第6章柴油机喷油系统与电控柴油机.pptx
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1、第六章第六章几何供油规律和喷油规律 几几何何供供油油规规律律:从几何关系上求出的喷油泵单位凸轮转角(或单位时间)喷油泵供入高压油路中的燃油量随凸轮转角(或时间t)的变化关系。几何供油规律几何供油规律完全由柱塞的直径和凸轮型线的运动特性决定。式中,fp柱塞面积,(mm2);dp柱塞直径,(mm);p有效行程段的柱塞平均速度,(mm/CaA 或 mm/s)。第六章第六章喷油规律喷油规律: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量随凸轮转角(或时间t)的变化关系,即 第六章第六章 喷油规律与几何供油规喷油规律与几何供油规律的不同:律的不同:1由于高压油管的压力波从泵端到嘴端需要
2、时间;2由于高压油路中燃油的可压缩性等因素的影响;3考虑燃油在高压下通过柱塞偶件间间隙的泄漏。第六章第六章泵油过程的节流现象泵油过程的节流现象第六章第六章泵油过程的泄漏现象泵油过程的泄漏现象第六章第六章泵油过程的泄漏现象泵油过程的泄漏现象第六章第六章喷油规律的确定喷油规律的确定 试验测定法(1)压力升程法:由喷油嘴的喷孔流量方程知,瞬时喷油速率与喷孔流通截面、喷孔前后的压差有关,计算公式为式中,f喷油嘴有效流通截面积(mm3),np喷油泵的转速(r/min)f燃油密度(kg/m3)p=ppZ,喷孔前油压及气缸内气体压力,(a)第六章第六章第六章第六章 压力压力-升程法的问题升程法的问题:1 喷
3、油压力的测定2 f的测量第六章第六章()波许长管法:是在喷油泵试验台上测定喷油规律的常用方法,从喷油系统喷出的燃油进入细长管组成的波许长管仪中,测量细长管内的压力随时间变化来测定喷油规律。式中,细长管截面积燃油在细长管中的流速非稳定流中一元压力波p(t)可用下式表达:简化得喷油速率表达式测得长管压力波的变化,即可求得喷油规律。第六章第六章第六章第六章一、一、喷油泵的系列化和工作能力评价指标喷油泵的系列化和工作能力评价指标 柱塞式喷油泵系列化柱塞式喷油泵系列化:对某一功率、转速段柴油机可采用外形尺寸、结构型式、缸心距相同的喷油泵,用缸数增减、置换不同柱塞直径、凸轮型线和升程、出油阀减压容积等少量
4、互换零件和进行供油量、转速等调整参数的调试来满足不同柴油机配套,形成一个系列。第六章第六章 柴油机喷油系统与电控柴油机柴油机喷油系统与电控柴油机 6-2 喷油调节系统的结构参数与调喷油调节系统的结构参数与调整参数选择整参数选择第六章第六章1最大循环供油量最大循环供油量:喷油泵循环供油量的大小与众多参数有关,但主要参数是柱塞直径和一定凸轮轴转角内柱塞有效行程。对某一种系列泵,设减压容积为零,取喷油泵的最大柱塞直径,按所用切线凸轮的最大几何速度对应的凸轮升程小0.3mm处为供油终点供油终点,取7(或4)CaA供油持续期内的柱塞有效行程计算的循环供油量,定义为喷油泵的最大循环供油量最大循环供油量,它
5、是喷油泵的几何供油量极限值,没有考虑出油阀减压作用和高压液体特性的影响。2最大平均供油速率最大平均供油速率:喷油泵在供油持续期内每度的平均供油量,最高平均供油速率是最大循环供油量的条件下,取7(或4)CaA供油持续期作计算依据求得。第六章第六章3最大许用泵端压力最大许用泵端压力:喷油泵所能承受的最大峰值泵端压力。泵端峰值压力决定了凸轮、挺柱体、泵体等零件的受力和强度、刚度,对喷油泵工作可靠性产生影响。4最高工作转速最高工作转速:转速增大,往复运动件的惯性力增大,超过柱塞弹簧作用力会使滚轮与凸轮之间飞脱,产生冲击。此外,与之匹配的调速器也有一工作极限转速。第六章第六章系列型号系列型号嘴端最高喷油
6、嘴端最高喷油压力压力/MPa单缸最大功单缸最大功率率/kW用途用途M5520轿车与小型运输工具柴油机轿车与小型运输工具柴油机A7527轻型、中型载重车、拖拉机与轻型、中型载重车、拖拉机与其他用途柴油机其他用途柴油机MW11036P130009555P7100800013055重型载重车与其他用途柴油机重型载重车与其他用途柴油机Bosch公司直列泵系列示例公司直列泵系列示例 第六章第六章二、二、喷油泵参数的选择喷油泵参数的选择 1柱塞直径dp和有效供油行程he 由柴油机标定工况点燃油消耗率和功率可计算出柴油机所需的循环喷油量:式中,Pe柴油机标定功率,kW;be标定功率点燃油消耗率,g/kW.h
7、;n柴油机转速,r/min;i 柴油机气缸数;f燃油密度,g/cm3;Z柴油机的冲程数。第六章第六章根据柴油机标定点循环供油量、气缸直径、燃烧室型式、是否增压等,参考表6-1,选择喷油泵种类型号,并选定减压容积。此外,减压容积可用下式校验数值大小:式中,pp喷油泵最大泵端压力,MPa;p0喷油器开启压力,MPa;V高压油路容积,mm3;(对中小功率柴油机,此值大约在15002000mm3之间)E燃油弹性系数,20002500MPa所选喷油泵必须保证的循环供油量Vp=Vb+Vj,且式中f为喷油泵供油系数,f取值在1.001.25,f大小主要与柱塞进回油孔处的节流有关。节流大者,取大值。第六章第六
8、章第六章第六章而柱塞直径dp与有效行程he之比m1,根据已配装的柴油机统计值,m1=4.56.0,故可得出柱塞直径dp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。但加大柱塞后初期喷油量高,柴油机运转粗暴,此外凸轮承受接触应力也加大。2凸轮最大升程、供油持续期和供油预行程确定 根据燃烧室型式选择一种凸轮型线,由此确定最大升程H。为便于比较各种凸轮型线对柱塞速度的影响,可用速度系数C表示,它是喷油泵转速为1000r/min时的速度值,这样对任一发动机转速可方便求得柱塞供油速度,对中小功率柴油机用喷油泵,一般速度系数最大值在3
9、.0m/s以下。第六章第六章喷油泵凸轮多采用切切线线凸凸轮轮。一般情况下喷油泵的有效供油行程在升速段,且供油最迟在最大速度点对应升程前0.3mm处结束,这主要是考虑减小凸轮表面与滚轮间接触应力,接触应力最大允许值为1900MPa。喷油泵凸轮也有采用函函数数凸凸轮轮,一般是指小圆弧段采用余弦函数,这样可使切线段延长。升速段升程可加大10%左右,以提高平均供油速率,见图6-9。从图中加速度曲线知:采用函数小圆弧凸轮的另一优点是减速段的加速度变化(即惯性力)与柱塞弹簧力变化相一致,这对喷油泵的零件设计是有利的。预预行行程程h0增大,供油初始速度增大,平均供油速率随之增大,供油持续期缩短,从而可提高喷
10、油压力和喷油速率,强化喷油过程,改善柴油机性能。预行程大小可通过喷油泵挺柱总成高度的大小予以调整。第六章第六章3出油阀结构和减压容积出油阀的功用:1通过锥面密封,不供油时隔断柱塞腔和高压油路,保持高压油路中有一定的燃油量;2密封锥面下的圆柱形的环带,形成减压高度为hj的减压带。常用等容出油阀等容出油阀。第六章第六章3出油阀结构和减压容积等容出油阀的缺点等容出油阀的缺点:1高速大负荷时,容易产生二次喷射;2低速小负荷时,容易产生“穴蚀”现象。出油阀减压容积Vj愈大,高压油膨胀愈多,使高压油路中的油压下降愈多,不喷油时油管中的残余压力愈低。残余压力降至零甚至可能出现真空,压力传感器测出的压力值仍为
11、零。从真空到高压,从高压到真空的过程中,将产生一系列的气泡产生与溃灭过程,对高压油路的零件产生穴蚀穴蚀。第六章第六章第六章第六章三、喷油特性对柴油机性能的影响 1、喷油压力、喷油压力 1)喷油压力提高的趋势2)和柴油机燃烧室类型有关喷油压力/MPa平平 均均有有 效效压压 力力/MPa升 功率 /kW/L平均有效压力(在最大转矩时)升功率图图 喷油压力提高后的柴油机平均有效压力与升功率喷油压力提高后的柴油机平均有效压力与升功率 图图 各种燃料供给系统所能达到的喷油压力范围各种燃料供给系统所能达到的喷油压力范围 第六章第六章喷油特性对柴油机性能的影响 1、喷油压力、喷油压力 图图 油滴平均直径和
12、烟度随喷油压力的变化规律油滴平均直径和烟度随喷油压力的变化规律 喷油始点/A有效燃油消耗率g/kW.hNOx/g/kW.h烟度/FSN轨压图图 共轨压力及喷油定时对柴油机性能的影响(共轨压力及喷油定时对柴油机性能的影响(1400 r/min全负荷工况)全负荷工况)图图 不同燃料供给系统喷油压力的比较不同燃料供给系统喷油压力的比较 第六章第六章喷油特性对柴油机性能的影响 2、喷油和供油提前角,喷油持续期、喷油和供油提前角,喷油持续期 供油提前角fd就是喷油泵安装于柴油机上,喷油泵柱塞关闭进回油孔开始压油时的曲轴转角。也可以认为是出油阀开始供油时刻。它可以在停车状态,用溢流法检查。用控制供油提前角
13、fd的方法保证喷油提前角fj,两者的差值是喷油延迟角x。x由高压油管长度、柴油机转速等参数决定。油管愈长,x值愈大;转速愈高,x值愈大。对多缸机而言,各缸用高压油管长度应当一致。第六章第六章供供(喷喷)油提前角根据不同工况应有一最佳值。油提前角根据不同工况应有一最佳值。从动力性经济性考虑,负荷增加,喷油量增大,喷油持续期加长,喷油提前角应增大,这样才能保证燃料在上止点附近燃烧及时;转速增大,最佳供油提前角应增大。不同形式的柴油机燃烧方式不同,供油提前角变化也不相同,分隔式燃烧室所需的供油提前角较直喷式燃烧室相应要小一些,且对转速、负荷变化敏感性小。对增压柴油机,缸内压缩温度和压力较高,着火滞燃
14、期短,故供油提前角也应小一些。从减少有害排放物考虑,若需降低NOx,供油提前角比从热效率最高考虑的要小一些,即推迟喷油,但此时为不过分降低热效率,需加大供油速率;从燃烧噪声考虑,降低dp/d 和Pz也应取较小的供油提前角。第六章第六章第六章第六章最理想的区域最理想的区域排放排放提前提前 喷油始点喷油始点 推迟推迟CO/10-6NOx/10-6有有效效燃燃油油消消耗耗率率g/kW.h燃烧噪声燃烧噪声声级声级/dB(A)HC/10-6烟度烟度/FSN第六章第六章供供(喷喷)油提前角根据不同工况应有一最佳值。油提前角根据不同工况应有一最佳值。机械式燃油供给系统实现最佳的措施机械式燃油供给系统实现最佳
15、的措施:1)用改变柱塞头部形状来适应负荷变化与起动工况的要求。第六章第六章供供(喷喷)油提前角根据不同工况应有一最佳值。油提前角根据不同工况应有一最佳值。机械式燃油供给系统实现最佳的措施:2)采用离心式转速提前器。工作原理工作原理:利用提前器内飞锤产生离心力和弹簧力的平衡关系,改变两轴的相对角度,以调节供油提前角。图图SA型供油提前器的立体结构图型供油提前器的立体结构图1从动盘从动盘2飞锤销飞锤销3喷油泵凸轮轴喷油泵凸轮轴4飞锤飞锤5驱动盘驱动盘6轴承罩轴承罩7外壳外壳凸轮轴的调节角度凸轮轴的调节角度 第六章第六章喷油特性对柴油机性能的影响 3、喷油泵的速度特性、喷油泵的速度特性 定义:喷油泵
16、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)变化的特性。第六章第六章喷油特性对柴油机性能的影响 3、喷油泵的速度特性、喷油泵的速度特性 改变喷油泵的速度特性方法:改变喷油泵的速度特性方法:改变出油阀形状与结构参数。液力校正液力校正作用作用:利用出油阀上间隙和小孔德节流作用,削弱出油阀在柴油机低速范围内减压作用,达到增加喷油量、改善喷油泵速度特性的目的。第六章第六章喷油特性对柴油机性能的影响 3、喷油泵的速度特性、喷油泵的速度特性 在调速器中用弹簧机构或凸轮机构在速度特性上改变柱塞有效行程。机械校正机械校正 图图VE分配泵全程调速器油量校正的工作大原理分配泵全程调速器
17、油量校正的工作大原理a)正校正方式)正校正方式b)负校正方式)负校正方式1起动杆起动杆2校正弹簧校正弹簧3调速弹簧调速弹簧4张力杆张力杆5限位销限位销6校正杆校正杆7校正销校正销8油量调节套油量调节套9起动弹簧起动弹簧10校正销头部校正销头部11限位点限位点M2活动销(活动销(1和和4的转动枢轴)的转动枢轴)M4活动销(活动销(1和和6的旋转枢轴)的旋转枢轴)FM滑套力滑套力 s油量调节套行程油量调节套行程 第六章第六章喷油特性对柴油机性能的影响 增压柴油机的增压补偿器增压柴油机的增压补偿器(LDA)图图 RSV调速器的增压补偿装置(调速器的增压补偿装置(LDA)及其对调速器特性的影响)及其对
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