当前课程知识点：汽车发动机原理 > 第七章：柴油机的混合气形成与燃烧过程 > 7.4 柴油机喷油过程 > Video
同学们好
这节课我们学习
柴油机的喷油过程
这里我们以常见的
机械柱塞泵式燃油喷射系统为例
介绍柴油机的喷油过程
图所示表示燃油喷射过程中
喷油泵端压力pH
喷油器端压力pn
以及针阀升程hn的变化过程
整个过程一般分为三个阶段
即喷射延迟阶段
主喷射阶段和喷射结束阶段
(1) 喷射延迟阶段
该阶段从喷油泵的理论供油始点
柱塞顶封闭进回油孔开始
到喷油器的针阀开始升起
也就是喷油始点为止
这阶段中在出油阀开启后
受压缩的燃油进入高压油管
产生压力波并以音速
大约1200~1300m/s
沿高压油管向喷油器端传播
当喷油器端的压力
超过喷嘴针阀开启压力时
针阀升起 喷油开始
供油始点和喷油始点
一般用供油提前角
和喷油提前角来表示
两者之差称为喷油延迟角
发动机转速越高
以及高压油管越长
则喷油延迟角越大
(2) 主喷射阶段
该阶段从喷油始点
到喷油器端压力
开始急剧下降为止
由于喷油泵柱塞持续供油
喷油泵端压力
和喷油器端压力都保持高的水平
同时喷油嘴针阀达到最大升程
绝大部分燃油在这一阶段
以高的喷射压力
和良好的雾化质量喷入燃烧室
其持续时间取决于
循环供油量和喷油速率
(3) 喷油结束阶段
该阶段从喷油器端压力
开始急剧下降到
针阀落座停止喷油为止
由于喷油泵的回油孔打开
和出油阀减压容积的卸载作用
泵端压力带动喷油器端压力
急剧下降
当喷油器端压力低于
针阀开启压力时
针阀开始下降
由于喷油压力下降
喷油雾化变差
因而应尽可能缩短这一阶段
减少这一阶段的喷油量
也就是喷油结束阶段应短
接下来我们介绍
机械柱塞泵燃油喷射系统的
供油规律和喷油规律
供油规律和喷油规律
是喷油特性中的重要指标
这里我们定义
单位凸轮轴转角
（或单位时间）由喷油泵
供入高压油路中的燃油量
称为供油速率
同理
定义单位凸轮轴转角
（或单位时间）由喷油器
喷入燃烧室内的燃油量
称为喷油速率
此处φPA表示喷油泵凸轮轴转角
而qp qn分别表示
到某一时刻为止的供油量
或喷油量
供油规律是指
供油速率随凸轮轴转角φPA
或时间的变化关系
同理
喷油规律是指
喷油速率随凸轮轴转角φPA
或时间的变化关系
如果喷油泵柱塞直径为dp
柱塞位移为hp
单位凸轮转角时的
柱塞位移量为dhp/dφPA
那么角供油速率可由如下公式计算
式中
dhp/dφPA取决于
喷油泵凸轮型线和柱塞直径
图所示给出了柱塞的位移hp
和速度dhp/dφPA
随φPA的变化关系
即使同一凸轮
所用的工作段不同
其dhp/dφPA也不同
显然
图中工作段Ⅱ的平均速度
要高于工作段Ⅰ
因而相同循环供油量时
前者的供油持续期比后者短
图所示给出了
供油规律和喷油规律的示例
dqp/dφPA可由
dhp/dφPA和dp计算
即由凸轮和柱塞的几何尺寸计算出
因而也称为几何供油规律
其形状与dhp/dφPA曲线相似
喷油规律虽然由供油规律决定
但两者之间存在明显不同
除了始点一般差
8°～12°CA之外
喷油持续时间较供油持续时间长
最大喷油速率较最大供油速率低
其形状有明显畸变
循环喷油量也低于循环供油量
喷油规律与供油规律之间的差别
主要起因于
(1) 燃油的可压缩性
(2) 压力波传播滞后
(3) 压力波动
(4) 高压容积变化
由于喷油规律对燃烧放热规律
有直接的影响
因而喷油规律一般是
柴油机燃烧
和性能优化中的重要内容
理想的喷油规律有三个要点
初期要缓慢
中期要急速
后期要快断
这样既能减小最大燃烧压力
减小燃烧噪声
又能缩短后燃期
减少有害物排放
喷油系统内的压力高 变化快
喷油峰值压力往往高达数十
甚至100MPa以上
现代柴油机高压喷射系统
甚至达200MPa以上
而谷值压力由于
出油阀减压容积的作用
往往接近零以至出现真空
由此容易造成二次喷射
断续喷射 隔次喷射
以及气穴等异常喷射现象
图给出了各种异常喷射时
针阀升程变化
我们先来看二次喷射异常现象
二次喷射是指喷射终了时
针阀落座以后
在压力波动的影响下
针阀再次升起
产生喷射的现象
由于二次喷射是
在燃油压力较低情况下出现的
这时喷射的燃油严重雾化不良
使燃烧恶化
容易产生炭烟
加之喷射时间严重滞后
这时的循环热效率很低
(2) 滴油现象
喷射终了时
由于高压系统内的
压力下降过慢
使针阀不能迅速落座
仍有燃油缓慢流出的现象
也称为后滴
这时由于燃油的流速及压力极低
难以雾化
易生成积炭并使喷孔堵塞
(3) 断续喷射
主要发生在低速低负荷工况
由于喷油压力较低
针阀往往不能完全升起
而处于浮动状态
周期性往复跳动
因而导致喷油断断续续
雾化不良
针阀偶件的磨损加速
(4) 不规则喷射和隔次喷射
是低速低负荷条件下
由于压力波传播导致的
一种丧失喷油静力稳定性的现象
表现为循环喷油量
不断变动的不规则喷射
以及极端条件下的
一次喷一次不喷的隔次喷射
这种现象会造成
柴油机转速波动过大
工作粗暴
并限制柴油机的
最低怠速稳定转速
(5) 气穴与穴蚀
当高压油路中的压力接近零压时
会产生油和空气的气泡
称为气穴
气泡在随后的高压下
爆裂而产生冲击波
对金属表面形成冲击
这种现象多次出现
会导致疲劳破坏
称为穴蚀
穴蚀会影响到
喷油系统的工作可靠性和寿命
为避免异常喷射现象
应尽可能缩短高压油管长度
减小高压容积以减缓压力波动
合理选择喷油系统的参数
如喷油泵柱塞直径
凸轮型线
出油阀结构及尺寸
出油阀减压容积
高压油管内径
喷油器喷孔尺寸
喷油器开启压力等
关于柴油机的燃油喷射过程
就介绍到这里
同学们 再见
-0.1 总论
--Video
-0.2 车用发动机的种类
--Video
-1.1 示功图及其测取
--Video
-1.2 四冲程发动机示功图分析
--Video
-1.3 二冲程发动机示功图分析
--Video
-1.4 性能指标分类与循环指示功
--Video
-1.5 动力、经济性能指标与测定换算
--Video
-1.6 影响动力、经济性能指标的环节和因素
--Video
-第一章习题(计入课程成绩)--作业
-2.0 导论
--Video
-2.1 燃料的分类
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-2.2 汽油、柴油的炼制
--Video
-2.3 汽油的理化特性
--Video
-2.4 柴油的理化特性
--Video
-2.5 燃料构成与理化特性
--Video
-2.6 汽油、柴油质量标准
--Video
-2.7 燃料与发动机工作模式
--Video
-2.8 工质主要热力参数
--Video
-2.9 燃烧热化学
--Video
-第二章习题(计入课程成绩)--作业
-3.0 导论
--Video
-3.1 热力过程与热机循环的简化
--Video
-3.2 理论循环分类及循环热效率
--Video
-3.3 理论循环热力参数对热效率的影响
--Video
-3.4 工质对循环热效率的影响
--Video
-3.5 真实循环对热效率的影响
--Video
-3.6 机械损失的构成
--Video
-3.7 机械损失的测量方法
--Video
-3.8 机械效率的影响因素
--Video
-3.9 发动机的能量分配与转化效率
--Video
-3.10 发动机的节能途径与技术
--Video
-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
--Video
-4.2 配气相位对发动机性能的影响
--Video
-4.3 充量系数的解析式
--Video
-4.4 进气阻力对充量系数的影响
--Video
-4.5 其他因素对充量系数的影响
--Video
-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
--Video
-4.8 单缸机的进排气动态效应
--Video
-4.9 多缸机的进排气动态效应与进气不均匀性
--Video
-4.10 四冲程发动机增压系统及性能
--Video
-4.11 二冲程发动机的换气过程与换气质量
--Video
-第四章习题(计入课程成绩)--作业
-5.0 导论
--Video
-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
--Video
-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
--Video
-8.3 汽油机的不规则燃烧：循环波动和各缸不均匀性
--Video
-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）
