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1、第九章,机械与车辆工程学院,BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY,北京理工大学,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,第一节 柴油机喷油泵,一.传统喷油泵的缺点（柱塞式、转子分配式） 二. P型泵与单体泵三.泵喷嘴四. PT燃油供油系统五. 高压共轨供油系统,目的与要求：1. 各种泵的工作原理、特点、优缺点 2. 喷油泵改进、发展的思路,一 传统喷油泵的缺点,供油系统向高喷压、喷油规律可控的方向发展。,传统喷油泵要获得非常高的喷油压力难
2、度很大；传统喷油泵喷油压力会随n、负荷发生难以控制的变化；传统喷油泵喷油量随转速的变化趋势差（速度特性）。,柴油机供油系统组成直列柱塞泵,油水分离器,调速器,输油泵,燃油箱,喷油泵,滤清器,高压油管,喷油器,柱塞式喷油泵,滚轮体,柱塞式喷油泵,基本要求：1.加压；2.定时、定序、定量3.均匀、稳定（提前角、油量、规律）4.快开、快闭,柱塞式喷油泵,加压：靠凸轮推动柱塞快速运动密封精度（配合间隙0.0030.005mm），油基本不可压，油腔、高压油管刚度高、变形小。定时、定序：主要靠凸轮相位、型线设计,柱塞式喷油泵,柱塞式喷油泵,2.油量调节 改变柱塞与柱塞套筒的相对关系,齿圈齿杆式拨叉拉杆式,
3、3.均匀性调节 事先调节初始态柱塞与柱塞套筒的相对关系,柱塞式喷油泵,4. 快开快闭的保证（凸轮、喷油器、高压系统、出油阀）,a. 没有出油阀的情况b. 希望：供油压力迅速提高、迅速下降。 c. 出油阀工作原理 油腔内压力弹力开压力已经较大； 油腔压力弹力关压力依然大喷油器关闭不可靠二次喷射 软密封的作用：等容出油阀。 d. 等容出油阀结构： 两个密封带（锥面“刚性”；环带“软密封”）,柱塞式喷油泵,4. 快开快闭的保证（凸轮、喷油器、高压系统、出油阀）,e.等容出油阀的缺点： 易使管内压力太低（不喷油时），压力变化大，变形大，不利于P提高； f.油管内的残余压力： 要保证快开快闭，还要保证关
4、闭可靠：关时，油管内的残余压力不能太高（关闭不可靠、易二次喷射）也不能太低（压力变化大，变形大，不利于P提高） g.高压系统内的压力波： 另一个造成关闭不可靠的原因：高压系统内的压力波（针阀、出油阀落座时），很复杂，很容易叠加出大的压力峰值； h. 解决： 阻尼阀对压力波动有节流、削减作用；等压阀使高压波过，从而保压。,柱塞式喷油泵,要保证高压、开闭快捷、稳定、可靠，应特别关注：1.系统变形2.压力波动3.密封,转子分配泵,1.轴向压缩式分配泵,高压泵头传动机构,1.轴向压缩式分配泵,工作原理 利用平面凸轮推动柱塞；利用柱塞的旋转向多缸分配油,油量控制,油量调节套筒,供油提前角自动调节器,1.
5、轴向压缩式分配泵特点,优点：,体积小、重量轻、润滑条件好，供油均匀，功能齐全、高速性好，易实现电控。,缺点：,泵体内精密摩擦副多，要求柴油清洁度高；加工难。,1=滑片式输油泵2=转角传感器3=分配转塞 4=分配套筒5=油泵 ECU5 6=高压电磁阀 7=喷油起始控制电磁阀 8=正时活塞9=凸轮环10=驱动轴,径向压缩式分配泵,1=滑片泵 2=转角传感器3=高压泵4=油泵ECU5=溢流阀6=燃油供给7=高压电磁阀,内部油道,1=从膜片腔过来的燃油 2=高压电磁阀 3=径向柱塞高压泵4=滚子 5=柱塞 6=凸轮环,高压的产生,1=滚子 2=高压腔 3=柱塞 4=凸轮环,高压的产生,油量分配过程（机
6、械式）,2.径向压缩式分配泵特点,优点：,凸轮的升程小，有利于提高柴油机转速；没有柱塞弹簧，靠离心力回位，适于高速机；柱塞行程小，磨损小、寿命长精密件少，零件少，结构紧凑，成本低；尺寸小，重量轻用进油节流控制油量 无滚动轴承，不用专门润滑 高度通用化、系列化、标准化,缺点：,分配转子、内凸轮等零件要求精度高、加工难、柴油滤清严 ，难以实现高压,二 P型泵与单体泵,普通柱塞泵的喷油压力低60MPa，为什么？,实现高供压的条件：压缩容积密封系统体积变形（油腔、管路等） 系统刚度系统压力变化（容积变化就小）,P型泵,目的：解决柱塞套筒与出油阀座间的泄露、泄压问题。,与普通A型泵的区别：无侧窗；套筒上
7、下一体，倒挂，泵体不直接承压P100MPa以上；P泵调整柱塞套筒均匀性（长圆孔）；调喷油角度的均匀性用加减垫片。,单体泵,目的：提高泵体刚度,1）泵体刚度大2）高压油管短单体泵泵压100MPa以上（最大可达160180MPa）3）总体积大，但分开布置对发动机总体积影响不显著,单体泵,电控单体泵,三 泵喷嘴,目的：解决高压油管受压变形问题,电控泵喷嘴,1=油泵柱塞2=具有线圈和阀针的电磁阀3=间隔柱塞4=燃油回流5=燃油供给6=作用在喷油嘴处的压力7=喷油嘴8=喷油嘴轴针,喷射装置剖面图,1=滚轮摇臂2=喷射凸轮3=油泵柱塞4=柱塞弹簧5=电磁阀轴针6=电磁阀7=回油8=燃油供给9=高压腔,燃油
8、进入高压腔,喷射过程 1,1=滚轮摇臂2=喷射凸轮3=油泵柱塞4=电磁阀座5=电磁阀轴针6=供油管路7=喷油嘴轴针8=高压腔,预喷射开始,喷射过程 2,油嘴轴针阻尼,1=未受缓冲行4 =泄流间隙 2=弹簧腔 5 =液压缓冲3=喷油器体6 =阻尼活塞,预喷射开始,喷射过程 2.1,1=油泵柱塞2=电磁阀3= 阻尼活塞4=针阀弹簧5=轴针6=高压腔,预喷射结束升高的压力引起阻尼活塞下行，瞬间压力降低.,喷射过程 3,1=油泵柱塞2= 电磁阀3=针阀弹簧4=轴针5=高压腔,主喷射开始,轴针弹簧的预紧力300 bar燃油的压力可能达到2050bar,喷射过程 4,1=油泵柱塞2=电磁阀针阀3=电磁阀4
9、=阻尼活塞5=燃油进油管6=轴针7=电磁阀弹簧,主喷射结束,喷射过程 5,泵喷嘴,电控泵喷嘴、电控单体泵等可以控制并得到理想的喷油率。,可控喷油规律,四 PT喷油器,目的：柱塞与针阀功能合二为一。,PT喷油器,共轨供油系统,高压共轨系统,共轨供油系统The Common Rail System,共轨供油系统The Common Rail System,电液控制喷油器,增压式共轨系统,高压共轨式电控喷射系统的优点,高喷压200MPa；喷压独立于发动机转速；可预喷和后喷，调节喷油率的形状，实现理想喷油规律；喷油定时和喷油量可控；喷油特性好、排放、噪声、经济性好；可靠性好，适应性强，可以在新老发动机
10、上使用。,预喷与噪声,高压共轨式电控喷射系统的问题,（1）主喷射的初期喷射率太高，NOx高。 解决：利用两级阀降低初期喷压，采用预喷。（2）针阀惯性大，停油时的最后一滴油的压力很低，使C烟及CH排放高。 解决：主喷以后紧接一个后喷。（3）喷针上持续作用着高压，一旦卡死，油将持续喷入缸内，引起发动机毁坏。 解决：利用两级阀使针阀处不承受高压； 当持续喷油量大于每循环最大喷油量的3倍时，采用限流器切断。,1 = 共管2 = 自高压泵来的供油3 = 共管压力传感器4 = 限压阀5 = 回油6 = 流量限制器7 = 到喷油器的高压管,限流器结构及原理,预喷与多级喷射,除普通可预喷的高压共轨式燃油供给系统外，现正在研究多级喷射的高压共轨系统。 从一次预喷到多级喷射： （1）第一次预喷为了冷起动 （2）第二次为正常预喷 （3）主喷 （4）紧接着的后喷射为了降低C烟和CH排放 （5）第二次后喷使排气升温以利于排气与催化剂产生化学反应 （6）延迟喷射为提高排气温度，部分CH参与还原NOx。 多级喷射喷油器正在研制中（要求34ms内，要振动5、6次；各次喷射的稳定性与精确控制问题；关闭时电磁阀盘有缓慢衰减振动）。,压电式喷油器新一代共轨喷油器,本节结束,