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同学们好
这节课我们学习
柴油机的燃油喷射系统
柴油机的燃油喷射装置
是发动机的心脏
发动机性能的好坏
与燃油雾化质量
喷油规律
喷油量等有着直接的关系
而这很大程度取决于
所采用的燃油喷射系统
由于柴油燃料低温流动性
和挥发性差
因此需要采用
高压喷射系统
将柴油喷入缸内进行雾化
和蒸发形成可燃混合气
柴油机燃油喷射系统
有以下基本要求
(1) 能产生足够高的喷油压力
以保证燃料良好的雾化
和混合燃烧
这包括雾化质量
比如喷雾粒径
和均匀性以及空间分布
(2) 实现所要求的喷油规律
以保证合理的燃烧放热规律
和良好的综合性能
(3) 精确控制每个循环的
喷油量和喷油时刻
并且保证各缸之间的均匀性
(4) 在各种工况下避免出现
不利的异常喷射现象
柴油机燃油喷射系统
可以分为两大类
一类是机械燃油喷射系统
如机械直列柱塞泵
和分配泵燃油喷射系统
另一类是电控燃油喷射系统
电控燃油喷射系统
依据控制方式不同
又可分为位置控制式
比如电控直列泵
电控分配泵
时间控制式
比如电控单体泵 电控泵喷嘴
和压力-时间控制式
如高压共轨系统等三种
首先了解
直列泵燃油喷射系统的构成
和基本工作原理
图所示为
典型的机械燃油喷射系统简图
由柴油箱 输油泵
低高压油管 柴油滤清器
喷油泵 喷油器
回油管 调速器
和喷油提前器等组成
早期直列泵
多采用机械离心式调速器
其优点是可靠性较好
但是控制精确度较差
目前
直列泵系统
大多采用了电子调速装置
使得喷油量的精度
和调速精度大大提升
柱塞泵工作原理是这样的
如图所示
当凸轮轴转到
凸轮凸起部分顶起滚轮体时
柱塞弹簧被压缩
柱塞向上运动
燃油受压
一部分燃油经油孔
流回喷油泵上体油腔
当柱塞顶面
遮住套筒进油孔的上缘时
由于柱塞和套筒的配合间隙很小
使柱塞顶部的泵油室
成为一个密封油腔
柱塞继续上升
泵油室内的油压迅速升高
泵油压力大于出油阀弹簧力
加高压油管剩余压力时
高压柴油推开出油阀
经出油阀进入高压油管
通过喷油器喷入燃烧室
接下来我们了解
电控分配泵燃油喷射系统的
基本构成和基本工作原理
电控分配泵燃油喷射系统
属于位置控制式电控燃油喷射系统
这种系统的特点是
不改变传统机械喷油系统的
工作原理和基本结构
只是用电控装置取代机械调速器
对溢流环套的位置
和泵油凸轮与泵油柱塞相位角
进行低频连续调节
以实现油量和定时的控制
图所示是日本电装公司
批量生产的位置控制式
VE分配泵电控燃油喷射系统
它利用溢流环控制阀1
通过杠杆3
来控制溢流环套4的位置
实现油量调控
利用供油提前控制阀7
控制泵原有的液压
提前器活塞8两侧的压差
移动活塞与控制杆6
使滚轮5转动一个位置
以实现定时控制
位置控制式电控系统
保留了大部分的机械结构
仅将油量和定时控制机械结构
换成可准确控制位置的
线性电磁阀或步进电机驱动
大大提高了喷射系统
对各种柴油机应用的
适应性和灵活性
但是这种系统由于未变更
原有高压喷油组件
因而不能对喷油率
和喷油压力进行调控
此外
由于多缸共用一个油量
和定时控制机构
不能对各缸进行独立控制
以实现各缸均衡
系统响应速度也比较慢
下面我们介绍一种时间控制式
单体泵燃油喷射系统
所谓时间控制式
是指借助电子控制手段
控制高压油路泄压电磁阀的
开闭时刻来控制喷油量
而不对喷射压力
或其它参数进行电子调节
因控制对象
泄压电磁阀的开闭时刻
是时间量而得名
图所示为电控单体泵的结构简图
柱塞在泵油凸轮驱动下上行
压缩进入柱塞腔的燃油
此时如果电磁控制的溢流阀
处于开启状态
那么柱塞腔中的燃油经泄压通道
回流到低压油路
如果溢流阀处于关闭状态
则回油通道被关闭
柱塞腔及高压油管中的
燃油压力快速提升
打开喷油器开始喷油
如果要停止喷油
则断开溢流阀上电磁线圈的供电
打开泄压通道
高压管路中的燃油压力会迅速降低
喷油器关闭
柱塞下行时
溢流阀处于开启状态
低压油路中的燃油被吸入柱塞腔内
完成充油
还有一种常见的
时间控制式燃油喷射系统
就是电控泵喷嘴系统
它采用顶置凸轮轴驱动方式
每缸一个泵油组件和电磁控制阀
无需高压油管
具有结构紧凑的特点
在轿车柴油机上得到推广应用
与位置控制式电控燃油喷射系统相比
时间控制式电控燃油喷射系统
具有控制精度高
快速响应性能好
控制自由度大
可对各缸的喷油量和喷油定时
分别进行调节等优点
喷油泵的机械结构
也得到了简化和强化
系统的机械与液力特性得到改善
适合于高压喷射
但是这种系统存在的不足是
喷射压力仍然与发动机转速
紧密相关
比如在低速的时候喷油压力较低
喷射稳定性不足
喷油量难以实现更精确控制
另外也难以实现多次喷射
发动机的燃烧噪声没有明显改善
最后介绍一种
压力-时间控制式的
高压共轨燃油喷射系统
虽然时间控制式电控
实现了分缸控制
但仍存在无法精确计量喷油量的问题
其原因在于喷油压力
仍依赖凸轮型线
柱塞尺寸
高压系统结构参数等的配合
将喷射压力与发动机转速解耦
在高压油泵和喷油器之间
加装稳压装置
也就是共轨
可以通过精确控制共轨中的
燃油压力和喷油脉宽
实现对喷油量的精确控制
由于喷油量的控制
必须依赖于
同时控制喷油压力
和喷油时刻这两个量
因此这种高压共轨燃油喷射系统被称为
压力-时间控制式燃油喷射系统
该系统主要由高压油泵
共轨管 高压油管
电控喷油器 电控单元
以及各类传感器等组成
高压油泵
一般采用柱塞泵或转子泵
把来自低压输油系统的燃油
泵入一个公共油道
也就是共轨油道
我们叫Common Rail
通过设置于高压油泵上的
电磁阀控制和调节
其共轨中的压力
然后通过精确控制安装于
喷油器上的电磁阀开闭
实现燃油的高压喷射
高压共轨系统的优点在于
喷油压力和发动机转速无关
解决了传统油泵高低速时
喷油压力差别过大
性能难以兼顾的矛盾
而且共轨系统
可以实现更高的喷射压力
可以实现多次喷射
可以柔性调节喷油速率
喷油定时和喷油量
这些优点对于
优化发动机的喷油策略至关重要
共轨系统存在的问题是
喷油规律为矩形喷射
不利于改善NOx排放
由于喷油器始终处于
可随时喷油状态
当针阀等密封件无法正常关闭时
会发生异常喷射
共轨系统的成本相对更高
控制变量多
控制程序也更加复杂
在了解了各种燃油喷射系统后
我们来认识一下喷油器
喷油器可分为轴针式喷油器
如图a所示和孔式喷油器
如图b所示两大类
轴针式喷油器用于涡流室
和预燃室等非直喷式燃烧室
开启压力约为110～140bar
孔式喷油器用于直喷式燃烧室
开启压力约为150～250bar
图所示给出了
4种典型喷油嘴的结构
其中孔式喷嘴分为单孔喷嘴
图a所示和多孔喷嘴
图b所示
前者主要用于球型燃烧室
后者主要用于直喷式柴油机的
浅盆形或ω形燃烧室
喷孔的数目
孔径及喷射角度等设计参数
要视具体的燃烧室形状
和空气运动而定
一般针阀升程为0.2~0.45mm
在满足流通面积的前提下
应尽可能减小针阀升程
对缸径D≤150mm
又具有较强
进气涡流的直喷式燃烧室
喷孔数为4~5个
孔径为0.15～0.4mm
而对较大缸径并不组织
进气涡流的直喷式燃烧室
喷孔数为6~12个
孔径小可使雾化质量提高
但是加工难度大
并容易引起积炭堵塞
轴针式喷嘴有图c所示的
标准轴针式和图d所示的
节流轴针式两种
通过针阀头部
在喷孔内的上下运动
可起到防止积炭堵塞的自洁作用
轴针式喷油器的孔径
一般为0.8～1.5mm
针阀升程为0.4～1.0mm
喷孔流通截面积与针阀升程的关系
称为喷油嘴的流通特性
图中给出了不同喷嘴的流通特性
孔式喷嘴的流通截面积
随针阀的上升增长最快
标准轴针式较慢
节流轴针式因针阀头部
圆锥部分的节流作用
初期的流通面积最小
可大大减少着火落后期中的喷油量
关于柴油机的燃油喷射系统
我们就介绍到这里
同学们 再见
-0.1 总论
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-0.2 车用发动机的种类
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-1.1 示功图及其测取
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-1.2 四冲程发动机示功图分析
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-1.3 二冲程发动机示功图分析
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-1.4 性能指标分类与循环指示功
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-1.5 动力、经济性能指标与测定换算
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-1.6 影响动力、经济性能指标的环节和因素
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-第一章习题(计入课程成绩)--作业
-2.0 导论
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-2.1 燃料的分类
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-2.2 汽油、柴油的炼制
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-2.3 汽油的理化特性
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-2.4 柴油的理化特性
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-2.5 燃料构成与理化特性
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-2.6 汽油、柴油质量标准
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-2.7 燃料与发动机工作模式
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-2.8 工质主要热力参数
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-2.9 燃烧热化学
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-第二章习题(计入课程成绩)--作业
-3.0 导论
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-3.1 热力过程与热机循环的简化
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-3.2 理论循环分类及循环热效率
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-3.3 理论循环热力参数对热效率的影响
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-3.4 工质对循环热效率的影响
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-3.5 真实循环对热效率的影响
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-3.6 机械损失的构成
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-3.7 机械损失的测量方法
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-3.8 机械效率的影响因素
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-3.9 发动机的能量分配与转化效率
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-3.10 发动机的节能途径与技术
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-第三章：工作循环与能量利用--第三章习题(计入课程成绩)
-4.0 导论
--Video
-4.1 四冲程发动机换气系统及换气过程
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-4.2 配气相位对发动机性能的影响
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-4.3 充量系数的解析式
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-4.4 进气阻力对充量系数的影响
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-4.5 其他因素对充量系数的影响
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-4.6 充量系数的速度特性
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-4.7 压力波及其传播特性
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-4.8 单缸机的进排气动态效应
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-4.9 多缸机的进排气动态效应与进气不均匀性
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-4.10 四冲程发动机增压系统及性能
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-4.11 二冲程发动机的换气过程与换气质量
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-第四章习题(计入课程成绩)--作业
-5.0 导论
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-5.1 发动机运行工况
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-5.2 发动机特性曲线分类
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-5.3 发动机速度特性
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-5.4 发动机负荷特性
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-5.5 发动机全特性
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-5.6 发动机外特性与整车动力性
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-5.7 发动机全特性与整车经济性
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-5.8 混合动力专用发动机及其运行特性
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-第五章习题(计入课程成绩)--作业
-期中考试（只有一次答题机会！）--期中测试题（占30%总分）
-6.0 导论
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-6.1 燃烧现象及其分类
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-6.2 可燃混合气的着火与着火理论
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-6.3 湍流及其在燃烧中的作用
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-6.4 均质混合气中的火焰传播
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-6.5 液体燃料的雾化
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-6.6 油滴的蒸发与燃烧
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-6.7 示功图与燃烧放热率
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-第六章习题(计入课程成绩)--作业
-7.1 柴油机燃烧过程分析
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-7.2 柴油机燃烧放热规律
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-7.3 柴油机燃油喷射系统
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-7.4 柴油机喷油过程
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-7.5 柴油机缸内气流运动
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-7.6 柴油机燃烧室的分类及其特性
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-7.7 柴油机混合气形成方式
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-7.8 柴油机粗暴燃烧与燃烧噪声
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-第七章习题(计入课程成绩)--作业
-8.1 汽油机燃烧过程分析
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-8.2 汽油机的不正常燃烧：爆燃和表面点火
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-8.3 汽油机的不规则燃烧：循环波动和各缸不均匀性
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-8.4 汽油机燃油喷射系统及其演变
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-8.5 非直喷汽油机燃烧室及其特性
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-8.6 汽油机进气道喷射与混合气形成
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-8.7 汽油机缸内直喷与混合气形成
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-第八章习题(计入课程成绩)--作业
-9.1 有害排放物种类及其危害
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-9.2.1 NO的生成机理
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-9.2.2 CO和HC的生成机理
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-9.2.3 PM和Soot的生成机理
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-9.3 有害排放物生成的影响因素
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-9.4 汽油机机内净化技术
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-9.5 柴油机机内净化技术
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-9.6 汽油机后处理技术
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-9.7 柴油机后处理技术
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-第九章习题(计入课程成绩)--作业
-10.1 燃烧模式及其分类
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-10.2 汽油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.3 柴油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.4 内燃机部分预混压燃（PCCI）模式
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-10.5 均质混合气引燃（HCII）模式
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-10.6 天然气发动机
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-10.7 氢燃料发动机
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-10.8 二甲醚发动机
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-10.9 甲醇发动机
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-10.10 乙醇发动机
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-10.11 生物柴油发动机
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-第十章习题(计入课程成绩)--作业
-期末考试--期末测试题（占30%总分）
