柴油机供给系统课件

柴油机供给系统

柴油机使用的燃料是柴油，与汽油相比，柴油粘度大，蒸发性差，一般来说不可能通过化油器在气缸外部与空气形成均匀的混合气，故采用高压喷射的方法。在压缩行程接近终了时把柴油喷进气缸，直接在气缸内形成混合气，并借缸内的空气高温自行发火燃烧。由此决定了柴油机供给系的组成、构造及其工作原理。返回结束柴油机供给系的组成结束返回第一节柴油机供给系的功用和组成一功用和要求

要求：1.根据负荷、转速的不同供给相应的燃油量

2.燃料在规定的时刻喷入到气缸内（定时）

3.喷入气缸（燃烧室）内的燃油应成露状

4.保证一定的供油规律和持续时间

5.能自动调节供油二组成（一）燃油供给装置：柴油箱、输油泵、低压油管、柴油滤清器、喷油泵、高压油管、喷油器和回油管组成。（二）空气供给装置：空气滤清器、进气管、气缸盖内的进气道。（三）混合气形成装置：燃烧室（四）废气排出装置；气缸盖内的排气道、排气管以及排气消声道。结束返回第二节喷油器一功用：将燃油雾化成教细的颗粒，并把它分布到燃烧室中。二要求：喷油器应具有一定的喷射压力和射程，以及合适的喷注椎角。此外，喷油器应该在规定的时刻迅速地切断燃油的供给，不发生滴漏现象。三类型：其中，常见的型式有两种：孔式喷油器和轴针式。（一）孔式喷油器如图5-5

特色：喷孔数多，孔径小主要用于具有直接喷射燃烧室的柴油机。喷孔数和喷孔角度的选择视燃烧室的形状、大小及空气涡流情况而定。（二）轴针式喷油器特色：自净其工作原理与孔式相同。其构造特点是针阀下端的密封面以下还延伸出一个轴针，其形状可以是倒椎形或圆柱形。结束返回四喷油器的型号表示1：喷嘴型式（ZS-轴针式、ZK-孔式、ZCK-长形孔式）2：轴针式（喷射锥角）、多孔式（喷射夹角）3：系列尺寸，是指针阀体大端的外部直径

R-16mm、S-17mm、P-22mm、U-30mm、V-42mm、W-50mm4：设计编号：孔数、孔径（轴针直径）对于节流式，还需加“Ｊ”。例如：ZCK154S432其意义为：长形孔式，喷孔夹角154º，S-17mm，4个孔径，孔径0.32mm。2134结束返回第三节喷油泵一功用：定时、定量地向喷油器输送高压燃油。多缸柴油机应保证：1.各缸的供油次序应符合所要求的发动机发火次序。2.各缸供油量均匀，不均匀度在标定工况下不大于3%~4%。3.各缸供油提前角一致，相差不大于0.5°曲轴转角二分类：按喷油泵的作用原理不同可分为三类，柱塞式喷油泵、喷油泵—喷油器和转子分配式喷油泵如图所示

三主要零件分类

1.柱塞副偶件——柱塞套、柱塞芯

见图柱塞套偶件的结构

2.出油阀偶件

见下图

3.供油时间的调整包括供油起始角、喷油提前角（迟后）、供油提前角。结束返回柱塞套和柱塞型式结束返回出油阀偶件结束返回第四节调速器一发动机的速度特性《图发动机10-11》二工作指标（一）瞬时调速率（二）稳定调速率（三）不灵敏度书258页结束返回三分类：

（一）按调速器的功能分：定速（或称单程）调速器、两速（或称两极）调速器、全速（或称全程）调速器（二）按转速传感原理分：机械离心式调速器、气动式调速器、复合调速器。四机械式离心式调速器的工作原理（一）单程调速器工作原理图4-29

（二）全程调速器工作原理结束返回第五节柴油机供给系的辅助装置一柴油滤清器二输油泵作用：保证柴油在低压油路内循环，并供应足够数量及一定压力的柴油给喷油泵，其输油量应为全负荷最大喷油量的3~4倍。输油泵有活塞式、膜片式、齿轮式和叶片式等几种。活塞式喷油泵的结构如图5-49结束返回第六节新应用车用压缩天然气/柴油双燃料发动机燃料供给系统总体设计研究通过对压缩天然气(CNG)/柴油双燃料发动机的燃料供给系统总体方案的研究,以及对掺烧CNG策略分析研究,提出了一种双燃料发动机燃料供给系统。1

前言世界石油资源短缺和生态环境保护是人类面临的主要问题,这必将对传统的石油燃料发动机发起挑战,天然气、液化石油气由于其低排放的环保功效,低燃料费用和合理的资源配置,近年来在国际上日益受到重视,世界各国都在致力于气体燃料发动机的开发。气体燃料主要是天然气,是继煤和石油之后的第三大能源,我国天然气资源比较发达,经过资源评价,其总资源量可达38×104亿m3,其中陆地上有29.9×104亿m3,主要分布在四川、陕北、青海、新疆。海上有8.1×104亿m3,主要在东海、南海和渤海。2000年我国天然气产量将达到300亿m3,输气管道将达到1万km。预计2010年产量将达到1000亿m3,这些为我国大量发展天然气发动机提供了资源条件,对改善西部的能源结构有深远意义。在我国,城市大气污染物的60%来自车用发动机的尾气排放,特别是柴油发动机结束返回

中所含颗粒物较高,通常情况下为汽油机的50倍以上,所以很多城市大气中悬浮颗粒物超标,与柴油发动机车的尾气排放有密切关系,其中可吸入颗粒物对人体有致癌作用,危害较大,细颗粒是导致心血管和呼吸疾病的主要原因。所以使用低排放发动机对于改善空气质量,特别是解决大中型城市的空气污染问题有其实际意义。天然气是以甲烷为主占(90%以上)其分子量小,H/C值高达4左右,并且有较高的辛烷值、热值高、抗爆性能好、着火温度高的特点。由于压缩天然气(CNG)在发动机内与空气混合时同为气态,与柴油相比混合气更均匀,燃烧也更完全。因此天然气发动机与使用普通燃料(如汽油或柴油)的发动机相比可明显降低有害物,特别是颗粒排放物的含量,另外可以完全消除铅、苯和芳香烃等严重危害物。天然气作为“绿色燃料”是大有可为的。可见,改变城市车用发动机的燃料结构,充分利用中国,特别是西部地区丰富的天然气资源,开发适合中国道路和交通环境的车用发动机是一项十分紧迫而有重大意义的课题。结束返回2CNG柴油双燃料发动机总体方案构想

近来我国天然气车用发动机发展迅速,特别是在CNG/汽油发动机开发方面投入了巨大的力量,并具备了较为成熟的技术,仅四川省,这种采用火花塞点燃天然气的发动机约装车5000辆。但是对于压燃式柴油发动机使用天然气,目前尚处于研究阶段,根据我国的使用情况,有大量的在用柴油发动机,和大批生产的车用柴油发动机不可能退出和放弃不断迅速发展的天然气市场,所以开发适用于国内市场和用户需求的CNG/柴油双燃料发动机便成为当务之急。2.1

CNG/柴油双燃料发动机总体方案要求总的原则是:(1)

柴油机的结构基本不变,CNG装置选配。

(2)

动力性与柴油机基本相当。

(3)

排气烟度明显好于柴油机。

(4)

转换操作性好。

(5)

装车可驾驶性强,不改变司机的驾驶习惯。

(6)

制造成本低,配套适应性强。

(7)

可用于在用车辆改造。

(8)可用100%柴油运转。结束返回2.2

CNG/柴油双燃料发动机总体方案策略(1)

天然气采用进气管预混合如果将CNG直接喷入气缸,需要对原柴油机结构作较大改造,机构复杂,费用高。因此采用CNG从进气管进入与空气预混合的方式掺烧CNG比较符合对现有柴油发动机的改造。

(2)

柴油引燃由于天然气燃点很高,不能在现有柴油机的压缩比下压燃,而柴油机没有汽油机的点火系统,若加装点火装置,则对原机的改动更加复杂,燃烧室形状、压缩比、燃料供给系统都要改,实际上运动件、固立件都要改变,往往是不现实的。而柴油引燃,充分考虑了柴油机的特点,压缩比高,充分利用CNG良好的抗爆性能,获得满意的动力性能。柴油引燃,点火能量远远高于火花点火时的能量,从而保证着火稳定,避免失火,且甲烷相对较慢的火焰传播速度,可以降低未燃甲烷的排放量,提高动力性。另外压燃使发动机能够恢复柴油状态,这在加气站分布不均匀的情况下,是必然的选择。结束返回(3)

采用以型板为特征的机械控制式双燃料供给系统

目前对于双燃料的供给系统,就燃料系统的控制方式而言,可以选择电子控制或者机械控制。电子控制在柴油机领域已经得到很大的发展,但是难以适合机械控制的传统柴油机,而且昂贵的电控系统势必增加改装成本。还有一种简单电控加上机械控制方式

[1],这种方式以少量柴油作为引燃油,双燃料运行时,柴油量固定不变,只控制CNG供给量。这种方式难以在整个负荷范围内优化CNG/柴油比例。此外这种系统的成本仍然较高。简单的机械控制方案

[2],采用杠杆联动机构将CNG供给量与油门相联接。这种方式无法实现控制CNG/柴油比例,因而不能应用于实际改装。综合以上分析讨论,确定总体方案策略为:以合适的机械控制方式的双燃料供给系统改装非电控柴油机。以合适柴油替代率、有效地降低烟度为目标,综合考虑实际使用效果,使得CNG/柴油双燃料发动机具有低成本,满足综合的技术指标,并且具有良好的操作使用性能。为此,提出一种以型板为特征的机械控制式双燃料供给系统。结束返回3

CNG/柴油双燃料供给系统方案设计3.1

双燃料发动机双燃料发动机由在柴油机上增加CNG供给系统组装而成。双燃料供给系统包括柴油供给系统和CNG供给系统。双燃料发动机的柴油供给方式与原柴油机完全相同。如图1所示,CNG由气瓶经过手动截止阀流至减压器。在减压器中,CNG的压力由20MPa降至-0.1～1.2kPa。发动机的循环水经过减压器,提供热量以免减压节流时产生的低温冷冻现象。由减压器出来的CNG气体,经过由型板控制的CNG调节阀,进入安装在进气总管上的文丘里混合器,CNG随同空气预混合后进入气缸,由喷入缸内的柴油引燃。发动机转速变化时,利用安装在进气管上文丘里混合器喉口处的真空度变化,CNG的供给量随转速变化而自动调节。发动机的负荷变化时,发动机油门带动机械相联的型板,型板按照预先设定的型板曲线作为控制规律,改变CNG调节阀的流通截面,从而控制通过CNG调节阀的CNG供给量。图1

CNG/柴油双燃料发动机系统示意图1-充气阀;2-手动截止阀;3-钢瓶组;4-减压器;5-调节器;6-控制型板;7-油泵;

8-混合器;9-排气消声器结束返回3.2

系统特点

(1)

型板是双燃料供给系统的技术思想核心。型板使得机械方式能够实现预先设定的柔性控制,将柴油机油门与拉杆之间的线性变化关系,转换成为按照型板控制规律设定的非线性关系。从而能够根据发动机的各种工况,优化CNG/柴油双燃料供给比例。(2)

由型板控制的CNG调节阀,其流通截面的变化规律与型板的控制规律曲线相匹配,控制更为精确,能够达到更佳的双燃料使用效果。(3)

型板控制方案从结构上保证了双燃料发动机良好的过渡工况性能和操纵使用性能,各种工况圆滑自然过渡,圆满解决了CNG/柴油双燃料发动机的起动、怠速、起步、工况突变等问题。(4)

结构非常简单,便于改装,成本低、操作使用与柴油机几乎完全相同。结束返回4

优化CNG/柴油掺烧比例

型板的型线规律是由各个负荷工况下CNG/柴油的掺烧比例所确定的。柴油机掺烧CNG后,要求在全部的工况范围内满足排放、动力性、经济性、可靠性和操作性能。因此,优化CNG/柴油掺烧比例是工作量非常庞大的试验研究过程。研究重点是柴油机掺烧CNG的高负荷特性和低负荷特性4.1

CGN/柴油掺烧比例的优化策略根据试验研究,确定如下CNG/柴油掺烧比例的优化策略。

(1)

怠速工况时完全燃用柴油。可以避免怠速不稳定和“死火”现象。可防止掺烧CNG引起喷油器损坏。不会出现公共汽车停站时排放未燃CNG而产生的异味,同时还方便柴油状态与双燃料状态之间的切换。

(2)

从低负荷到中间负荷工况逐步增加CNG掺烧比例,并且满足圆滑过度。

(3)

全负荷工况在保证可靠性前提下,保持适当的CNG掺烧比例。全负荷工况掺烧CNG可以充分体现CNG低排放的特点,炭烟排放可明显下降,经济性和动力性均有改善。

(4)

CNG掺烧比例约在50%。高负荷工况时,掺烧CNG后经济性改善,这是由于预混合的气体燃料混合充分,空气利用率较高,改善了燃烧,此时可适当增大CNG掺烧量。低负荷工况时,掺烧CNG后经济性没有改善,这是由于低负荷时掺烧CNG燃烧缓慢所致,此时可适当控制CNG的掺烧量。结束返回5

结论及展望(1

以文丘里管及型板控制为特征的CNG/柴油双燃料供给系统,是非电控双燃料发动机的有效技术方案。能够根据发动机工况变化,在整个工况范围内优化CNG/柴油供给量比例,满足排放、经济性、动力性、可靠性和操纵性等诸多方面的要求。(2)

该系统结构简单可靠,成本低,容易安装,可以有效降低安装成本和使用维护成本。具有良好的实际操作性能和良好的过渡工况性能,特别对于城市公交汽车而言,很好地解决了起动、怠速、起步和工况突变等问题。此外,不改变司机人员的操作习惯。(3)

所采用的CNG掺烧比例策略,能够充分发挥CNG燃料的优点。能够同时满足城市公共汽车对排放、经济性、动力性和