1、第九章,柴油机燃油喷射,本章内容（重点章节）,第一节 柴油机喷油泵 第二节 燃油喷射过程 第三节 供、喷油规律 第四节 喷射过程试验与仿真 第五节 异常喷射 第六节 供油系统参数及其影响,目的与要求： 1. 掌握燃油喷射过程* 2. 掌握异常喷射的特征、原因、影响、解决措施* 3. 掌握理论供油规律与实际喷油规律的区别* 4. 明确泵的（速度）特性*,供油系统问题,供喷油系统还有什么问题未知？以普通“泵管嘴”供油系统为例(过程最复杂、问题最多)，,(1)燃油喷射过程 (2)传播时间的影响：音速传播对应曲轴角度 (3)加压过程系统变形的影响：1）油管等；2）油可压；3）泄露 (4)卸压过程系统变
2、形恢复的影响 (5)高压油路内压力波动的影响,是,第二节 燃油喷射过程,泵凸轮,柱塞堵住进出油孔,泵室油压逐渐上升,出油阀开启压力,阀开产生正压力波p,管内p音速传播,管膨胀p衰减,喷油器 余p针阀开启压？,否,针阀开油喷入气缸,下一脉冲,膨胀终衰减止,柱塞打开进出油孔,产生负压力波p,管内p音速传播,管收缩p幅值衰减,下一脉冲,收缩终幅值衰减止,否,是,针阀落座,出油阀落座,高压系统内p针阀开启压，针阀将二次开启,压力波动针阀抖动,节流、泄漏 变形、油可压,惯性,喷油器 余p针阀开启压？,阶段划分,（1）第一阶段：喷油泵柱塞关闭进油孔针阀开启燃油喷入气缸（喷油延迟）t1=f 节流影响，压力传
3、播时间（油管长度L），燃油从剩余压力升高到针阀开启时间（高压系统容积）,（2）第二阶段：喷油开始喷油泵开始回油（泵油结束）t2=正常供油f（柱塞D，柱塞有效行程，凸轮轮廓，负荷等）,（3）第三阶段：喷油泵开始回油（泵油结束）针阀落座（断油滞后）t3=f（油管长度L，喷油P，高压系统容积，出油阀减压作用等）,（4）供油延续角：6np(t1+t2)；喷油延续角：f=6np(t2+t3),第三节 供、喷油规律,1.几何供油规律,dqf/dt=f(t)=fP*wp= fP*dh/dt,dq/d= fP*dh/d= f(),fp，wp，h柱塞面积、速度、升程,为保证高的供油速率，工作段一般选择在上升段,
4、柱塞理论上供入高压油管的燃油量随t或凸轮转角之间的变化关系。,2. 喷油规律,dq/dt=f(t)；dq/d=f(),喷油过程中从喷油器喷入气缸的燃料量q随t或凸轮转角之间的变化关系。（喷油规律、喷油速率）,q0一次喷油的总喷油量，f=喷油延续角,3.实际喷油规律与几何供油规律的比较,（1）喷油有延迟 （2）喷油延续角j =1.31.7供油延续角c （3）规律曲线不同 （4）供油系数t=0.60.9=实际喷油量/理论供油量,由于系统变形，力波传播需要时间，运动件、油的惯性、节流、泄露、压力波动等因素使实际喷油规律比理论供油规律复杂的多。,4. 差别的原因,（1）燃油可压缩。压缩性系数,（2）高
5、压系统变形。主要是管路容积的变化,（3）压力波传递,（4）节流 （5）运动件惯性 （6）泄露，等,下标1、2分别表示压缩前、后,对燃油：一般a=12001400m/s（3）,第四节 喷射过程测量与仿真,1.试验法,（1）压力测定法：瞬时喷油速率=f喷孔有效流通截面(专用试验台上测)，喷孔前后的压差(实测),（2）博世长管法：非稳定流中一元压力波p(t)=c*f*dVb/dt=F=Fp(t)/(c f)但管长要足够（有最佳值），以免反射波干扰。,（3）蜂孔转盘法：转盘周向布置集油杯（36,72个），转盘转速与泵的凸轮轴通过变速箱联动（成倍关系）。例如：36个集油杯同转速一管对应10CAM；如两倍
6、，4倍 ；1000次。,第四节 喷射过程测量与仿真,2.计算法,专用程序，精度已经很高；离散、流体连续方程、固体运动方程、系统弹性变形计算耦合。 Flowmaster 软件(系统) AMEsim-润滑系统 RicardoOrbit，Engdyn AVL Excite GT-power GT-crank,第五节 异常喷射,种类,(一)二次喷射 (二)空泡与穴蚀 (三)不规则喷射 (四)断续喷射 (五)隔次喷射 (六)后喷滴油,不规则喷射、断续喷射、隔次喷射统称“不稳定喷射”，严重程度依次增加,(一)二次喷射 (二)空泡与穴蚀 (三)不稳定喷射 (四)后喷滴油,（一）二次喷射,1. 定义喷射终了，
7、针阀落座后，非正常地再次开启，形成再喷射,3. 常见工况高压供油系统，大负荷，高n,4. 影响（后果）(1) C烟增 (2) 油耗率be增 (3) 后燃，排温Tr增 (4) 热负荷、可靠性 (5) 积C、堵塞喷油器孔,2. 原因(1) 残p大 (2) 残p大,（一）二次喷射,6. 解决措施 (1) 减小高压系统容积,变形小,减小油压波动 (2) 加强出油阀减压作用、但要防止p大 (3) 适当延长泵回流持续时间2L/a、削p (4) 出油阀：阻尼阀、等压阀，削p (5) 提高针阀开启压力（不易开、残p大、残p大） (6) 适当增加喷孔d，pm小、p小、二次喷射临界转速n增加发动机n范围外,5.
8、判断(1)针阀升程(2)现象：高转速、大负荷时，C烟、排放、油耗突然增加，积C、堵塞等问题严重。,（二）空泡与穴蚀,1. 穴蚀的定义气泡在金属表面凹陷部位受压爆裂，使金属质点脱落。,3. 常见工况低压供油系统（轴针式）较为严重。,4. 影响（后果） (1) 影响快开快闭 (2) 噪音 (3) 高压系统可靠性（穴蚀、堵塞）,2. 原因(1) 流动气泡 ：节流、突变局部真空气泡高压流动穴蚀 (2) 波动气泡：压力波动、振动局部真空气泡高压波动穴蚀,（二）空泡与穴蚀,6. 解决措施 (1)减小出油阀减压作用 (2)保持残压一定 (3)控制减压、别太快 (4)出油阀：等压阀，防p过低 (5)避免节流,
9、5. 判断(1) 油压波动 (2) 油管振动,（三）不稳定喷射,1. 定义喷射过程中，针阀剧烈抖动，形成不规则喷射；如果针阀断续落座，则形成断续喷射；如果针阀隔次才能打开，则形成隔次喷射，统称为不稳定喷射。,3. 常见工况高压供油系统，小负荷，低n,2. 原因供油压力针阀开启压力,4. 影响（后果）(1) 供油、燃烧、雾化(2) 油耗率be上升 (3) 功率下降 (4) 排放增,（三）不稳定喷射,6. 解决措施 (1) 变设计点，趋于低转速 (2) 限制怠速速度，n怠 (3) 减小针阀开启压力易二次喷射 (4) 双弹簧喷油器；低怠速一级弹簧起作用；大负荷、高速二级弹簧也起作用 (5) 稳定油压
10、，减小油压波动；加阻尼但穴蚀,5. 判断针阀升程（供油时）抖动,（四）后喷滴油,1. 定义不能保证针阀可靠关闭或迅速关闭,3. 常见工况低压供油系统（轴针式）、低速、低负荷,2. 原因(1) 后期，关闭慢，油压低、喷油少(2) 速度低；(3) 残余压力过高,4. 影响（后果） (1)雾化差、烟度(2) 油耗率be上升 (3)积C、堵塞喷油器孔 (4) 排放增（HC增）,（四）后喷滴油,6. 解决措施 (1)增加喷油器弹簧预紧力 (2)减小喷孔直径 (3)提高油管压力 (4)增加出油阀减压容积 (5)采用低惯量喷针、关闭迅速,5. 判断常见工况与现象,第六节 供油系统参数及其对发动机性能的影响,
11、供油系统参数,(一)每循环喷油量 (二)喷油时刻 (三)喷油延续时间 (四)各缸供油量的均匀性 (五)喷射稳定性指标 (六)喷油泵特性,（一）每循环喷油量,1. 实际喷油量,为了确定喷油泵的供油量及泵的结构参数： 2. 考虑超载及台架没有考虑背压增加1.22.0倍，一般1.5倍,be, Pe,(60*2n/),g/kW.h,g/h,g/cyc,i,g/cyc.缸,f,cm3/cyc.缸, 103,mm3/cyc.缸,3. 供油大于喷油,标定工况：供油系数t=0.60.9,（一）每循环喷油量,4. 柱塞直径d与有效行程Sp,d大，喷油速率高：优：低后燃、动力性好、经济性好缺点：粗暴、凸轮机械负荷
12、大,5. 选泵m1=d/Sp；m2=S/SpS-总行程,（二）喷油时刻,影响：经济性、噪音和排放 过早：噪音、Nox、燃烧负功增加；过晚：后燃、油耗增、C排放增 1. 喷油延迟时间预估（非定量）(1)从柱塞开始压油到出油阀打开的时间t1(泵室油可压）,Vn0压油时柱塞腔初始容积cm3；pT高压油管内残余压力MPa psd出油阀弹簧压力MPa； pn0柱塞腔初始压力MPa fp柱塞面积cm2；Um柱塞平均速度m/s；E燃油的弹性摸量MPa,(2)高压系统膨胀到终止的时间t2（空间填充+高压管内油可压）填充空间=出油阀减压容积+高压系统油可压+系统变形V0+空泡V0+泄露容积,（二）喷油时刻,(3
13、)压力波从喷油泵端到喷油嘴端，并达到针阀开启压力的时间t3,(4)从压力波传到油嘴到针阀开启的时间t4(喷油器腔室油可压) 未考虑泄露、节流、惯性等,Vf0喷油器内高压容积cm3；pT高压油管内残余压力MPa psn 针阀弹簧预紧力MPa； R针阀平均单位面积的摩擦力MPa ff喷油器油路内孔截面积cm2；Crm喷油器油路内燃油平均m/s；,喷油延迟时间：tt1+t2+t3+t4 喷油延迟角2：2=6nt(oCA),（二）喷油时刻,2. 供油提前角1喷油提前角 2喷油延迟角 着火延迟角 = 1 + 2 最佳供油提前角(从经济性角度)：1510oCA着火延迟角510oCA着火延迟角 喷油延迟角2
14、 确定方法：计算；试验调整供油提前角调整试验；,（二）喷油时刻,3. 确定最佳供油提前角的影响因素,(2)负荷增加：油量增加为防止后燃，供油提前角增加。但影响小于转速。,(3)排放。供油提前角NOx，烟度 ,有误！,(1)转速n。主要影响着火喷油延迟角,（三）喷油延续时间,喷油延续角j=1.31.7供油延续角c (泵管嘴系统) 1. 喷油延续角j的优缺点。喷油速率(1) 燃烧速度Tzmax、PzmaxbeNOx、噪音解决:提前角、预喷；(2)上止点附近燃烧be(3)燃烧完全；C、CO、CH(4)Pe 2. j=6np*(t2+t3)；t3的影响因素与t1一样，反过程，更慢更长(1)变形恢复(2
15、)油变形恢复(3)压力波(4)惯性（油、阀、弹簧、）(5)二次喷射,（三）喷油延续时间,3. 喷油速率f(柱塞直径，凸轮型线，喷孔直径，凸轮轴转速，高压系统变形 ) (1)凸轮型线,（三）喷油延续时间,(1)凸轮型线；一般凸轮（凸、切、凹特点: 凸同一角度下hmax最小，dh/d最小低速机、大缸径、大柱塞直径凸轮直径大，受力小，而喷油速率不低 凹同一角度下hmax最大，dh/d最大加工难、磨削要用小砂轮、效率低 切外型简单、制造方便高速机（柱塞直径大喷射速率高） 圆弧凸轮a不连续，噪音、冲击大复合函数凸轮、整体高次多项式凸轮(dh/d小),（三）喷油延续时间,(2) 喷孔直径的确定 混合方式：
16、直喷式燃烧室，孔数多，孔径小，贯穿度小油膜混合为主，孔数少，孔径大，贯穿度大,喷孔总面积f=i(d/2)2；d=sqrt(4f/i) 假定：喷孔喷油量=循环体积喷油量=Const； 循环体积喷油量V0=f*（流量系数）*Wk(平均喷油（量）速率)*t（喷油延续角或时间） 一般：V0、喷压=Const；d，i一定 fWk喷油延续角（t），但雾化差。d喷油速率Wk速燃放热多TzmaxNOx。d雾化好，但流量系数变小；要和喷压提高相配合，否则喷油量将减少。 一般：靠试验确定。,（三）喷油延续时间,(2) 喷孔直径的确定,d=0.4,（三）喷油延续时间,(3) 凸轮轴转速,分析：n、油管L不变、压力波
17、v=a不变t不变变大（n增加）喷油滞后角、断油滞后角更多；供油提前角一定，喷油提前角将减小+喷油延续角将增加，喷油速率减小后燃变重(经济性、动力性、C烟均变差),转速n提高，喷油速率dq/d增还是减？ 条件：供油量一定,（三）喷油延续时间,喷油速率,（四）各缸供油量的均匀性,负荷与转速减小K增加 K影响柴油机运转的稳定性和功率、排放及精确控制等 标况下要求3%,1. 燃油喷射的稳定区域,转速提高，喷油速率降低，允许增加喷油量。所以整个稳定区向右上偏。,（五）喷射稳定性,（六）喷油泵特性,1. 速度特性。(1)定义：齿杆位置不变，供油量q=f（n）,(3)影响： 飞车问题； 稳定性(需要低速大转
18、矩),n油量q .or. q ?,(2)原因： n 节流 、 泄露 、 油惯性油量增加。,（六）喷油泵特性,(4)校正方法：调速器；出油阀（快开快闭、异常喷射、校正喷油）；喷油泵与喷油器控制,减压容积可变的出油阀n 出油阀升程落座减压作用 下循环额外供油量实际喷油量,减压强度可变的出油阀增大软密封（减压环带）间隙或开槽，降低减压作用。转速高，节流大、油回流小，减压作用大所需额外供油量喷油量,节流式出油阀n出油阀节流进入高压油管的流量 + 柱塞上腔压力泄露油量,（六）喷油泵特性,(5)负校正（nq）增压柴油机的限烟器,最大转矩以下，增压发动机起动，气供不上限烟器，进气压力与弹簧弹力平衡，进气压力增加后限烟器不再起作用。,（六）喷油泵特性,2. 负荷特性。n=Const,得：1.怠速到全负荷的齿杆位置2.供油前的空位移3.停油位置 油泵调整的依据,本节结束,
