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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