第6章柴油机喷油系统与电控柴油机

第六章
供(喷)油提前角根据不同工况应有一最佳值。 机械式燃油供给系统实现最佳的措施： 2）采用离心式转速提前器。 工作原理：利用提前器内飞锤产生离心 力和弹簧力的平衡关系，改变两轴的相 对角度，以调节供油提前角。
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图 SA型供油提前器的立体结构图 1－从动盘 2－飞锤销 3－喷油泵凸轮轴 4－飞锤 5－驱动盘 6－轴承罩 7－外壳 －凸轮轴的调节角度
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喷油特性对柴油机性能的影响
4、喷油规律对柴油机性能的影响
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喷油特性对柴油机性能的影响
4、喷油规律对柴油机性能的影响
二、喷油泵参数的选择
1．柱塞直径dp和有效供油行程he 由柴油机标定工况点燃油消耗率和功率可计算出柴油 机所需的循环喷油量：
be P Z e Vb 103 120n f i
式中，Pe——柴油机标定功率，kW； be——标定功率点燃油消耗率，g/kW.h； n——柴油机转速，r/min； i ——柴油机气缸数； ρf——燃油密度，g/cm3； Z——柴油机的冲程数。
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出油阀减压容积Vj愈大，高压油膨胀愈多，使高压油路中的油压下 降愈多，不喷油时油管中的残余压力愈低。残余压力降至零甚至可能出 现真空，压力传感器测出的压力值仍为零。从真空到高压，从高压到真 空的过程中，将产生一系列的气泡产生与溃灭过程，对高压油路的零件 产生穴蚀。
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三、喷油特性对柴油机性能的影响
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Bosch公司直列泵系列示例
系列型号 M
嘴端最高喷油 压力/MPa 55
单缸最大功 率/kW 20
用途 轿车与小型运输工具柴油机 轻型、中型载重车、拖拉机与 其他用途柴油机 重型载重车与其他用途柴油机
A
MW P1…3000 P7100…8000
75
110 95 130
27
36 55 55
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第六章 柴油机喷油系统与电控柴油机 § 6-1 柴油机喷油过程
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几何供油规律和喷油规律
几何供油规律：从几何关系上求出的喷油泵单位凸轮转 角（或单位时间）喷油泵供入高压油路中的燃油量随 凸轮转角φ（或时间t）的变化关系。
几何供油规律完全由柱塞的直径和凸轮型线的运动特性决定。
dVp d
f p p
f
柱塞直径增大，供油速率增大，在相同供油量情况下，有效 行程减小，供油和喷油持续期缩短，从而缩短柴油机的燃烧 期，改善性能。但加大柱塞后初期喷油量高，柴油机运转粗 暴，此外凸轮承受接触应力也加大。 2．凸轮最大升程、供油持续期和供油预行程确定
根据燃烧室型式选择一种凸轮型线，由此确定最大升程H。
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1．最大循环供油量：喷油泵循环供油量的大小与 众多参数有关，但主要参数是柱塞直径和一定凸 轮轴转角内柱塞有效行程。对某一种系列泵，设 减压容积为零，取喷油泵的最大柱塞直径，按所 用切线凸轮的最大几何速度对应的凸轮升程小 0.3mm处为供油终点，取7°(或4°）CaA供油持 续期内的柱塞有效行程计算的循环供油量，定义 为喷油泵的最大循环供油量，它是喷油泵的几何 供油量极限值，没有考虑出油阀减压作用和高压 液体特性的影响。 2．最大平均供油速率：喷油泵在供油持续期内每 度的平均供油量，最高平均供油速率是最大循环 供油量的条件下，取7°（或4°）CaA供油持续 期作计算依据求得。
dVb f (t ) dt
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喷油规律与几何供油规 律的不同：
1由于高压油管的压力波从泵
端到嘴端需要时间；
2由于高压油路中燃油的可压 缩性等因素的影响； 3考虑燃油在高压下通过柱塞 偶件间间隙的泄漏。
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泵油过程的节流现象
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泵油过程的泄漏现象
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泵油过程的泄漏现象
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喷油规律的确定
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喷油特性对柴油机性能的影响
增压柴油机的增压补偿器(LDA)
RSV调速器的增压补偿装置（LDA）及其对调速器特性的影响 a) LDA装置结构图 b) LDA装置对调速器特性的影响 1－螺柱 2－平面垫片 3－膜片 4－弹簧 5－滑套 6－摇臂轴 7－摇臂 8－连接板 9－喷油泵齿杆 10－调速器壳体 11－起动弹簧 12－调速器后盖 图 13－牵引杠杆 pL－增压空气压力
Vp

4
d p he f
2
式中ηf为喷油泵供油系数，ηf取值在1.00～1.25，ηf大小主要 与柱塞进回油孔处的节流有关。节流大者，取大值。
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而柱塞直径 dp 与有效行程he之比m1，根据已配装的柴油机 统计值，m1=4.5～6.0，故可得出柱塞直径dp
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dp
3
4V p m1
NOx / g/kW.h
1、喷油压力
有效燃 油消耗 率 g/kW.h
烟度 / FSN
轨 压
喷油始点 / ℃A
图 共轨压力及喷油定时对柴油机性能的影响（1400 r/min全负荷工况）
图 油滴平均直径和烟度随喷油压力的变化规律
图 不同燃料供给系统喷油压力的比较
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喷油特性对柴油机性能的影响
2、喷油和供油提前角，喷油持续期
对多缸机而言，各缸用高压油管长度应当一致。
供(喷)油提前角根据不同工况应有一最佳值。 从动力性经济性考虑，负荷增加，喷油量增大，喷油持续期加 长，喷油提前角应增大，这样才能保证燃料在上止点附近燃烧及时； 转速增大，最佳供油提前角应增大。 不同形式的柴油机燃烧方式不同，供油提前角变化也不相同， 分隔式燃烧室所需的供油提前角较直喷式燃烧室相应要小一些，且 对转速、负荷变化敏感性小。 对增压柴油机，缸内压缩温度和压力较高，着火滞燃期短，故 供油提前角也应小一些。 从减少有害排放物考虑，若需降低NOx，供油提前角比从热效 率最高考虑的要小一些，即推迟喷油，但此时为不过分降低热效率， 需加大供油速率；从燃烧噪声考虑，降低dp/dφ 和Pz也应取较小的 供油提前角。
dVp dt
f p p
式中， fp——柱塞面积，（mm2）； dp——柱塞直径，（mm）； ωp——有效行程段的柱塞平均速度，（mm/°CaA 或 mm/s）。
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喷油规律：在喷油过程中，单位凸轮转角(或单位时间) 从喷油器喷入气缸的燃油量随凸轮转角φ(或时间t)的变 化关系，即
dVb f ( ) d
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压力-升程法的问题：
1 喷油压力的测定 2 μf的测量
（２）波许长管法：是在喷油泵试验台上测定喷油规律的 常用方法，从喷油系统喷出的燃油进入细长管组成的波许 长管仪中，测量细长管内的压力随时间变化来测定喷油规 律。 dV
b
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dt
FV
式中，Ｆ——细长管截面积 Ｖ——燃油在细长管中的流速
非稳定流中一元简化得喷油速率表达式
dVb 1 F p(t ) dt a f
测得长管压力波的变化，即可求得喷油规律。
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第六章 柴油机喷油系统与电控柴油机 § 6-2 喷油调节系统的结构参数与调 整参数选择 一、喷油泵的系列化和工作能力评价指标 柱塞式喷油泵系列化：对某一功率、转速段柴 油机可采用外形尺寸、结构型式、缸心距相同 的喷油泵，用缸数增减、置换不同柱塞直径、 凸轮型线和升程、出油阀减压容积等少量互换 零件和进行供油量、转速等调整参数的调试来 满足不同柴油机配套，形成一个系列。
供油提前角θfd就是喷油泵安装于柴油机上，喷油泵柱塞关闭进回
油孔开始压油时的曲轴转角。也可以认为是出油阀开始供油时刻。 它可以在停车状态，用溢流法检查。
用控制供油提前角θfd的方法保证喷油提前角θfj，两者的差值是
喷油延迟角θx。θx由高压油管长度、柴油机转速等参数决定。油管 愈长，θx值愈大；转速愈高，θx值愈大。
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3．最大许用泵端压力：喷 油泵所能承受的最大峰值 泵端压力。泵端峰值压力 决定了凸轮、挺柱体、泵 体等零件的受力和强度、 刚度，对喷油泵工作可靠 性产生影响 。
4．最高工作转速：转速增 大，往复运动件的惯性力 增大，超过柱塞弹簧作用 力会使滚轮与凸轮之间飞 脱，产生冲击。此外，与 之匹配的调速器也有一工 作极限转速。
根据柴油机标定点循环供油量、气缸直径、燃烧室型式、是 否增压等，参考表6-1，选择喷油泵种类型号，并选定减压 容积。此外，减压容积可用下式校验数值大小：
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Vj
( p p p 0 )V E
式中，pp——喷油泵最大泵端压力，MPa； p0——喷油器开启压力，MPa； V——高压油路容积，mm3； （对中小功率柴油机，此值大约在1500～2000mm3之间） E——燃油弹性系数，2000～2500MPa 所选喷油泵必须保证的循环供油量Vp=Vb+Vj，且
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最理想的区域
CO / 10-6
燃烧噪声 声级 / dB （A）
HC / 10-6
排放
NOx/ 10-6
有效 燃油 消耗 率
烟度 / FSN g/k W.h
提前 喷油始点 推迟
供(喷)油提前角根据不同工况应有一最佳值。 机械式燃油供给系统实现最佳的措施： 1）用改变柱塞头部形状来适应负荷变化与起动工况的要求。
1、喷油压力
1）喷油压力提高的趋势 2）和柴油机燃烧室类型有关
升 功 率 / kW/L
平 均 有 效 压 力 /MPa
● 平均有效压力 （在最大转矩时） ○ 升功率
喷油压力/MPa
图 喷油压力提高后的柴油机平均有效压力与升功率
图 各种燃料供给系统所能达到的喷油压力范围
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喷油特性对柴油机性能的影响
3．出油阀结构和减压容积
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出油阀的功用：1 通过锥面密封，不供油时隔断柱塞腔 和高压油路，保持高压油路中有一定的燃油量；2 密封锥面 下的圆柱形的环带，形成减压高度为hj的减压带。 常用等容出油阀。