件，节流式出油阀偶件，等压式出油阀偶件等。我们在这里选择体积减压式出油阀偶件。标准体积减压式出油阀偶件结构如下图所示：查下图可得： 4.2喷油泵参数喷油泵柱塞直径 =8mm几何有效升程 =1.37mm全升程 H=5.00mm 凸轮全升程 基圆直径 28mm 过渡圆弧半径 =12mm 滚轮直径 =20mm 凸轮有效升程 2.67mm 喷油泵选型 A型喷油泵 5 喷油器设计 喷油器主要由喷油器体、喷油泵和调压弹簧等组成。喷油器的主要作用是将燃油以适当的宏观形态和微观形态的油束喷入燃烧室，并与燃烧室形状和气流运动相配合，形成良好的混合气，组织完善的燃烧过程。油束的宏观形态是指油束的方向、射程、油束锥角等。微观形态是指油束的粒度和粒度分布等。喷油器承受相当高的机械负荷、液力负荷和热负荷，随着发动机不断强化，其工作条件越来越严酷，因此要求不断的改进喷油器的结构和性能，既要满足发动机不断强化所提出的高工作频率，大供油量，高喷射压力等，又要结构紧凑，可靠性好，寿命长。用于不同场合，使用要求的重点不同，结构方案和参数的选择也不同，但对工作可靠性和使用寿命的要求是一致的。其主要故障有喷雾不良、滴漏、喷孔结碳或卡死，调压弹簧松弛或损坏等。必须注意喷油器的合理设计和使用以消除或减少故障。5.1喷油器结构由于各种柴油机的气缸盖结构、燃烧室的形状和燃烧方式差别较大，喷油器也有多种结构形式，按不同特征可作如下分类：按喷油嘴的类型分：开式喷油器和闭式喷油器。按喷油器在气缸盖上的安装方式分：插入式-按压紧方式又有法兰式和压板式两种；螺纹拧入式-又分用螺旋套拧紧和喷油嘴外的螺纹拧紧两种。按调压弹簧的布置分：调压弹簧上置式即长挺杆结构和调压弹簧下置低惯性结构两种。按喷油嘴冷却方式分：非冷却式和强制冷却式。柴油机工作时，燃烧室内的燃油和进入燃烧室内的空气，在燃烧室的内部形成可燃性混合气体，在气缸内靠活塞的上行压缩而点燃、膨胀做功，这种发动机称为压燃式发动机。压燃式发动机以供给柴油为主。这种柴油机按一定的喷油规律喷油的部分较喷油器，或者叫雾化器。也有采用喷油器喷油，用火花 塞点燃的发动机，如柴油转子发动机。5.2喷油嘴结构 现代柴油机广泛采用闭式喷油嘴。国际通用的主要结构类型和尺寸如下图。5.2.1开式喷油嘴5.2.2闭式喷油嘴实质上闭式喷油嘴是一个液力自动阀。针阀由弹簧紧压阀座上，燃油压力只作用于针阀的一端。当油压达到开启压力时，弹簧力被克服，针阀升起。则 压力室中燃油压力下降后，针阀又在弹簧力作用下落座使喷油终止。则关闭压力为： （2-2）式中F-弹簧预紧力 闭式喷油嘴针阀的开启与关闭由燃油压力控制，针阀一旦开启，承压面积增加，因而使针阀的升速加快。实际上由于摩擦和惯性，针阀开启压力约为上式中的1.5倍左右，关闭压力亦小于上式中的。闭式喷油嘴可以保证针阀在一定压力下开启，雾化质量好，针阀关闭迅速，不易滴漏和燃气倒流。5.3喷油嘴特性喷油嘴特性主要是指流通特性、液力特性、喷雾特性和使用特性等。5.3.1流通特性流通特性是指喷油嘴流通截面积与针阀升程的关系。 1）集合流通特性：即喷油嘴几何流通面积与针阀升程的关系。如下图所示：2） 喷油嘴流量系数和有效流通面积喷油嘴的流量系数是在一定条件下通过喷油嘴的实际喷油量和理论喷油量之比。它反映了油流在喷油嘴中由于节流、摩擦、扰动等所能引起的能量损失。因此，流量系数与喷油条件、喷油结构、燃烧特性有关。实验证明，流量系数在稳定流中测取。 式中，喷油嘴有效流通截面积 单位时间内喷油量 喷油嘴腔压力 背压 喷油嘴最小几何流通截面积5.3.2液力特性喷油嘴的液力特性表示稳定流通过程中单位时间内通过喷孔的流量与喷射压力的关系。当喷射是在大气中进行时，称为喷油嘴经特性。1、 开式喷油嘴喷射压差与通过喷油孔的流量Q的关系为 如果喷射期间变化很小，可看成常数时，特性曲线为抛物线：5.3.3使用特性 使用特性使喷油嘴技术状态的参数，主要是指座面密封性以及导向面密封性和滑动性，它们应符合NJ-74或CB-707-75标准规定。5.4喷油嘴设计现代柴油机广泛应用的闭式喷油嘴的类型、结构及系列尺寸已如前述，但是喷油嘴的喷孔直径、孔数及其分布，压力室形状和尺寸，密封座面角度、承压面积和针阀升程等是影响喷油嘴工作特性的重要参数，可以按需要选定，最后经过试验，修改确定。5.4.1喷孔总流通截面积 每循环最大喷油量（） 燃油在喷油嘴内流速（m/s） 喷油持续时间（s） 喷油延续角（CA） 柴油机转速（rmp） 喷油器流量系数，一般为0.60.75.4.2喷孔喷孔直径、孔数、喷孔长径比等对柴油机工作过程有重要影响。喷孔设计取决于燃烧室的形状、气流运动和混合气形成方式。 由上图可知：0.3 当喷孔面积一定，则孔数与孔径的关系如下： 0.3mm 已知当喷孔长径比时，油束射程最大，品质良好，所以，油喷孔直径可得喷孔长为1.2mm5.4.3密封座面喷油嘴密封座面的结构如下图所示其中，以图a应用最广，其密封面为60，针阀座面和针阀体座面的角度差为0.51，二者呈现接触，如果经过研磨，接触带宽度不应超过0.3mm，允许在接触时有轻微变形以补偿表面光洁度和不同心度。图b为图a的改进型，采用双锥结构以减少座面穴蚀。孔式喷油嘴中，针阀承压面积比等于针阀关闭压力之比 （值一般取0.640.75） 5.4.4压力室压力室有圆柱形、圆锥形、半圆形等。 喷射终了，针阀迅速落座，由于流动惯性可使压力室内的燃烧油几乎全部从喷射孔喷出而很少残留。如针阀运动不良，或阀座变形，磨损不均匀或抵押二次喷射，断油不干脆时，喷射终了后压力室内会残留燃油，被燃气加热、膨胀、流出喷孔并附于孔周分解胶化，逐渐形成喇叭形积碳，积碳使喷油受阻，油束碎裂和颤动，发动机排烟变黑，功率下降。在加工和喷孔布置允许的条件下，减小压力室可改善发动机性能。但在某些情况下，较大的压力室有可改善燃气倒流的趋势。此外压力室压力过小会使针阀结胶，这取决于压力室与针阀之间的燃油与燃气混合程度。因此，压力室容积应在喷油嘴性能与寿命之间做出合理设计。5.4.5针阀升程 针阀升程的大小应保证密封座面处有必要的流通面积，使压力室内的压力不因座面节流而过分下降。密封座面的流通截面积与喷孔流通截面积之比为： 所以 选择针阀升程为0.8mm5.4.6喷油器调压弹簧调压弹簧的工作特点是弹性位移小，承受交变负荷。主要是在安装预应力和针阀升起时所对应的应力下工作，一般针阀的升程范围是0.251.0mm。1、 调压弹簧的基本参数调压弹簧的预紧力决定了针阀的开启压力，直接喷射式的针阀开启压力是170350kgf/下图为调压弹簧的基本参数 2、调压弹簧应力计算 在针阀完全落座和最大升程时，弹簧变形所引起的应力为静应力。针阀完全落座时，调压弹簧预压缩力为赤死后弹簧中的应力，即为初始静应力针阀最大升程时，弹簧静应力为 ， K弹簧去度系数， 弹簧变形h时所引起的应力 Z弹簧钢度 G弹簧材料剪切弹性模量 3、调压弹簧动应力计算 V针阀运动最大速度 密度5.4.7喷油器设计的其他问题 1、燃油流道 为了减少燃油流动阻力和损失，要求燃油流道截面积从高压油管端到喷孔处逐渐缩小。由于加工需要，中间部分流道往往比要求的要大。有时采用定位销将喷油器体上的油孔和喷油嘴油孔对准以减少喷油嘴端面环行槽截面积或者取消环行槽。由上图可计算：油管d=3mm，直槽d=2.4mm，横槽d=2.4mm，通油孔d=3mm，导向孔d=3.2mm，压力室d=1.9mm。 2、燃气倒流燃油倒流系数指针阀落座过程中气缸炽热燃气倒流入喷油嘴腔。它可使油嘴腔内的燃油分解碳化，导致座面密封性破坏、针阀变形卡死，不能继续工作。为防止燃气倒流可以采用种种措施，例如：减小喷油器挺杆等运动质量，提高针阀运动对燃油压力变化的反应速度; 减小针阀升程，缩短针阀落座时间。采用缓冲式出油阀，合理设计柱塞偶件的卸油通道，使针阀落座末期油压下降率减缓；在座面冲击力允许范围内适当加大针阀承压面积比，使针阀关闭压力高于最高燃气爆发力。随着气缸内最高燃气压力的增高，承压面积比有增大的趋势。 3、喷油嘴热负荷 喷油嘴的可靠性和耐久性只有在一定的温度范围内才能得到保障。温度过高会使座面硬度下降而产生下陷，密封性破坏、胶结、积碳，喷孔堵塞，针阀卡滞以及柴油机油耗上升，冒烟、功率下降等；如果温度过低，则燃烧时产生的三氧化二硫会腐蚀油嘴。5.5喷油嘴参数项目 参数喷孔直径mm 0.3 喷孔长 mm 1.2密封座面角度 60 针阀升程mm 0.8 横槽直径mm 2.4 直槽直径mm 2.4 油管直径mm 3 通油孔直径mm 3 导向孔直径mm 3.2 压力室直径mm 1.9 针阀直径mm 4 喷油器选型 P型喷油器 6 供油系统其他零部件设计综述6.1输油泵设计输油泵的主要作用是克服管路和滤清器的阻力，保证燃油在低压油路中循环，并在一定的压力下向喷油泵供油。输油泵可分为齿轮式、膜片式、滑板式、往复活塞式和电动式本次设计采用活塞式输油泵 活塞式输油泵的输油量可用下式计算： 式中 d输油活塞直径（mm） h输油活塞行程（mm） 输油凸轮转速（rpn） 柴油机全负荷时的每分钟最大需油量为 为确保喷油泵充油，需要一定的过量供油，一般取 所以 由此选择输油泵型号6.2高压油管 高压油管是供油系统重要零件之一，它不仅对喷油泵和喷油嘴起连接作用，而且燃油在管内进行着复杂的液力过程。其几何尺寸对燃油喷射和柴油机工作有明显的影响。 1、高压油管尺寸的决定由上图选择高压油管内径为1.5mm 2、高压油管接头与连接高压油管的连接处要密封可靠，如下图所示：由上图可知高压油管内径：2mm，外径：8mm，壁厚：2.5mm，进回油接头螺纹尺寸：M141.53、喷油角度提前器喷油角度提前器是按照柴油机角度变化调节喷射正时的装置，提前器的提前特性，即柴油机的最佳提前角随转速增加而提前的角度。直接喷射式柴油机比预燃式和涡流式柴油更加要求喷油提前角的调整。提前器分为离心式和液压式。本次设计采用离心式喷油角度提前器。 7 供油系统的主要测试设备 在生产、使用维修和科研工作中必须测定供油系统及其主要附件的各种性能，所用实验方法和仪器设备繁多。1、喷油泵实验台2、喷油规律测定喷油规律测定方法主要有四种：蜂窝转盘法、长管法、压力升程法和动量法。3、其他基本测试设备1）针阀升程测定2）管内压力测定3）每循环喷油量测定4）喷雾形状和贯穿度测定5）喷油嘴流量特性测定6）喷雾粒度测定 谢 辞 时光飞逝，四年的大学学习生涯就要结束了，在这短暂而漫长的四年里，使我更进一步的熟悉和掌握了如何去学习、生活，和工作。同时，也是校园让我们学会了学习，学会了思考，学会了做人，虽其短暂，但是在这四年里所学的知识必将可以使我受用终生。在这大学生涯即将结束的最后半年的毕业实习与毕业设计的过程中，不仅是对我们每一个人的一次全面的考查，同时也是对我们所学习和掌握知识的一次实际而综合运用，这不仅仅