机械燃油喷射系统结构及喷油过程

第二章柴油机机械燃油喷射技术

第一节柴油机机械式燃油喷射系统结构

一、燃油系统组成及功能

1、组成

柴油机燃油系一般由下列部分组成：

喷油器

喷油泵总成：喷油泵、调试器、提前器、输油泵

辅助部分：燃油箱、低压油管、柴油滤清器、高压油管和回油管。

2、燃油系统基本功能

就其本质说，柴油机燃油系统的基本功能可以分成五项：

(1)通过加压机构使燃油变成高压(P)。

(2)调节每次喷油的喷油量(Q)。

(3)调节每次喷油的喷油时间(T)。

(4)将燃油分配到各个气缸中(D)。

(5)将燃油喷人燃烧室，并使燃油雾化(I)。

经过一个世纪的发展，柴油机燃油系统的代表性产品如图2—l所示。

3、燃油系统性能参数

喷油正时

喷油压力

持续时间

喷油速率

二、各组成部分作用

1、喷油器

喷油器的功用：是将燃油雾化并合理分布到燃烧室内，以便和空气混合形成可燃混合气。

喷雾特性

2、喷油泵

对喷油泵的要求

根据柴油机可燃混合气形成的特点和燃烧过程的需要，喷油泵应能满足如下要求：

（一）供油量

喷油泵的供油量应能满足配套柴油机在各种工况下的需要，同时还要求保证对各港的供油均匀。

（二）供油时间

●根据发动机的要求，喷油泵要按准确的按规定的时间（供油提前角）

向气缸供油，且各缸的供油提前角应该一致。（误差不超过0.5度）

●要求供油提前角能随转速的改变而改变。

●为了保证柴油机的工作性能，还要求喷油泵有一定的喷油延续时间。

（三）压力

根据柴油机燃烧室的型式和混合气形成方法的不同，喷油泵必须向喷油器供给相当高压力的燃油，以保证喷雾性能良好。例如：

预燃室式和涡流室式燃烧室发动机：210~350 千克/每平方厘米

直接喷射式燃烧室发动机最高喷射压力可达800 千克/每平方厘米

喷油泵的功用：根据发动机的需要，将一定量的燃油，以足够高的压力，

在准确的时间内供如气缸。

（四）迅速停止供油

3、调速器

功用：

调速器是一种自动调节喷油泵供油量的装置，它能根据柴油机负荷的变化，自动地做相应的调节，使柴油机能以较稳定的转速运转，从而保证柴油机既不会产生超速也不会在怠速时造成熄火。

4、提前器

功用：根据发动机转速，调整供油提前角，从而保证发动机在整个工作转速变化范围内，性能良好。

三、燃油系统基本要求

根据现在的观点，柴油机对燃油系统的基本要求如下：

1．自由控制喷油压力

研究表明：喷油压力是柴油机燃油系统的最重要的参数。特别是在排放法规越来越苛刻的时代要求下，一方面要努力提高喷油压力，另一方面更需要能够自由地控制喷油压力。在凸轮驱动的机械式燃油系统中，喷油压力是由凸轮形状等一系列参数决定的，人们不可能按照自己的愿望改变喷油压力，只有在电子控制的共轨式燃油喷射系统中才能做到自由控制喷油压力。·

当然，在目前的电子控制式燃油系统中，仍然不能做到完全自由地控制喷油压力。只是比以前的机械式燃油系统相对地自由了一些。

2．自由控制喷油时间

在传统的泵—管—嘴系统中，由于采用了一定长度的高压油管，在喷油泵端对燃油加压的压力波传递到喷油嘴端的过程是一个非常复杂的过程，人们是没有办法加以有效控制的。一般都是凭经验，通过参数组合，最后由试验决定喷油时间。

在传统的机械式燃油系统中，一般是采用提前器控制喷油时间，但是，这是相当粗糙的。在第二代和第三代电控燃油系统中，采用高速电磁阀之后，才真正实现了自由控制喷油时间。

3．自由控制喷油率

喷油串形状决定着柴油机的燃烧过程的质量，决定着柴油机的经济性、工作柔和性和排放指标等。在传统的机械式燃油系统中，喷油率图形几乎是无法控制的，在时间控制式电控燃油系统中可以比较方便地控制喷油率。

在共轨系统中，可以方便地实现预喷射、主喷射、多段喷射——包括3段喷射、5段喷射或更加复杂的喷油率模型。

4．精确控制每循环喷油量

根据发动机的实际运行工况和当时的外界环境条件精确控制每循环喷油量在传统的机械式燃油系统中，由机械式调速器控制喷油量；但是，这种系统的控制精度不能满足当代柴油机的要求。柴油机中每循环的喷油量不仅取决于外界负荷、而且与发动机的工作环境以及工作条件有关。例如：环境温度、湿度等。

五、常见的柴油机燃油系统

第二节燃油喷射过程

柴油机燃油喷射过程一般指的是燃油从喷油泵经高压油管到喷嘴，再由喷嘴的喷孔高压喷射的整个历程。燃油喷射过程并不包括燃油在燃烧室的历程，所以又叫燃油喷射的管内过程。本章在内燃机燃油系统构造基础上，研究燃油喷射过程.分析供油系统参数及其对柴油机性能的影响。

一、燃油喷射过程的进展

高速柴油机燃油喷射过程时问很短，只有干分之几秒。仅占曲轴转角15°-35°。在这极短的时间内，高压油管的压力由几个兆帕变化到几十个甚至百余个兆帕.压力变化大.加上燃油的可压缩性、油管的弹性变形、压力波在高压系统的传播以及针阀惯性等，使喷射过程十分复杂。

实验证明，在燃油喷射过程中，从喷油泵到喷油器的压力波是以音速传播的。在燃油中，音速约1200-1400m/S。高压油管内各处压力随时问和位置变化。

当喷油泵柱塞压油，出油阀打开，靠近喷油泵端的高压油管中，压力波开始向喷油器端移动，压力波到达喷油器，如果该压力波超过针阀开启压力.针阀开启喷油;如果该压力波不足以抬起针阀，压力波将全部反射回喷油泵端。在泵端反射压力波与新产生的压力波叠加后.重新向喷油器传播。压力波强，一次开启针阀;压力波弱，需往复传播数次，才能将针阀开启。

用压力传感器与喷针升程传感器测得的闭式喷油器的燃油喷射过程见图9-8。按照压力变化的特点，可将燃油喷射过程大致分为三个阶段：