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上海交通大学工程硕士专业学位论文 摘要 c a 4 98 柴油机燃油系统喷射特性研究与改进 摘要 c a 4 9 8 柴油机是中国第一汽车集团公司1 9 9 5 年设计的轻型车用高 速直喷式柴油机，目前c a 4 9 8 柴油机年产量已达5 万台。为了满足排放 要求，必须采用高喷射压力的燃油系统，并且将喷油嘴孑l 径减小。为此 我们开发了适应要求的b q 2 0 0 0 型喷油泵及小孔径的p 系列喷油嘴，与 c a 4 9 8 柴油机进行配套，使得c a 4 9 8 柴油机达到了欧i 排放性能。但足， 不规则喷射往往伴随着高喷射压力而产生，在实际配套过程中，b q 2 0 0 0 型燃油系统在高速小负荷工况出现了断续喷射、喷油始点过度迟后等不 正常喷射特性问题，影响了c a 4 9 8 柴油机的总体性能。 针对上述情况，本课题旨在通过对国产b q 2 0 0 0 型燃油系统的喷射 特性进行机理分析、数值计算和试验来揭示产生这种问题的原因，最终 找到解决喷射特性异常问题的方法，并通过燃油系统与c a ：4 9 8 柴油机的 优化匹配，来进一步提高c a 4 9 8 柴油机性能，并将研究成果应用到实际 生产中。 在本课题的研究过程中，通过原机性能分析、异常喷射特性机理研 究和数值计算，确定通过提高喷油泵小负荷工况( 小油量) 柱塞压油腔 压力，来解决针阀升程断续喷射问题的思路，并在此基础上，设计出节 流式出油阀。节流式出油阀的特点是：在小负荷工况( 小油量) ，节流 阀的升程较普通等容阀要小。在柴油机高速部分负荷工况，节流式出油 阀部分开启，保证柱塞压油腔建立稳定的高压燃油，从而实现稳定的喷 射。另外，为了弥补液力效应带来的高速小负荷工况喷油过度迟后，我 们设计了带有小负荷供油始点提前柱塞的b q 2 0 0 0 型喷油泵。 上海交通大学工程硕士专业学位论文 摘要 实践证明，采用节流式出油阀能有效解：决针阀升程断续喷射问题； 具有小负荷供油始点提前柱塞的喷油泵能解决小负荷工况喷油始点过 度迟后问题。 关键词： 车用柴油机，燃油系统，异常喷射，性能研究，改进设计 竺望! 兰三曼堡些兰兰丝生! 竺 i n j e c t i o n c h a r a c t e r i s t i cr e s e a r c h i n ga n d i m p r o v i n g o fc a 4 9 8d i e s e le n g i n ef u e l i n j e c t i o ns y s t e m a b s t r a c t c a 4 9 8d i e s e le n g i n ei sa d i r e c ti n j e c t i o ne n g i n ew i t hh i 曲s p e e da n dw a s d e s i g n e db y k 瞄i n19 9 5 t h ea n n u a lo u t p u to fc a 4 9 8d i e s e le n g i n eh a s r e a c h e dt o5 0 ，0 0 0s e t sa tp r e s e n t f o rm e e t i n gw i t ht h ed e m a n do fe x h a u s t g a se m i s s i o nc r i t e r i o n ，d i e s e le n g i n ei sm a t c h e dw i t hf u e li n j e c t i o ns y s t e mo f h i g hi n j e c t i o np r e s s u r ea n dpt y p en o z z l e so fs m a l ld i a m e t e rh o l e s w h e n u s i n gb q 2 0 0 0t y p ef i s ，c a 4 9 8d i e s e le n g i n eh a sa t t a i n e dg o o dp e r f o r m a n c e f o re u r oi b u td i s o r d e ri n je c t i o no f t e nc o m e si n t ob e i n gw i t hh i g h i n j e c t i o np r e s s u r e i nf a c t ，a b n o r m a li n j e c t i o nc a m ef o r t ha th i g hs p e e da n d l o wl o a di nb q 2 0 0 0t y p ef i s ，f o re x a m p l ei n t e r m i t t e n ti n j e c t i o na n de x c e s s i n j e c t i o nl a g i ti n f l u e n c e dt h ep e r f o r m a n c eo fc a 4 9 8 d i e s e le n g i n e a i m i n ga tt h ea b o v e ，t h eg o a lo ft h i sp r o j e c ti st of i n dc a u s e sa n d m e t h o d so fe l i m i n a t i n ga b n o r m a li n j e c t i o nt h r o u g hm e c h a n i s ma n a l y z i n g ， n u m e r i cc a l c u l a t i n ga n dt e s t w em a t c hc a 4 9 8d i e s e le n g i n ep e r f o r m a n c e w i t hi m p r o v e db q 2 0 0 0t y p ef i s ，a n da p p l yi ti n t oa c t u a lp r o d u c t s d u r i n gr e s e a r c h i n go ft h ep r o j e c t ，w ee s t a b l i s ht h ei d e ao fs o l v i n g i n t e r m i r e n t i n j e c t i o n o fn e e d l el i f t t h r o u g hr a i s i n gp r e s s u r e i n p l u n g e r - t o p v o l u m ea th i 曲s p e e da n dl o wl o a d b a s i n go nt h ei d e a ，w e d e s i g nd e l i v e r yv a l v ew i t ht h r o t t l e t h ec h a r a c t e r i s t i co fd e l i v e r yv a l v ew i t h t h r o t t l ei st h a tt h ed i s p l a c e m e n to f d e l i v e r yv a l v ew i t ht h r o t t l ei ss h o r t e rt h a n n o r m a lc v v p a r t i a ld i s p l a c e m e n to fd e l i v e r yv a l v ew i t ht h r o t t l ew i l la s s u r e t oe s t a b l i s hs t e a d yp r e s s u r ei np l u n g e r - t o p v o l u m ea n d b r i n gs t e a d yi n j e c t i o n 1 l i 二竺堂奎翌奎兰三堡堡三! ! 兰兰竺兰奎垒竺! 里兰：里 i na d d i t i o n ，i no r d e rt om a k eu pe x c e s si n j e c t i o nl a ga sa r e s u l to fh y d r a t ：l i c e f f e c ta th i g hs p e e da n dl o wl o a d ，w ed e s i g nb q 2 0 0 0t y p ep u m p w i t hl i g h t l o a dt i m i n ga d v a n c ep l u n g e r s 。 a f t e rt e s tt e s t i f y i n g ，w e c a nu s e d e l i v e r y v a l v ew i t ht h r o t t l et o e f f e c t i v e l ys o l v et h ep r o b l e mo fi n t e r m i t t e n ti n j e c t i o no fn e e d l el i f t ，a n dw e c a nu s et h ep u m pw i t hl i g h t l o a dt i m i n ga d v a n c ep l u n g e r st os o l v et h e p r o b l e mo f e x c e s si n j e c t i o nl a ga th i g hs p e e da n dl o wl o a d k e yw o r d s ： d i e s e le n g i n e ，f u e li n j e c t i o ns y s t e m ，a b n o r m a li n j e c t i o n ， p e r f o r m a n c er e s e a r c h i n g ，i m p r o v i n gd e s i g n i v 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。+ 保密函，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：粥耖 指导教师签名：名名j j 亡 日期：炒弓年6 月f 8 日日期：e ，；年月罗曰 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：嘶弘 日期：沙岁年l ，月f 艿日 上海交通大墼矍堡主主些兰篁堡茎 第一章绪论 1 1 前言 第一章绪论 随着经济的发展，柴油机在国民经济中起到越来越重要的作用。与汽油机相比， 由于柴油机热效率高、经济性好、工作可靠，已作为交通、能源的主要动力。目前， 世界性的车用动力柴油化趋势已经非常明显。在重型汽车领域中，欧洲、美国和日 本三个发达地区，已经实现1 0 0 车用动力柴油化。在商用汽车领域中，欧洲和美国 都达到9 0 ，日本也达到3 8 。在我国，车用动力柴油化也得到长足的发展。按 照2 0 0 0 年销售统计，在轻、中、重型卡车中，汽车动力柴油化率也分别达到8 0 2 、 7 7 1 、9 9 9 。在电力行业中，用柴油机作为发电动力也是各种发电方式中最常 用的。可以说，在今后的几十年内，柴油机依旧拥有独特的优势和显著的地位。 目前，能源紧缺、燃料危机是全球面临的一个重大问题，“温室效应”现象在近 几年也越来越明显。此外，我国已从石油自给国转变为石油进口国，且我国石油蕴 藏量远景不令人乐观，节油一直成为人们关注的焦点，而以柴油为动力来源将为我 们展示出良好的节油效益。因此，社会对柴油机提出更高的要求，其趋势朝着更为 节约燃油、更高可靠性、更高耐久性、低生产成本和低排气污染的方向发展。从节 能环保角度来看，我国的柴油机工业与国外差距很大。对中小型车用柴油机来说， 在经济性方面，国外柴油机最低比油耗已降到1 8 9 9 k w h t 2 1 ，而我国柴油机最低比 油耗却在2 1 0 9 ，l ( w h 左右。在排放性能方面，欧洲等发达地区已经施行欧排放法 规，而我国车用柴油机却未全面达到欧i 排放标准。伴随着我国加入世界贸易组织 后，我国的柴油机制造业将面临巨大的冲击。虽然我国与世贸组织达成协议，保护 国内汽车工业5 年，但对于基础薄弱的我国柴油机工业来讲，如何在这5 年中赶上 国际柴油机制造业的步伐，将是一个严峻的挑战。相应地，国外大企业、大公司的 ；：“入关，也给我国带来了新技术、新设备、新的柴油机制造理念。面对挑战，如何 去利用这种机遇，现实地解决我国柴油机及其行业的各项问题，使我国柴油机工业 猫看稳定、可持续发展的道路前进，也给我们柴油机行业的科研人员，提出了新的 课题。 柴油机作为世界车用动力的主流，首先要求有良好的燃油经济性和低排放性能。 ；声柴油机的发展过程中，燃油经济性始终保持着它的重要位置。然而，随着内燃机 排放法规的实旌，限制有害废气的排放，变得越来越重要。燃油系统对柴油机来讲 飘好比人体的心脏，它是否正常工作直接影响到柴油机的性能和排放。燃油系统包 圭童奎望奎兰王墨里里耋型坚型望垒兰篓二型 括由喷油泵、高压油管、喷油嘴所组成的高压喷射系统部分和输油泵、滤清缮、油 箱等低压附件部分。通常， 我们研究的燃油系统是指 高压喷射系统部分，也就是 常说的“泵一管一嘴喷油 系统，如筒图1 1 所示。燃 油喷射系统技术的发展推 动着柴油机向着高性能、低 排放的方向发展。燃油喷射 系统给柴油机提供适时的、 适量的高压燃油喷雾，使柴 油机有效组织燃烧过程。实 践表明，燃油系统的改进， 能促使燃烧充分，其所带来 图卜1 泵一管一嘴系统筒图 f i g 1 1t h ed i a g r a mo ff u e li n j e c t i o ns y s t e m 的柴油机比油耗和排放的降低占相当大的比重。可以说，直喷式柴油机的性能主要 取决于燃油系统的性能及其与柴油机燃烧系统和进气系统之间参数的合理匹配。因 此，柴油机工作过程中燃油系统参数的合理选择、改进和优化匹配，成为柴油机技 术改进中最重要的研究工作。 1 2 课题研究的产生背景 中国第一汽车集团公司无锡油泵油嘴研究所从1 9 9 6 年开始进行c a 4 9 8 柴油机 ( 柴油机简介见2 1 节) 燃油系统国产化的匹配研究工作。在2 0 0 1 年元月份，国产 b q 2 0 0 0 型喷油泵( 喷油泵简 介见2 3 节) 与c a 4 9 8 柴油机 匹配取得了成功，在国内同档 柴油机中率先达到欧l 排放2 标准，其它性能指标与进口燃 ? 油系统相比也有较大改善。为 量 满足柴油机达到欧i 排放标 星 准，通常的技术手段是：选用 高供油速率的喷油泵和小孔 径油嘴来提高喷射压力，使燃 油喷雾更细化，与进气混合更 均匀。但是伴随着赢喷油速率， 图卜2c a 4 9 8 粜油机h c 排放对比 、i f i g 1 - 2t h ec o n t r a s to fc a 4 9 8d i e s e le n g i n eh ce m i s s i o n 2 圭塑奎垩奎竺三堡堡主童些兰笪鲨兰l 兰墨j 查鱼 燃油系统经常；l 起啖射特性异常。在c a 4 9 8 柴油机试验过程中，发现采用具有高喷 射压力的b q 2 0 0 0 型喷油泵后，在柴油机高速小负荷工况出现排气烟度高( 如表j _ 1 所示) 、h c 排放高( 如图1 - 2 所示) 等柴油机性能恶化现象。 表1 1c a 4 9 8 柴油机额定转速负荷特性 转速( r r a i n )功率( k 、聊排气烟度( f s n ) 6 2 51 9 8 4 7 13 2 4 3 6 0 03 1 32 4 8 1 5 53 1 2 6 42 5 5 我们在喷油泵台架上进行b q 2 0 0 0 型喷油泵和小孔径p 系列油嘴所组成的国产燃 油系统的电测试验，模拟柴油机高速小负荷工况所需的燃油系统喷油量，测试其泵 端压力、嘴端压力、针阀升程，发 现在高速、小油量时存在针阀升程 不规则的双峰现象( 断续喷射，如 透驻墨瑟瓣：雏，玛缱；蕾： ? h ( 嘲蝴 图1 3 所示) ，这样，延长了c a 4 9 8 饥8 柴油机喷油持续期，会导致后燃加啦。 重，致使柴油机在高速、小负荷时， 燃油耗高、烟度高、排温高，不利“ 于柴油机的正常工作。因此，必须 解决c a 4 9 8 柴油机燃油系统中存 在的该种不规则喷射，满足柴油机 更高性能的要求。 榔唧。随着c a 4 9 8 柴油机产量的逐 步提高，解决柴油机高速部分负荷 ”性能问题迫在眉睫，其重要性表现 在以下两点： 镗趸工，氍r ，也豢隽馐。期一 图i - 3 不规则喷射( 断续喷射) f i g 1 3n e e d l el i f to fi r r e g u l a ri n j e c t i o n ij5 1 虽然，柴油机行业对出厂柴油机部分负荷工况排气烟度未作明确要求，但是 2 柴油机部分负荷工况性能恶化，会导致喷油嘴喷孔积碳严重，甚至堵塞喷孔，从而 * 。进步影响柴油机在全工况内的性能及排放。 2 随着我国排放法规的逐步严格，对柴油机的颗粒排放要求越来越苛刻，因此， 二朵、抽机高速部分负荷工况性能恶化，对我们继续优化柴油机性能降低排放，将是一 糨色大的挑战。我国现行的排放标准采用欧洲十三工况标准测试循环( 简称e c e r 4 9 ) ，即采用三个怠速工况、柴油机最大扭矩转速的五个工况和额定转速的五个工 3 圭堂奎望奎竺三墨堡主童兰兰堡兰奎兰二兰! ! 鱼 况，将这十三个工况的排放量加权后，得出柴油机的总排放渣。其中，额定转速五 个工况的排放量在十三工况算法中占1 8 ( 如图1 - 4 所示) 。因此，若要进一步提高 c a 4 9 8 柴油机的排放性能，必须解决柴油机高速小负荷工况性能。 - 一；一一 赢。，a 。帆 嘲 v “” 飞罗 嚣隅 。j - 1y 。” z 知 黑 o ：w 鼍泓 ，。” 。- 。月1 一 一 量 。，： 墨2 飞罗o w - 拍 祸氛 o 8 2 沙” 。一月 5 1 o 1 5 0 0 盈加0 2 5 3 0 0 03 5 4 咖 e n g i n es p e e d r e v m n 】 注：c a 4 9 8 自然吸气柴油机额定转速3 6 0 0 r m i n ，最大扭矩转速2 0 0 0 r r a i n ，怠速7 5 0r r a i n 图1 - 4c a 4 9 8 柴油机13 工况排放测试比重 f i g 1 41 f 1 玲e m i s s i o nw e i g h t i n gf a o o r si nt h ee u r o p e a nr 4 91 3m o d et e s t 1 3 国内外现状分析 1 3 1 国内外排放法规简介 在二十世纪中期，随着汽车生产及社会需求的提高，世界各国都陆续开始制定 限制发动机排气污染物排放量的排放标准。由于各国政治、经济和技术的发展水平 不同，所采用的排放标准也不相同。到目前为止，全球实行的发动机排放标准主要 有美国、欧洲和日本三大排放体系 4 1 。在这三大排放体系中，各自有自己的测试方 法和测试循环。因此，用它们去检测同一台发动机会有不同的排放测试数值。 我国从1 9 8 3 年开始制定国内的排放标准，1 9 9 9 年3 月，国家技术监督局又颁 布了四项发动机和汽车排放标准。这些标准采用的是欧洲排放标准体系，也就是我 1 l j 鬲说的“欧x ”排放标准。国内发动机排放标准的建立，预示着我国政府对环保 币能意识的提高。同时国内环保及节能意识的增强也为我国柴油机的发展创造了良 好的契机，通过柴油机技术的不断改进，势必会促进柴油机在城市交通和社会生产 中的广泛应用。表1 - 2 所列出的是欧洲当前及未来的柴油机排放标准。表1 - “3 - 歹i j 出 4 ：垡塑奎兰望壁型型塑l 笙塑 了我国现行的柴韶d 机排放标准。 表1 2 欧洲当前及未来柴油机排放标准f 3 1 n o x h cc op m 实施日期测试循环 ( g k - h ) ( g k w h 1 ( g k w h ) ( g k w h ) e u r 0 2 1 9 9 5 6e c e r 4 97 01 14 o o 1 5 e s c5 o0 6 62 1o 1 e u r 0 3 2 0 0 0 1 e t c5 0 0 7 85 4 5o 1 6 e s c3 50 4 61 5o 0 2 e u r 0 4 2 0 0 5 6 e t c3 50 5 54 00 0 3 e s c2 0 0 4 6 1 5o 0 2 e u r 0 5 2 0 0 8 e t c2 0o 5 54 00 0 3 注：e s c 、e t c 是欧洲两种不同的柴油机测试循环 e s c ：e u r o p e a ns t e a d y s t a t ec y c l e 欧洲稳态测试循环 e t c ：e u r o p e a nt r a n s i e n tc y c l e 欧洲瞬态测试循环 表1 3 我国柴油机排放标准 排放相当欧 c oh cn o x p m ( g k w h 1 法规洲标准 实施日期试验类型 g ，l 涮h 驴【w h ：e j k w h _ 8 5 k w o li 9 9 7 1 0 1型式认证1 1 22 41 4 41 5 60 9 2 e u r 0 0 阶段1 9 9 8 1 0 1生产一致性1 2 32 61 5 81 7 31 0 2 0 2 2 0 0 0 9 1型式认证4 5l 。l8o 6 1o 3 6 e u r 0 1 阶段 2 0 0 1 9 1生产一致性4 91 2 39o 6 80 4 0 0 32 0 0 3 9 1型式认证4 o1 17o 1 5 阶段 e u r 0 2 2 0 0 4 9 1生产一致性4 01 17o 1 5 注：我国现阶段排放测试循环采用e c er 4 9 1 3 2 国内外对燃油系统异常喷射特性的研究现状 随着排放法规的越来越严格，要求燃油系统的喷射压力也越来越高，伴随着高 压喷射，燃油系统会出现诸如二次喷射、断续喷射等异常喷射问题。异常喷射往往 会导致柴油机的经济性能、排放性能及动力性能恶化。 目前，国内外对燃油系统不规则喷射研究比较深入。一般认为，当喷射压力较 低( 8 0 m p a ) 时，就要采用等压出油阀来消除包括二 5 兰墼望奎堂望壁塾兰垡垫j 坠坐坠 次喷射等的不规则喷射，或采户号权弹簧喷油器，用一级片槿来稳定小负荷喷；由量j 磊要。而在高档次柴油机上，采用轨道压力稳定的电控共轨燃油系统，在不j f ：况， 根据数据库中的m a p 图，通过微机控制，选择最佳的燃油喷射相位和喷射规律，适 时提供高喷射压力和高喷射速率的高压燃油。由于受到技术、工艺、材料等方而的 限制，国内在这方面的研究还刚刚起步，并未真正得到应用。 另外，在国内外最近几年来也都在采用燃油系统液力模拟计算手段对燃油系统 的喷射特性进行计算分析，例如a v l 公司开发的h y d s i m 软件能模拟计算出燃油系 统的喷射压力、针阀升程、喷油规律等喷射特性，通过对不同参数的组合计算能优 化出燃油系统的最佳匹配参数，这样能减少试验工作量，缩短开发周期，对我们j f 发人员具有较大的指导意义。但是到目前，国内外研究工作者采用数值模拟计算手 段来分析高速小负荷工况针阀升程断续喷射问题还不够深入，经我们多次计算坯4 ： 能够模拟出针阀升程断续喷射，因此，目前想利用模拟计算手段来解决本课题【j | 题 还不现实。 1 4 课题研究的内容及要达到的预期目标 1 4 1 课题研究内容 i 燃油系统的不规则喷射，通常是由于燃油系统中的主要技术参数( 例如：出油 阀减压容积、高压油管内径、喷油嘴孔径、柱塞直径等) 匹配不当引起的，特别当 为了实施低排放要求，而采用高喷油速率、小孔径油嘴的燃油系统后，经常伴随着 各种不规则喷射的产生。而不规则喷射产生的根本原因，是因为由于燃油系统中存 一在高压容积，压力波在其中不断的传播及反射，最终导致在油嘴针阀端的压力引起 波动，致使针阀的异常开启、闭合，产生不规则喷射，影响柴油机的性能。园此本 课题主要在如下几方面开展研究： 1 建立“泵一管一嘴”燃油系统的喷射特性数学模型 常规的“泵一管一嘴”燃油系统的喷射压力依赖于转速和喷油量。转速和喷注 量上升，喷射压力增加；反之，喷射压力则下降。为了研究燃油系统中压力& 韵传 递情况，从而揭示产生不规则喷射的机理，必须建立喷射特性的数学模型，并且进 行模拟计算。 2 研究燃油系统的各主要技术参数对喷射特性的影响 燃油系统的主要技术参数有：出油阀减压容积、不同出油阀结构型式、蓦压注 管内径、喷油嘴孔径、柱塞直径、凸轮供油速率。这些参数对燃油系统的喷麓特性 有决定性影响，因此我们必须加以研究。 3 柴油机及燃油系统性能试验研究 6 卜海交通大学t 程硕士专业学位论文 第一章绪论 ：一 ： 乡，析c a 4 9 8 柴油机原机削生能试验和排放测试效据；分析不同燃油系。允( 进口 v e 分配泵、m e 直列泵、国产b q 2 0 0 0 型直列泵、p l 型直列泵) 的供油特性、喷射 特性( 泵端压力、嘴端压力、针阀升程等) ，找出适合于高速、小油量工况最适合的 燃油系统匹配参数。 4 c a 4 9 8 柴油机全面性能试验 对经过优化的燃油系统与c a 4 9 8 柴油机进行匹配试验，由发动机试验来验证 燃油系统参数选择的实效。 1 4 2 课题研究的预期目标 本课题旨在对c a 4 9 8 自然吸气型柴油机用国产燃油系统存在的不规则喷射问 题进行研究，通过理论分析、模拟计算、试验来揭示产生这种问题的原因，最终找 到消除不规则喷射的方法。通过燃油系统与c a 4 9 8 柴油机的优化匹配，来进一步提 高c a 4 9 8 柴油机性能，并将研究成果应用到实际生产中。 1 5 课题研究的目的和意义 本课题的研究目的和意义主要体现在以下三点： 1 旨在通过对燃油系统不规则喷射的研究，找到改进方案，进一步提高c a 4 9 8 柴 油机现生产产品的性能指标。 2 在通过理论分析、计算机仿真和试验研究，找出燃油系统不规则喷射的内在原 因，丰富和验证不规则喷射产生的机理。 3 相应地，通过研究，提高本人研究问题、解决问题的能力。 竺兰! 型! 塑望燮! 第口c a 4 9 8 * l 燃油系统概进 第二章0 a 4 9 8 柴油机燃油系统概述 2 1c a 4 9 8 柴油机简介 c a 4 9 8 柴油机是中国第一汽车集团公司1 9 9 5 年在参照同本日产公百lb d 3 0 柴 油机基础上，设甜的轻型车用自然吸气型高速直喷式柴油机uc a 4 9 8 柴油机结构外 形图见图2l ，图2 - 2 。主要技术参数见表2 - 1 。与b d 3 0 相比c a 4 9 8 柴油机缸往 由9 0 r a m 扩人到9 8 m m ，冲程由1 0 2 m m 加长到1 0 5 m m ，标定转速从3 8 0 0 r r a i n 降事 3 6 0 0 r m i n ，其余结构基奉hb d 3 0 。现南汽集出公司大连柴汕机j l 一制造。 卜飞轮 帆件3 _ 气缸盖惴气系统 湖底壳争自轴7 塞8 一风扇 圈2 - 1 c a 4 9s 柴油机纵向剖面图 f i g2 i r h e l o r , g i t u d m a lc u l a a y o f c a 4 9 8d l e s e le u g i n e 表2 - 1c a 4 9 9 柴油机主要设计拄术参数 油机型号 世。h 式 n 数缸径行程( i i i i ) 排跫( 1 ) 燃烧$ 犁式 直喷，t 缩口“，型 # 定n 率( h ) 转建( r l i n ) 最太扭矩( n 口j 转速( r i 1 1 ) 全负荷最赢删崖( r s n ) 全负荷威低耗( g k m ) ： 外掣r i | 7o ，高) ( m ) 一一一嚣霹lol甚氆i 靛一啜辅 j，嚏擎下j ， ，颦 二，2 遗犬t 二褪颐“学位：文 第= 章c a 4 9 8 柴机燃；由系统概述 函22 c a 4 98 棠油机p 形圈 f i g2 - 2t h e o u t e r t o o f c a 4 9 8 d i e s e l 。g m c 2 20 a 4 9 8 柴油机燃油系统简介 c a 4 9 8 柴泊机原燃油系统采用进l 1v e 分配泵及p 系别油嘴总成，每套价格高 达剑6 0 0 0 兀，f 常昂贵，敛健c a 4 9 8 柴油机的t c 成奉乖h 场价位均高十国内同 类柴油0 。影响- c a 4 9 8 柴油机的大批量生产进程。为了l h 场竞争的需要，c a 4 9 8 柴油机必须实施燃油系统困产化，卧便降低成本1 6 】。应问内巾场价格和j j 广的需要， 根据2 0 0 2 年c a 4 9 8 柴油机的生产与销售情况统计，9 0 的柴油机采用国产燃油系 统，其余的采用进l i 燃油系统。 22 1 现配c a 4 9 8 柴油机喷油泵介绍 、廷柴，1 钆f 1 9 9 6 年试圳辩台c a 4 9 8 柴油机以来，瞄内外多家油泵厂 的各种型号喷油泵进行过匹配试验。它们分别为日本z e x e l 公司的v e 分配泉、捷克 m o t o r p a l 公刊的m e 直列泵、t h 东康选油泵油嘴有限公司的b q 2 0 0 0 型直列泵和无 锡威孚高科技股份有限公司的p l 型直列泵。表2 - 2 州出了各种喷由泵的主要技术参 数。 iv e 分配泉 v e 分配泵从一f 赶纪7 0 年代投放札场以束得到迅速发腥，奠种类也不断完 善。三凡叮怵概小、t z 鞋轻转述商等仉 现在，轿车、轻型乍j 柴油机的小型 上海交通大学工程硕士专业学位论文 第二章c a 4 9 8 柴油机燃油系统概述 化趋势r 益明显，因此，分配泵很适合小型高速柴油机的使i t j 。 表2 2c a 4 9 8 柴油机刚不同喷油泵土要技术参数【5 】 滚 v e 泵m e 泵 b q 2 0 0 0 泵 p l 泵 主要参数、 油泵型式分配泵直列泵直列泵直列泵 缸心距( t u r n ) |2 62 52 5 柱寒直径( r a m ) 中l l 中8 5由8 5巾9 凸轮升程( r a m ) 2 8899 预行程( r a m ) |， 3 8 3 7 但是由于v e 分配泵制造工艺要求比较高，而且对燃油清洁度的要求也较高， 再加上国内生产分配泵的厂家很少，档次较高的v e 分配泵都要依赖进口，因此， 其价格一直居高不下。但是国内轻型车用柴油机价格竞争相当激烈，所以，v e 分配 泵仅用在高档次柴油机上。 2 m e 直列泵 m e 直列泵( 参数见表2 2 ) 是捷克m o t o r p a l 公司八十年代开发的一种新型喷油 泵。其工作能力可满足c a 4 9 8 柴油机欧l 排放需要。装配时，柱塞吊兰与柱塞弹簧 通过弹簧下座安装成一体，拆卸方便。调速弹簧采用压簧型式，调速器工作能力较 大，调速稳定性好。与国产直列式喷油泵相比，其价格还是相对较高。目前在c a 4 9 8 柴油机上有一定的应用。 3 p l 型直列泵 p l 型喷油泵是无锡威孚公司1 9 9 9 年开发的小型、高速直列泵。其设计原型是 m e 直列泵，调速器采用武进调速器厂生产的具有正负校正器的下支点扭簧式调速 器，可以根据柴油机转速和负荷实施全程控制。 4 b q 2 0 0 0 型直列泵( 略，详细资料见2 3 节) 2 2 。2 喷油器总成的结构及工作原理简述 c a 4 9 8 柴油机燃油系统用喷油器采用无锡欧哑柴油喷射有限公司生产的p 系列 喷油器总成( 外型结构图见图2 3 ) 。 p 系列喷油器总成主要由喷油器体、喷油嘴和调压弹簧等三部分组成，其基本 作用是将燃油在一定的压力下，以雾状的形式喷入燃烧室，在燃烧室合理分布，并 与进气气流均匀混合，形成可燃混合气，供燃烧过程使用。 l o 上海交通大学工程硕士专业学位论上 第二章c a 4 9 8 柴油叽燃油系统概述 p 型喷油器属于l 司式喷油器， 压弹簧3 下置，可以减少弹簧， 下座4 等运动件的质量，从而 减少运动件惯性质量，所以， p 型喷油器结构又称低惯性 结构i 引。这种结构由于运动惯 量小，可以提高针阀8 开启和 关闭速度，并且降低针阀落座 时对蓄压室密封座面处的冲 击应力。在燃油系统的一个供 油循环中，经喷油泵供给的高 压燃油进入喷油器体内油道， 通过调压弹簧挚片调节喷油嘴开启压力。由于调 在喷油嘴体内蓄压室建立更高油压。 当油压超过针阀开启压力时，针阀克 服调压弹簧预紧力开启，高压燃油进 井彤蛋嗣税置 卜固油蕾礴油嚣体 删簧4 簧下麈 5 - 定位蕾6 垫j i 7 嗍薯体晰鞠 图2 3p 系列小压力室油嘴结构图 f i g 2 3 t h ept y p ei n j e c t o rw i t hm i n i s a cn o z z l e 入压力室，经油嘴喷孔进入燃烧室。随着供油过程的结束，高压油道中的压力逐渐 降低，针阀落座，喷油过程结束。 2 3b q 2 0 0 0 型喷油泵介绍 b q 型喷油泵是由无锡油泵油嘴研究所在八十年代中期开发的轻型车用高速直 列式喷油泵，由山东康达油泵油嘴有限公司生产。经过十几年的不断改进，现在已 成功实现了商品化，年产量达3 0 多万台。而b q 2 0 0 0 型喷油泵是在b q 的基础上通 过加大柱塞直径、凸轮升程、增加泵体强度、对调速器改进设计成的具有更高工作 能力的新型、高速直列式喷油泵。当与c a 4 9 8 柴油机匹配时，能大幅度降低c a 4 9 8 柴油机成本，因此其发展前景十分广阔。 2 3 1b q 2 0 0 0 型喷油泵结构特点 b q 2 0 0 0 型喷油泵带y t 3 c 全程式调速器，可以全程控制柴油机的转速、负荷 的工况变化。b q 2 0 0 0 型喷油泵带y t 3 c 调速器结构图见图2 4 所示，其主要特点如 下【9 l 【1 0 1 ： 1 刚性好 b q 2 0 0 0 喷油泵泵体设计摒弃了i 号泵、a 型泵上下分体和侧窗结构，采用全 封闭式泵体结构，同时联接法兰，调速器前壳体与泵体联成一体，进一步提高喷油 泵总成的的整体刚度，为提高喷油泵的供油速率和承载能力在强度和刚度方面奠定 1 1 鬻t ? 匕海交通大学工程硕士专业# 位论文第二章c a 4 9 8 柴油机燃油系统概述 。_ _ _ _ _ _ - - _ _ - _ - - - _ - - _ _ _ - _ _ - _ - _ _ _ _ _ _ - _ _ _ - l _ _ - _ _ _ _ - - - - _ _ _ - _ _ - _ _ _ _ _ _ - _ - - _ _ p _ _ _ - _ - 、一 了基础。 图2 - 4b q 2 0 0 0 型喷油泵总成图 f i g 2 - 4t h eo u t e rc o n t o u ro fb q 2 0 0 0t y p ep u m p ， 2 重量轻、外型尺寸小 由于泵总成结构刚度好，因而有条件采用紧凑的外形设计和薄壁结构。表2 3 列出了国内外同类泵的设计参数，从此表可以看出，在同类型泵中，b q 2 0 0 0 型喷韪 泵具有紧凑的外形和较轻的重量，但具有高的许用泵端峰值压力。 表2 3b q 2 0 0 0 型喷油泵及同类泵主要技术参数比较i 1 1 1 1 1 2 1 1 13j 1 i 淤三 b qb q 2 0 0 0 mc lm c 参数名称 ( b 0 5 c h )( 洋马) ( 捷克) f 缸距( r a m ) 2 5 2 52 42 42 621 凸轮升程( m m )7 3 9778 7 g 柱塞直径m i l l ) 5 8 5 8 5 ，9 ，9 5 5 75 86 9 5 6 一，85 缸数 2 ，3 ，4 3 4 3 ，42 ，3 ，43 。4 ，62 。3 ；二 许用最高转速( r i m i n l 2 2 0 02 l o o2 5 0 02 l0 02 2 0 0i 丐d 0 许用泵端峰值e 力( m p a ) 5 06 54 04 56 0 0 四缸重量【k g ) 66 56 54 57 37a 一- ； 四缸外型尺、j 。a xb “( r a m ) l5 0 2 4 0l5 4 x2 5 31 4 s 2 s 8l5 3 2 35 l7 4 2 6 0。! 二i i 注：b q 泵柱塞每隔o 5 m m 为一档。 a ：从凸轮轴中心至出油阀紧座顶面尺寸； b ：从联接法兰面至调速器尾部尺寸。 3 高速性能好 b q 2 0 0 0 型喷油泵采用全封闭式结构的另一个优点是从结构上可以获得曼小篓 往复惯性质量，因而有利于实现高速。另外，b q 2 0 0 0 型喷油泵采用余弦躺设讦为 凸轮型线，也是提高b q 2 0 0 0 型喷油泵极限转速的一个重要措施。传统的圆弦萋冬 1 2 上海塑奎兰三堡堡主主些堂竺笙苎 苎三主竺竺! ! 鲞塑垫鉴垫至竺塑垄 j 轮型线的负加速度走声：与弹簧力的趋向相反，在凸轮升程始点负加j 塞度最大，因 而惯性力也最大，而此时的弹簧力则较4 、，随着升程增加又出现了弹簧力的过剩， 这给柱塞弹簧的设计带来了困难。采用余弦鼻角设计的凸轮，使惯性力增加的倾向 与弹簧力相一致。这样，在保证柱塞弹簧应力相同的水平下，喷油泵的极限转速比 采用传统圆弧鼻角凸轮型线时增加2 0 。 4 供油能力大、配套范围广 b q 2 0 0 0 型喷油泵柱塞套结构不采用b q 泵的分体式结构，而采用整体式法兰 柱塞套结构，使最大柱塞直径可以扩大到9 5 m m ，凸轮升程为9 m m 。这样，重量 和尺寸比a 型泵小得多的b q 2 0 0 0 型喷油泵，其工作能力已进入a 型泵配套范围。 2 3 2b 0 2 0 0 0 型喷油泵工作原理 图2 5 所示为b q 2 0 0 0 型喷油泵横剖面图：在c a 4 9 8 柴油机运转过程中，柴油 机正时齿轮带动喷油泵驱动齿轮驱动b q 2 0 0 0 型喷油泵，驱动齿轮与喷油泵通过凸 8 l 一凸轮轴；2 滚轮；3 柱塞；4 - 柱塞套；5 出油厩奎；6 - 出油阀弹簧；7 - 出油阀紧座； 8 减容体；9 出油阀： o - 诟l 节齿豳；1 1 齿杆；1 2 柱塞弹簧上座：1 3 一柱塞弹簧；1 4 柱塞弹簧下座：1 5 挺柱体；1 6 - 底盖板 图2 - 5b q 2 0 0 0 型喷油泵横剖面图 f i g 。2 5t h ec u t a w a yv i e wo fb q 2 0 0 0t y p ep u m p 1 3 轮轴l 锥面键槽定位联接。凸轮轴的转动带动滚轮2 和挺柱体1 5 沿泵体中心孔做上 下运动。当凸轮轴上的凸轮由上止点向下止点转动时，柱塞3 在柱塞弹簧1 3 恢复力 的作用下下行，待柱塞斜槽与柱塞套4 进油孔连通时，燃油开始进入柱塞顶部油腔。 在随后的凸轮由下止点向上止点转动时，柱塞在挺柱体的带动下开始上行，由于进 回油孔孔径很小，在小孔的节流作用下，柱塞在没有完全关闭进回油孔时，柱塞腔 的油压已开始建立，当在柱塞关闭进回油孔后，柱塞项部油腔的燃油压力迅速升高。 随着凸轮轴的进一步旋转，高压燃油顶起出油阀9 ，并克服出油阀的卸载容积后， 高压燃油经出油阀进入高压油管，并进入喷油器体油道。喷油嘴喷孔的节流作用使 燃油压力进一步提高，使得针阀开启，柴油以雾化方式喷入柴油机燃烧室。当柱塞 继续上行，使得柱塞斜槽与回油孔沟通时，柱塞顶部高压燃油经斜槽流回到低压油 道，高压腔燃油压力骤降，出油阀迅速关闭，停止向高压油管供油，结束油泵的供 油过程。柱塞的供油过程是在凸轮升程的上升段中完成的。在高匿油管中的高压燃 油在油泵停止供油并经喷射后压力