第七章-内燃机的燃料供给与调节课件1

第七章内燃机的燃料供给与调节功能：及时、优质地为内燃机气缸内提供适量的燃料，以保证缸内混合气形成与燃烧的有效进行。对动力性、经济性、排放与噪声、可靠性等有重要影响，是内燃机的“心脏”

内燃机混合气形成方式与工况调节压燃式内燃机：内部混合气形成，压燃。质调节点燃式内燃机：外部混合气形成，点燃。量调节第一节概述第七章内燃机的燃料供给与调节功能：及时、优质地为内燃1第二节柴油机燃料供给与调节系统的结构与分类对燃油系统要求：保证柴油机动力性能指标的同时，满足对其在节能（经济性）与环保（排放、噪声）指标方面要求。（具体要求P.155）品质（高压喷雾与喷油规律）数量（油量精确控制）时间（喷油始点与延续期）可靠性（防止柴油机超速发生）第二节柴油机燃料供给与调节系统的结构与分类对燃油系统要求：2典型柴油机燃料供给与调节系统：典型柴油机燃料供给与调节系统：3喷油泵的有效供油行程从柱塞顶面关闭进油孔到螺旋槽斜边打开回油孔之间的柱塞行程。齿杆5转动齿圈以及柱塞，改变螺旋槽边缘开启回油孔的相对位置，即改变了有效供油行程，从而改变了供油量喷油泵的有效供油行程4特点：喷油泵为往复式柱塞泵，由凸轮轴来驱动。喷油泵与喷油器之间有高压油管连接。喷油泵的每次供油伴随着一次喷油过程，是脉动式燃料供给系统。合成泵（各缸供油单元在同个壳体中，直列泵，In-linePump）分配泵（少量柱塞对多缸的供油，轴向柱塞分配泵VE泵，径向柱塞分配泵VR泵、VP泵）单体泵系统（UPS，UnitPumpSystem，每缸配一喷油泵）一、泵-管-嘴系统特点：喷油泵为往复式柱塞泵，由凸轮轴来驱动。喷油泵与喷油器之5第七章-内燃机的燃料供给与调节课件16第七章-内燃机的燃料供给与调节课件17第七章-内燃机的燃料供给与调节课件18特点：喷油泵与喷嘴合为一体，系统液力刚度增加，喷油压力水平最高。但属脉动式供油系统，供油压力受工况变化影响。低压低负荷压力降低。新型轿车泵喷嘴的嘴端压力可达到2050bar。二、泵-喷嘴系统（UnitInjectionSystem，UIS）泵-喷嘴系统（UIS）1－柴油机的顶置凸轮轴2－泵-喷嘴柱塞3－柴油机（气缸盖）4－回油5－喷嘴6－电磁阀7－进油特点：喷油泵与喷嘴合为一体，系统液力刚度增加，喷油压力水平最9第七章-内燃机的燃料供给与调节课件110特点：与脉动式燃料供给系统不同，它不直接产生燃料喷射，而是将高压燃料送入蓄压管道（亦称共轨）。燃料喷射由ECU控制喷嘴上的电磁阀，接通高压共轨与喷嘴来实现的。产生较高的喷油压力（150~200MPa），压力可保持恒定而不受柴油机工况的影响，是恒压式燃料供给系统，是按电磁阀开启的时间控制方式，易对喷油时刻与喷油持续期进行调节，且能够实现较为理想的喷油规律，应用前景广阔。三、共轨式系统（CommonRailSystem，CRS）特点：与脉动式燃料供给系统不同，它不直接产生燃料喷射，而是将111－油箱2－滤清器3－输油泵4－高压油泵5－各种传感器6－电控器（ECU）7－喷嘴8－限压阀9－蓄压管道（共轨）10－压力传感器1－油箱2－滤清器3－输油泵4－高压油泵5－各种传感12位移控制方式：油量的变化通过改变柱塞、柱塞套、滑套、分配器等上面的油槽或油孔的相对位置来实现的。如传统的燃料供给系统（直列泵、单体泵以及老式的分配泵等）均为机械式调节，采用位移控制方式。时间控制方式：电控式燃料供给系统，绝大多数（包括VE、VR分配泵、单体泵、泵-喷嘴以及共轨系统）均采用更为精确与灵活的以电磁阀控制的时间控制方式。喷油量的调节方式：位移控制方式：油量的变化通过改变柱塞、柱塞套、滑套、分配器等13一、泵-管-嘴系统的喷油过程（图7-9）第三节柴油机喷油泵结构参数的确定一、泵-管-嘴系统的喷油过程（图7-9）第三节柴油机喷油泵141、几何供油规律：指从几何关系上求出的单位凸轮转角（或单位时间）内喷油泵供入高压油路中的燃油量（即供油率）随凸轮转角（或时间）的变化关系。（mm3/ºCaA）（mm3/s）

每循环几何供油量：平均几何供油率：几何供油规律：二、几何供油规律和喷油规律1、几何供油规律：指从几何关系上求出的单位凸轮转角（或单位时15图7－10柱塞升程及供油率曲线图7－10柱塞升程及供油率曲线162、喷油规律：指在喷油过程中，单位凸轮转角（或单位时间）内从喷油器喷入气缸的燃油量（即喷油率）随凸轮转角（或时间）的变化关系。（mm3/ºCaA）（mm3/s）

喷油规律：每循环喷油量：平均喷油率：2、喷油规律：指在喷油过程中，单位凸轮转角（或单位时间）内从17第七章-内燃机的燃料供给与调节课件118对一定转速和功率范围内的柴油机，采用外型尺寸、结构型式、柱塞轴距相同的喷油泵，用增减柱塞数、更换不同柱塞直径、改变凸轮型线、升程以及出油阀结构尺寸等措施，来满足不同柴油机的配套要求，形成了相应的喷油泵系列。(表7-1)1、最大循环供油量Vmax：取喷油泵最大柱塞直径并设出油阀减压容积为零，采用标准切线凸轮，以凸轮升程至最大几何速度前的0.3mm处作为供油终点，将依据7º凸轮转角供油持续期内的柱塞有效行程计算所得的循环供油量，定义为喷油泵的最大循环供油量

Vmax

，它是喷油泵几何供油量的极限值。

三、喷油泵系列化与工作能力评价指标对一定转速和功率范围内的柴油机，采用外型尺寸、结构型式、192、最大平均供油速率Qmax：平均供油速率是指喷油泵在供油持续期内每度凸轮转角的平均供油量，最高平均供油速率是最大循环供油量的条件下，取7º凸轮轴转角供油持续期作为计算依据求得的平均供油速率。3、喷油泵最高工作转速nPmax油泵转速提高，压力增加，但往复惯性力加大，另调速器也有转速限制。2、最大平均供油速率Qmax：平均供油速率是指喷油泵在供油持204、最大许用泵端压力pPmax：指喷油泵所能承受的最大泵端压力的峰值，提高泵端压力就是相应提高了喷油压力。但泵端压力又受到了喷油泵凸轮、挺柱体、泵体等零件强度和刚度方面的限制。图7-13不同燃烧系统所要求的最大泵端压力与最大平均供油速率之间的关系a）直接喷射、增压、无或低涡流b）直接喷射、增压、低涡流c）直接喷射、有涡流d）分隔式燃烧室图7-13不同燃烧系统所要求的最大泵端压力与最大平均供油211、柱塞直径dp和有效供油行程he柱塞直径增大，供油速率增大，在相同供油量情况下，有效行程减小，供油和喷油持续期缩短，从而缩短柴油机的燃烧期，改善性能。但加大柱塞直径后初期喷油量大，柴油机运转粗暴，此外凸轮承受接触应力也增大。

四、喷油泵主要参数的确定1、柱塞直径dp和有效供油行程he四、喷油泵主要参数的确定22第七章-内燃机的燃料供给与调节课件1232、出油阀的结构与减压作用（等容式，等压式）等容式：优点：结构简单缺点：对变工况适应性差。在高速大负荷时，可能会因减压不够产生二次喷射现象(油管压力高)，而在低速小负荷时，又常可能因减压过度，“气穴”现象，引起零件的穴蚀损坏。（控制高压油管残压）2、出油阀的结构与减压作用（等容式，等压式）等容式：（控制高24图7-23等压式出油阀1－出油阀座2－出油阀芯3－出油阀弹簧4－减容器5－等压阀弹簧6－弹簧座7－钢球8－节流孔等压式：优点：控制高压油路中的残余压力大小并使其保持稳定。

缺点：制造成本高，调试较困难。图7-23等压式出油阀等压式：25（一）喷油压力

喷油压力愈高，燃料喷雾粒度愈细，喷油速率也愈高，柴油机的烟度与微粒排放指标也愈好。小型分隔式燃烧室（涡流室与预燃室）：pj40MPa直喷式柴油机：要求有较高的喷油压力国Ⅱ排放标准，喷油压力不应低于pj

80~100MPa（传统的泵-管-嘴系统的极限）国Ⅲ标准或实现更高的要求，pj

120~150MPa，(达到200MPa以上)。（采用共轨或泵喷嘴系统）

五、喷油特性对柴油机性能的影响（一）喷油压力五、喷油特性对柴油机性能的影响26第七章-内燃机的燃料供给与调节课件127

喷油提前角过大，工作粗暴；反之，燃烧滞后，柴油机燃烧效率下降，未燃HC与烟度增加。通常适当推迟喷油，牺牲经济性来降低NOx。供油提前角：喷油泵柱塞关闭进回油孔开始压油到柴油机活塞上止点所经历的曲轴转角

。最佳喷油提前调节方式：电子控制式机械控制式用改变柱塞头部形状来适应负荷变化与起动工况的要求采用离心式转速提前器，以达到供油提前角随转速增加的目的（随转速增加而加大）喷油持续期（角）：通常应控制为20~25ºCA，其中轿车柴油机因转速高可以至25~35ºCA。（二）喷油提前角、供油提前角、喷油持续期（二）喷油提前角、供油提前角、喷油持续期28用改变柱塞头部形状来适应负荷变化与起动工况的要求

部分负荷提前起动提前全负荷推迟用改变柱塞头部形状来适应负荷变化与起动工况的要求部分负荷提29喷油泵的速度特性：喷油泵在油量调节齿杆位置不变时，每循环喷油量Vb随油泵转速np（或柴油机转速n）变化的特性。由于柱塞套进、回油孔节流作用和柱塞偶件间的泄漏的综合影响，使每循环喷油量随转速降低明显减小。校正：液力校正：基于液体节流作用（改变出油阀形状）机械校正：改变柱塞有效行程（增加低速循环供油量）（三）喷油泵的速度特性及其校正喷油泵的速度特性：喷油泵在油量调节齿杆位置不变时，每循环30工作过程工作过程31图7-27常用柴油机直列泵的速度特性实线1－柴油机充量系数实线2－柴油机扭矩曲线实线3－喷油泵速度特性（外特性）实线4－喷油泵速度特性（部分负荷特性）虚线5－对喷油泵外特性期望的校正值n12534各参数φcPe(Me)Vb图7-27常用柴油机直列泵的速度特性n12534各参数φc32第七章-内燃机的燃料供给与调节课件133（四）喷油规律对柴油机性能的影响

从降低氮氧化物的角度来看，开始阶段喷油较少的“靴”形喷油规律较有利，矩形喷油规律比较差，而三角形喷油规律居中。

（四）喷油规律对柴油机性能的影响从降低氮氧化物的角度来看34（1）初期喷油率要低，主喷射段喷油率应逐步增大，后期喷射率应快速下降（断油干脆）；（2）随负荷增加，喷油规律形状丰满度应逐步提高（适应负荷变化的要求）；（3）沿外特性工作时，喷油规律形状应由靴形（或三角形）向矩形组合逐步过渡。

喷油规律合理形状的原则：（1）初期喷油率要低，主喷射段喷油率应逐步增大，后期喷射率应35喷油率mm3/℃A喷油率mm3/℃A喷油率mm3/℃A2～6℃A6～12℃A6～18℃A曲轴转角℃A曲轴转角℃A曲轴转角℃Aabc图7-31各种可控多次喷射的示意图a预喷射b先导喷射（Pilot-injection）c后喷射喷油率mm3/℃A喷油率mm3/℃A喷油率mm336第七章内燃机的燃料供给与调节功能：及时、优质地为内燃机气缸内提供适量的燃料，以保证缸内混合气形成与燃烧的有效进行。对动力性、经济性、排放与噪声、可靠性等有重要影响，是内燃机的“心脏”

内燃机混合气形成方式与工况调节压燃式内燃机：内部混合气形成，压燃。质调节点燃式内燃机：外部混合气形成，点燃。量调节第一节概述第七章内燃机的燃料供给与调节功能：及时、优质地为内燃37第二节柴油机燃料供给与调节系统的结构与分类对燃油系统要求：保证柴油机动力性能指标的同时，满足对其在节能（经济性）与环保（排放、噪声）指标方面要求。（具体要求P.155）品质（高压喷雾与喷油规律）数量（油量精确控制）时间（喷油始点与延续期）可靠性（防止柴油机超速发生）第二节柴油机燃料供给与调节系统的结构与分类对燃油系统要求：38典型柴油机燃料供给与调节系统：典型柴油机燃料供给与调节系统：39喷油泵的有效供油行程从柱塞顶面关闭进油孔到螺旋槽斜边打开回油孔之间的柱塞行程。齿杆5转动齿圈以及柱塞，改变螺旋槽边缘开启回油孔的相对位置，即改变了有效供油行程，从而改变了供油量喷油泵的有效供油行程40特点：喷油泵为往复式柱塞泵，由凸轮轴来驱动。喷油泵与喷油器之间有高压油管连接。喷油泵的每次供油伴随着一次喷油过程，是脉动式燃料供给系统。合成泵（各缸供油单元在同个壳体中，直列泵，In-linePump）分配泵（少量柱塞对多缸的供油，轴向柱塞分配泵VE泵，径向柱塞分配泵VR泵、VP泵）单体泵系统（UPS，UnitPumpSystem，每缸配一喷油泵）一、泵-管-嘴系统特点：喷油泵为往复式柱塞泵，由凸轮轴来驱动。喷油泵与喷油器之41第七章-内燃机的燃料供给与调节课件142第七章-内燃机的燃料供给与调节课件143第七章-内燃机的燃料供给与调节课件144特点：喷油泵与喷嘴合为一体，系统液力刚度增加，喷油压力水平最高。但属脉动式供油系统，供油压力受工况变化影响。低压低负荷压力降低。新型轿车泵喷嘴的嘴端压力可达到2050bar。二、泵-喷嘴系统（UnitInjectionSystem，UIS）泵-喷嘴系统（UIS）1－柴油机的顶置凸轮轴2－泵-喷嘴柱塞3－柴油机（气缸盖）4－回油5－喷嘴6－电磁阀7－进油特点：喷油泵与喷嘴合为一体，系统液力刚度增加，喷油压力水平最45第七章-内燃机的燃料供给与调节课件146特点：与脉动式燃料供给系统不同，它不直接产生燃料喷射，而是将高压燃料送入蓄压管道（亦称共轨）。燃料喷射由ECU控制喷嘴上的电磁阀，接通高压共轨与喷嘴来实现的。产生较高的喷油压力（150~200MPa），压力可保持恒定而不受柴油机工况的影响，是恒压式燃料供给系统，是按电磁阀开启的时间控制方式，易对喷油时刻与喷油持续期进行调节，且能够实现较为理想的喷油规律，应用前景广阔。三、共轨式系统（CommonRailSystem，CRS）特点：与脉动式燃料供给系统不同，它不直接产生燃料喷射，而是将471－油箱2－滤清器3－输油泵4－高压油泵5－各种传感器6－电控器（ECU）7－喷嘴8－限压阀9－蓄压管道（共轨）10－压力传感器1－油箱2－滤清器3－输油泵4－高压油泵5－各种传感48位移控制方式：油量的变化通过改变柱塞、柱塞套、滑套、分配器等上面的油槽或油孔的相对位置来实现的。如传统的燃料供给系统（直列泵、单体泵以及老式的分配泵等）均为机械式调节，采用位移控制方式。时间控制方式：电控式燃料供给系统，绝大多数（包括VE、VR分配泵、单体泵、泵-喷嘴以及共轨系统）均采用更为精确与灵活的以电磁阀控制的时间控制方式。喷油量的调节方式：位移控制方式：油量的变化通过改变柱塞、柱塞套、滑套、分配器等49一、泵-管-嘴系统的喷油过程（图7-9）第三节柴油机喷油泵结构参数的确定一、泵-管-嘴系统的喷油过程（图7-9）第三节柴油机喷油泵501、几何供油规律：指从几何关系上求出的单位凸轮转角（或单位时间）内喷油泵供入高压油路中的燃油量（即供油率）随凸轮转角（或时间）的变化关系。（mm3/ºCaA）（mm3/s）

每循环几何供油量：平均几何供油率：几何供油规律：二、几何供油规律和喷油规律1、几何供油规律：指从几何关系上求出的单位凸轮转角（或单位时51图7－10柱塞升程及供油率曲线图7－10柱塞升程及供油率曲线522、喷油规律：指在喷油过程中，单位凸轮转角（或单位时间）内从喷油器喷入气缸的燃油量（即喷油率）随凸轮转角（或时间）的变化关系。（mm3/ºCaA）（mm3/s）

喷油规律：每循环喷油量：平均喷油率：2、喷油规律：指在喷油过程中，单位凸轮转角（或单位时间）内从53第七章-内燃机的燃料供给与调节课件154对一定转速和功率范围内的柴油机，采用外型尺寸、结构型式、柱塞轴距相同的喷油泵，用增减柱塞数、更换不同柱塞直径、改变凸轮型线、升程以及出油阀结构尺寸等措施，来满足不同柴油机的配套要求，形成了相应的喷油泵系列。(表7-1)1、最大循环供油量Vmax：取喷油泵最大柱塞直径并设出油阀减压容积为零，采用标准切线凸轮，以凸轮升程至最大几何速度前的0.3mm处作为供油终点，将依据7º凸轮转角供油持续期内的柱塞有效行程计算所得的循环供油量，定义为喷油泵的最大循环供油量

Vmax

，它是喷油泵几何供油量的极限值。

三、喷油泵系列化与工作能力评价指标对一定转速和功率范围内的柴油机，采用外型尺寸、结构型式、552、最大平均供油速率Qmax：平均供油速率是指喷油泵在供油持续期内每度凸轮转角的平均供油量，最高平均供油速率是最大循环供油量的条件下，取7º凸轮轴转角供油持续期作为计算依据求得的平均供油速率。3、喷油泵最高工作转速nPmax油泵转速提高，压力增加，但往复惯性力加大，另调速器也有转速限制。2、最大平均供油速率Qmax：平均供油速率是指喷油泵在供油持564、最大许用泵端压力pPmax：指喷油泵所能承受的最大泵端压力的峰值，提高泵端压力就是相应提高了喷油压力。但泵端压力又受到了喷油泵凸轮、挺柱体、泵体等零件强度和刚度方面的限制。图7-13不同燃烧系统所要求的最大泵端压力与最大平均供油速率之间的关系a）直接喷射、增压、无或低涡流b）直接喷射、增压、低涡流c）直接喷射、有涡流d）分隔式燃烧室图7-13不同燃烧系统所要求的最大泵端压力与最大平均供油571、柱塞直径dp和有效供油行程he柱塞直径增大，供油速率增大，在相同供油量情况下，有效行程减小，供油和喷油持续期缩短，从而缩短柴油机的燃烧期，改善性能。但加大柱塞直径后初期喷油量大，柴油机运转粗暴，此外凸轮承受接触应力也增大。

四、喷油泵主要参数的确定1、柱塞直径dp和有效供油行程he四、喷油泵主要参数的确定58第七章-内燃机的燃料供给与调节课件1592、出油阀的结构与减压作用（等容式，等压式）等容式：优点：结构简单缺点：对变工况适应性差。在高速大负荷时，可能会因减压不够产生二次喷射现象(油管压力高)，而在低速小负荷时，又常可能因减压过度，“气穴”现象，引起零件的穴蚀损坏。（控制高压油管残压）2、出油阀的结构与减压作用（等容式，等压式）等容式：（控制高60图7-23等压式出油阀1－出油阀座2－出油阀芯3－出油阀弹簧4－减容器5－等压阀弹簧6－弹簧座7－钢球8－节流孔等压式：优点：控制高压油路中的残余压力大小并使其保持稳定。

缺点：制造成本高，调试较困难。图7-23等压式出油阀等压式：61（一）喷油压力

喷油压力愈高，燃料喷雾粒度愈细，喷油速率也愈高，柴油机的烟度与微粒排放指标也愈好。小型分隔式燃烧室（涡流室与预燃室）：pj40MPa直喷式柴油机：要求有较高的喷油压力国Ⅱ排放标准，喷油压力不应低于pj

80~100MPa（传统的泵-管-嘴系统的极限）国Ⅲ标准或实现更高的要求，pj

120~150MPa，(达到200MPa以上)。（采用共轨或泵喷嘴系统）

五、喷油特性对柴油机性能的影响（一）喷油压力五、喷油特性对柴油机性能的影响62第七章-内燃机的燃料供给与调节课件163

喷油提前角过大，工作粗暴；反之，燃烧滞后，柴油机燃烧效率下降，未燃HC与烟度增加。通常适当推迟喷油，牺牲经济性来降低NOx。供油提前角：喷油泵柱塞关闭进回油孔开始压油到柴油机活塞上止点所经历的曲轴转角

。最佳喷油提前调节方式：电子控制式机械控制式用改变柱塞头部形状来适应负荷变化与起动工况的要求采用离心式转速提前器，以达到供油提前角随转速增加的目的（随转速增加而加大）喷油持续期（角）：通常应控制为20~25ºCA，其中轿车柴油机因转速高可以至25~35ºCA。（二）喷油提前角、供油提前角、喷油持续期（二）喷油提前角、供油提前角、喷油持续期