内燃机原理第7章PPT幻灯片

1,第七章柴油机燃料供给系,第一节柴油机燃料供给系概述第二节燃料喷射过程第三节喷油泵的参数选择及其对柴油机性能的影响第四节喷油器的参数选择及其对柴油机性能的影响第五节不正常喷射和消除措施第六节电控柴油机燃料供给系,2,第一节柴油机燃料供给系概述,一、对燃料供给与调节装置的要求产生足够高的喷油压力；对每一个内燃机运转工况，精确控制每循环喷入气缸的燃油量；在内燃机所运转的工况范围内，尽可能保持最佳的起始喷油时刻、喷油持续时间与喷油规律；保证柴油机安全可靠地工作。,3,第一节柴油机燃料供给系概述,二、分类泵管嘴系统合成泵系统分配泵单体泵泵喷嘴共轨系统机械式与电子控制式位置控制式与时间控制式,4,第一节柴油机燃料供给系概述,二、分类泵管嘴系统合成泵系统,5,第一节柴油机燃料供给系概述,二、分类泵管嘴系统分配泵,6,第一节柴油机燃料供给系概述,二、分类泵管嘴系统单体泵,7,第一节柴油机燃料供给系概述,二、分类泵管嘴系统泵喷嘴,8,第一节柴油机燃料供给系概述,二、分类泵管嘴系统泵喷嘴共轨系统,9,第二节燃料喷射过程,一、喷油过程喷油泵开始供油喷油器停止喷油。供油提前角：供油始点喷油提前角：喷油始点喷油延迟角：喷油提前角-供油提前角。柱塞的预行程：在柱塞上升过程中，柱塞从下止点上升到进、回油孔关闭时所经过的距离。决定柱塞在压油过程中，初速度大小，影响喷油速率。柱塞的有效行程：柱塞封闭进、回油孔开始压油到柱塞斜槽上边缘与回油孔相通开始回油所经历的升程。其大小与循环供油量有关，决定了喷油器循环喷油量的大小。,10,第二节燃料喷射过程,一、喷油过程,11,第二节燃料喷射过程,一、喷油过程,12,第二节燃料喷射过程,二、几何供油规律和喷油规律几何供油规律：从几何关系上求出的单位凸轮转角（或单位时间）喷油泵供入高压油路中的燃油随凸轮转角（或时间）的变化关系。由柱塞的直径和凸轮型线的运动特性决定。,13,第二节燃料喷射过程,二、几何供油规律和喷油规律,14,第二节燃料喷射过程,二、几何供油规律和喷油规律喷油规律：在喷油过程中，单位凸轮转角（或单位时间）从喷油器喷入气缸的燃油随凸轮转角（或时间）的变化关系。,15,第二节燃料喷射过程,二、几何供油规律和喷油规律,16,第二节燃料喷射过程,3、喷油规律与供油规律的差别及产生原因：1）差别：供油规律可以由喷油泵几何参数计算得出，喷油规律由喷油系统的几何参数和燃油在高压作用下的液力特性综合作用所决定，它们之间有一定的内在联系，喷油规律受供油规律的影响，喷油始点迟于供油始点，喷油持续时间大于供油时间，喷油速率的峰值小于供油速率的峰值，平均喷油率与喷油量均小于几何供油量，喷油规律与供油规律不同。2）产生差别的原因：燃油的可压缩性高压油管的弹性变形管路中压力波动的影响燃油系统对柴油机性能的影响主要表现在对喷油规律的影响。,17,第二节燃料喷射过程,3、喷油规律与供油规律的差别及产生原因：,18,第二节燃料喷射过程,三、影响喷油规律的因素：凸轮廓线的影响凸轮廓线柱塞运动规律供油规律喷油规律凸轮工作段工作段柱塞运动规律供油规律喷油规律柱塞直径柱塞直径增大向油管的供油速度增大、喷油延续角下降喷油规律喷孔直径的影响：喷孔的截面积下降喷油延续角增大高压油管的影响长度增加高压油容积增大压力波传播时间增长压缩性变大直径下降阻力增大节流损失增加,19,第三节喷油泵的参数选择及其对柴油机性能的影响,喷油泵结构参数和调整参数影响喷油过程，从而对内燃机性能有一定影响。主要参数有供油始点，柱塞直径，凸轮型线和最大升程，供油预行程，出油阀减压容积等。,20,第三节喷油泵的参数选择及其对柴油机性能的影响,一、喷油泵的系列化和工作能力评价系列化：某一功率和转速范围，外型尺寸、结构形式、柱塞轴距相同，增减柱塞数、更换不同的柱塞直径、改变凸轮型线、升程和出油阀结构尺寸等，对供油量及转速进行调整，形成系列。工作能力评价最大循环供油量：越大，喷油泵的尺寸越大，工作能力越强，能满足更大功率柴油机的要求。最大平均供油速率：提高途径是增加柱塞直径与提高柱塞平均速度。最大许用泵端压力：受喷油泵凸轮、挺柱体、泵体等零件强度和刚度限制。最高工作转速：其值大，柱塞运动产生的往复惯性力增大，当柱塞下行时，若此惯性力超过柱塞弹簧的压紧力时，会使挺柱滚轮与凸轮表面之间产生脱开，产生冲击。,21,第三节喷油泵的参数选择及其对柴油机性能的影响,二、喷油泵参数的选择柱塞直径与有效供油行程柱塞直径增大供油速率增大相同供油量时，有效行程减小供油和喷油持续期缩短燃烧期缩短性能改善。但直径增大初期喷油量大，柴油机工作粗暴，凸轮承受的接触应力也增大。凸轮最大升程和供油预行程的确定预行程大小可通过喷油泵挺柱体总成高度的大小予以调整。切线凸轮：循环供油量一定，有效行程一定，预行程影响供油持续期，预行程大，供油初速度增加，平均供油速度增加，持续期下降，喷油压力及速率增加，发动机性能提高。,22,第三节喷油泵的参数选择及其对柴油机性能的影响,二、喷油泵参数的选择凸轮最大升程和供油预行程的确定,23,第三节喷油泵的参数选择及其对柴油机性能的影响,二、喷油泵参数的选择柱塞直径与有效供油行程凸轮最大升程和供油预行程的确定出油阀结构和减压容积1）作用：使燃油达到一定压力，才能进入高压油管防止高压油从高压油管倒流减压使喷油迅速结束2）减压容积：影响柴油机性能。高压油路容积一定，出油阀减压容积越大高压油膨胀越多高压油路中油压下降越多油管中残余压力越低可能产生穴蚀。高压容积太小高压油路中油压偏高高压油管中压力波动增加产生二次喷射。出油阀减压容积的选取与高压容积、油管压力峰值的大小有关。高压油路容积越大，减压容积也要越大；油管压力峰值越大，减压容积也需越大。现代高性能柴油机高速、全负荷时，喷油压力很高，需要较大的减压容程；低怠速工况，喷油压力明显减小，减压作用过度将会造成柴油供油的不稳定。高压喷射用等容式出油阀不能满足柴油机在各种工况下的工作要求，出现了阻尼出油阀和等压出油阀。,24,第三节喷油泵的参数选择及其对柴油机性能的影响,三、喷油特性对柴油机性能的影响喷油压力喷油压力雾化质量喷油速率烟度与微粒排放性能喷油提前角、喷油持续期喷油持续期后燃柴油机性能喷油规律的影响喷油速率、喷油持续期、喷油规律的形状初期喷油率低，主喷射段喷油率逐步增大，后期喷射率应快速下降，断油干脆；随负荷增加，喷油规律形状丰满度应逐步提高；沿外特性工作，喷油规律形状应由靴形或三角形向矩形组合逐步过渡。,25,第三节喷油泵的参数选择及其对柴油机性能的影响,四、压燃式内燃机调速器工作特性及其与主机的匹配（一）喷油泵速度特性及其较正方法1、喷油泵速度特性：喷油泵油量控制机构（齿杆或拉杆）位置一定时，喷油系统每循环喷油量随转速的变化特性。原因：柱塞套进、回油孔节充作用和柱塞偶件间的泄漏作用的综合结果。发动机转速增大，泄漏量少，供油量多。2、影响因素主要是出油阀结构，柱塞直径与进、回油孔直径的比值，进、回油孔的个数，喷油嘴结构型式和喷油压力。,26,第三节喷油泵的参数选择及其对柴油机性能的影响,四、压燃式内燃机调速器工作特性及其与主机的匹配（一）喷油泵速度特性及其较正方法3、实际要求满足扭矩特性的要求，发动机低速时有一定扭矩储备。与充量系数相协调，充分利用进入的空气。较陡的喷油泵速度特性在低怠速成段容易引起参展速工作不稳定。4、校正方法：液力较正和机械校正液力较正：常用出油阀校正；机械校正：弹簧校正。,27,第三节喷油泵的参数选择及其对柴油机性能的影响,四、压燃式内燃机调速器工作特性及其与主机的匹配（二）机械式调速器工作特性1、调速器的作用与分类调速器的作用：根据负荷变化，控制齿杆（或拉杆）位移，改变循环喷油量，即随负荷的增减而增减循环喷油量，将转速变化量限制在允许范围之内。分类：按结构与工作原理分类：机械、液压与电子按功能分类：单极、两极、全程、全程两极组合式,28,第三节喷油泵的参数选择及其对柴油机性能的影响,2、机械式调速器工作特性调速器工作时，固定调速手柄位置，喷油泵油量控制机构的位移随转速的变化关系。,29,第三节喷油泵的参数选择及其对柴油机性能的影响,调速器性能（1）调速率制取方法：突变负荷实验。试验时，使柴油机在标定工况下运转，然后突卸全部负荷，测定突变负荷前后的转速即可得。,30,第三节喷油泵的参数选择及其对柴油机性能的影响,1）稳定调速率式中：n1突卸负荷前柴油机的标定转速n2突卸负荷后柴油机的最高稳定空载转速太大，对工作机械的稳定工作不利，而且对于空转时柴油机零件的磨损也有害。,31,第三节喷油泵的参数选择及其对柴油机性能的影响,1）稳定调速率,32,第三节喷油泵的参数选择及其对柴油机性能的影响,2）瞬时调速率。评价过渡过程的指标。过渡过程：柴油机在负荷突然变化时，转速经过数次波动后方能在新的转速下稳定工作，这个过程称为过渡过程。游车：过渡过程不好时，转速不能稳定在某一转速下，转速有较大的波动，严重时还会发生转速忽高忽低的响声，这种现象称为，游车。,33,第三节喷油泵的参数选择及其对柴油机性能的影响,2）瞬时调速率式中：n1突卸负荷前柴油机的标定转速n3突卸负荷后柴油机的最高瞬时转速,34,第三节喷油泵的参数选择及其对柴油机性能的影响,（2）不灵敏度式中：n2负荷减小时，调速器开始起作用时的曲轴转速n1负荷增大时，调速器开始起作用时的曲轴转速n柴油机平均转速过大时，会引起柴油机转速不稳。,35,第三节喷油泵的参数选择及其对柴油机性能的影响,（2）不灵敏度,36,第四节喷油器的参数选择及其对柴油机性能的影响,一、喷油器调整参数开启压力式中：dn为针阀直径ds针阀密封座面直径F喷油器针阀压紧力,37,第四节喷油器的参数选择及其对柴油机性能的影响,一、喷油器调整参数喷油器关闭压力p0大于ps，关闭压力越接近开启压力，则喷雾质量越好，断油越干脆。喷油系统其它参数一定时，p0大小决定了系统油压的大小，p0大，高压油管内的峰值压力高。,38,第四节喷油器的参数选择及其对柴油机性能的影响,二、喷油器喷孔面积和流通特性喷油器喷孔面积大小与喷油器针阀开启的升程、喷油器的结构形式有关。孔式喷油器的最大截面取决于喷孔的数目和喷孔直径，而轴针式喷油器最大喷孔截面取决于最大升程和喷油器头部的形状。,39,第四节喷油器的参数选择及其对柴油机性能的影响,二、喷油器喷孔面积和流通特性1）喷油器的流通特性：喷孔流通截面积与针阀升程的关系孔式喷油器：升程增加喷孔流通截面积增加轴针式喷油器：升程增加喷孔流通截面积增加升程增加不变升程增加急剧增加,40,第四节喷油器的参数选择及其对柴油机性能的影响,二、喷油器喷孔面积和流通特性,41,第四节喷油器的参数选择及其对柴油机性能的影响,二、喷油器喷孔面积和流通特性2）喷孔面积：影响喷油持续时间和喷油压力。喷孔面积增加流通面积增加喷油持续时间下降喷孔面积增大较多喷油速率降低，喷油节流下降喷油持续期短，喷雾质量下降喷孔面积过小喷油压力高，易产生不正常喷射。,42,第四节喷油器的参数选择及其对柴油机性能的影响,二、喷油器喷孔面积和流通特性3）喷孔直径与孔数喷孔总面积不变，孔多，孔径小，燃料分散度增大，雾化质量提高，但油束贯穿度下降，延长了喷油持续时间，并易引起喷孔堵塞。喷孔面积、孔数、直径、喷射角度、燃烧室和气流运动密切配合，统一考虑。,43,第四节喷油器的参数选择及其对柴油机性能的影响,二、喷油器喷孔面积和流通特性4）针阀升程保证足够喷孔流通截面积的前提下，减小针阀升程可以提高使用寿命，影响柴油机性能及喷嘴寿命。升程太小，针阀密封面处节流损失增加，压降增大，雾化不良，喷油泵过载。升程太大喷油器弹簧应力增大，冲击负荷增大，磨擦损失增大，寿命下降。针阀落座时间增大，燃气窜入可能性增加，易引起漏油、积碳、针阀卡住。,44,第四节喷油器的参数选择及其对柴油机性能的影响,三、喷雾锥角及其喷油油束在燃烧室的分布1燃料的喷雾燃油的喷雾（或雾化）：将燃油粉碎分散为细小液滴的过程。作用：增加燃料蒸发表面积，加速混合气形成。喷注特性：可用三个参数说明。（1）喷注的射程射程太小，空气得不到充分利用射程太大，大部分燃油喷到壁面上，不同的混合气形成方式有不同的要求。（2）喷雾锥角由喷油器头部形状决定：轴针式喷油器的轴针直径、喷孔直径与轴针直径之差值、喷孔与轴针的导向长度和轴针头部形状都影响喷雾锥角。喷雾锥角增大油束松散，油滴细喷雾锥角减小油束紧密，油滴大（3）雾化质量细度和均匀度。,45,第四节喷油器的参数选择及其对柴油机性能的影响,三、喷雾锥角及其喷油油束在燃烧室的分布2、影响因素：（1）喷嘴结构、喷孔尺寸喷油压力、喷孔总面积一定：孔数增加孔径下降射程下降雾化质量提高孔数减少孔径增大射程增大雾化质量下降（2）喷油压力：喷油压力增大初速度增大喷孔中扰动程度增大介质阻力增大射程和雾化质量提高燃烧过程加快排放下降可能采用推持喷油降低排放而比油耗不变坏有高压喷射的趋势。（3）介质反压力反压力增大密度增加阻力增大喷雾锥角增大、射程下降、雾化质量提高（4）供油速度加快（发动机转速增加、凸轮形状）喷油压力增大雾化质量提高、射程加大、喷雾锥角增大。,46,第四节喷油器的参数选择及其对柴油机性能的影响,四、喷油器压力室容积压力室容积：喷油器针阀密封座面以下的容积与喷孔容积之和。压力室容积增大比油耗、烟度与HC排放增加。,47,第五节不正常喷射和消除措施,一、二次喷射定义在主喷射过程结束后，喷射终了针阀落座后，又二次开启向气缸内喷油的现象。危害：使整个喷油持续时间延长，二次喷射的燃油是在较低的压力下喷入气缸的，雾化质量差，燃烧不完全，且喷射偏离上止点附近，后燃严重，造成燃油消耗、排烟和排温升高，性能恶化，零部件过热甚至喷孔积碳堵塞。产生工况高速、大负荷工况。,48,第五节不正常喷射和消除措施,一、二次喷射,49,第五节不正常喷射和消除措施,一、二次喷射产生原因燃油在高压作用下的可压缩性和燃油压力波在高压油路的传播与反射。当喷油系统结构参数匹配不当时，主喷射期柱塞供油结束，出油阀落座，高压油路的燃油回充。这一膨胀压力波传到喷油嘴端，针阀落座，主喷射结束，同时燃油流回出油阀紧帽。因出油阀已落座，压力上升，此压力波再次传到喷油嘴端时，当盛油槽内压力峰值超过喷油器开启压力时，针阀二次开启向气缸内喷油。消除措施适当增大等容出油阀的减压容积，减小高压油路容积。在保证喷雾质量的前提下，适当增大喷孔总面积。增大出油阀弹簧刚度和开启压力。采有特殊的出油阀。,50,第五节不正常喷射和消除措施,二、穴蚀定义燃油系统中，任何点的压力下降到等于或低于该温度下的饱和蒸气压时，就形成气泡，当压力高于燃油蒸气压力时，气泡破裂，产生很高压力，不断撞击金属表面，破坏金属表面。消除措施减少喷孔流通面积或出油阀减压速度。但会引起二次喷射的发生，近年大功率柴油机采用特殊结构出油阀。,51,第五节不正常喷射和消除措施,三、不稳定喷射（不规则喷射）定义在某些工况，当结构参数匹配不当时，循环供油量不断变动，各循环喷油规律也有差异的现象