燃油喷射装置设计.docx

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燃油喷射装置设计

摘要

内燃机试验是内燃机生产和科学研究工作中不可缺少的一个环节。

随着工业生产和科学技术的迅速发展，内燃机应用的范围在不断扩大，品种和数量在不断增长，对内燃机中各系统零件的性能、使用寿命等技术指标的要求也愈来愈高。

因此，进行内燃机工作过程的研究；节约燃料、扩大燃料的品种、新型结构的研究；以及设计和研制合乎要求的产品的分析改进，以满足各种用途的需要，自然就成为内燃动力工程技术人员的重要任务。

在内燃机试验的自动控制系统中，需对被控参数进行测量，将测量的结果反馈到输入端的求和装置上，与假定值或输入变量进行比较，以达到精确控制的目的。

自动控制系统的控制精度在很大程度上取决于测量反馈精度，因此，被控物理量的测量装置，也就成为内燃机台架试验自动控制系统的重要组成部分。

本课题也是内燃机试验的一个重要组成部分。

主要是对内燃机燃油喷射系统中的油管残留压力进行研究，通过设计相应的油管残留压力测量装置用于检测出残留压力信号，从而可以对油管的残留压力进行定性、定量的分析。

通过对此装置的研究可以使我们对内燃机燃油喷射系统有一定的了解；对燃油喷射系统的压力特性有一个比较全面的认识并对测量控制系统有一定的认识。

关键词：

内燃机，自动控制，求和装置

第一章引言………………………………………………………………………1

第二章研制目的…………………………………………………………………2

第三章压燃式发动机的燃料喷射装置概述………………………………2

3.1喷油过程…………………………………………………………………………4

3.2几何供油规律和喷油规律的定义………………………………………………4

3.3喷油器总成………………………………………………………………………5

3.4压力波动的分析…………………………………………………………………6

3.4.1燃油的可压缩性………………………………………………………………6

3.4.2管路的容积变化………………………………………………………………6

3.4.3管路中的压力波动……………………………………………………………7

3.5喷油泵的参数选择及其对柴油机性能的影响…………………………………7

3.6喷油泵的速度特性校正………………………………………………………10

3.6.1可变减压容积………………………………………………………………10

3.6.2可变的减压作用……………………………………………………………10

3.7高压油管………………………………………………………………………11

3.8压燃式内燃机异常喷射现象…………………………………………………11

3.8.1二次喷射……………………………………………………………………12

3.8.2穴蚀…………………………………………………………………………12

3.8.3滴油现象……………………………………………………………………13

3.8.4不稳定喷射…………………………………………………………………13

第四章测量控制系统概述………………………………………………13

第五章残留压力测量装置的研制………………………………………17

5.1残留压力测量装置的原理……………………………………………………17

5.2相位调整………………………………………………………………………18

5.3测量线路………………………………………………………………………18

5.4试验结果分析…………………………………………………………………21

5.5校验压电压力传感器…………………………………………………………22

5.6相关油管嘴端压力与针阀体压力室压力……………………………………23

第六章测试精度……………………………………………………………23

第七章机械传动选用及设计计算………………………………………26

第八章设计小结……………………………………………………………30

第九章参考文献…………………………………………………………32

第一章引言

测试的基本任务是获取有用的信息。

首先是检测出被测对象的有关信息，然后加以处理，最后将其结果提供给观察者或输入其他信息处理装置、控制系统。

因此，测试技术是属于信息科学范畴，是信息技术三大支柱（测试控制技术、计算技术和通信技术）之一。

测量是以确定被测物属性量值为目的的全部操作。

测试技术具有试验性质的测量，或者可理解为测量和试验的综合。

人类在从事社会生产、经济交往和科学研究活动中，都与测试技术息息相关。

测试是人类认识客观世界的手段，是科学研究的基本方法。

科学的基本目的在于客观地描述自然界。

科学定律是定量的定律。

科学探索需要测试技术，用准确而简明的定量关系和数学语言来表述科学规律和理论也需要测试技术，检验科学理论和规律的正确性同样需要测试技术。

可以认为精确的测试是科学的根基。

在工程技术领域中，工程研究、产品开发、生产监督、质量控制和性能试验等，都离不开测试技术。

特别近代工程技术广泛应用着的自动控制技术已越来越多的运用测试技术，测试装置已成为控制系统的重要组成部分。

甚至在日常生活用具，如汽车、家用电器等方面也离不开测试技术。

定性地观察物理现象和定量地测定物理量的大小，是物理实验过程中的主要内容。

测量是人类认识和改造物质世界的重要手段之一。

通过测量，人们可以对客观事物获得数量的概念，通过归纳和分析，总结出规律。

为了进行测量，必须规定一些标准单位，如在国际单位制中，规定长度的单位为米，时间的单位为秒，质量的单位为千克，电流强度的单位为安培等等。

所谓测量是借助仪器把待测物理量的大小用某一选定的单位表示出来，其倍数即为物理量的数值。

测量值应该由数值和单位组成。

总之，测试技术已广泛的应用于工农业生产、科学研究、国内贸易、国防建设、交通运输、医疗卫生、环境保护和人民生活的各个方面，起着越来越重要的作用，成为国民经济发展和社会进步的一项必不可少的重要基础技术。

因而，使用先进的测试技术也成为经济高度发展和科技现代化的重要标志之一。

根据获得测量结果的方法不同，测量可分成两大类：

1.直接测量

能够利用仪器直接读出物理量的测量值的测量称为直接测量，相应的物理量称为直接测量量。

例如，用电压表测量电压，用温度计测量温度等。

2.间接测量

在多数情况下，借助于一定的函数关系，由直接测量通过计算而获得待测物理量的测量称为间接测量，相应得到的物理量称为间接测量量。

例如，圆柱的体积V可以用米尺测出它的高H和直径D，通过计算。

H和D是直接测量量，而体积V则是间接测量。

由于本课题研究的是油管的残留压力,该压力是可通过装置直接采样的,无需通过借助一定的函数关系计算获得,因此该压力测试是直接测量。

第二章研制目的

柴油机供油系统多参数的电测量，为研究供油系统喷射特性提供了手段。

而且，目前在评估新品开发设计的喷油泵和喷油嘴的性能时，也常以多参数的电测量作为考核项目之一。

因此，测量的精确性就显得越发重要了。

本所在以往的电测试验中，出现过油嘴已喷油的工况下，测出的油管压力低于油嘴开启压力的情况。

例如在二零零二年八月高速一号泵的电测试验中，油嘴开启压力为12.5MPA，当油泵转速为250RPM时，测出的嘴端最高压力只有11.69MPA。

还有，日本VE泵在二零零二年九月的试验中，油嘴开启压力为18.13MPA（185kgf/cm2），在油泵转速为390RPM时，测出的嘴端最高压力只有17.013MPA（173.6kgf/cm2）。

在上述两例试验中，油嘴针阀均已开启喷油。

产生这种现象的原因是什么呢？

本所现有使用的传感器、信号转换仪、数据处理仪、都是具有世界先进水平的仪器。

精度很高，随机误差很小。

这就要考虑是否存在较大的系统误差，即要从测试方法的角度去考虑了。

本所目前一般采用压电式传感器测量压力。

压电传感器因其机械强度高，体积小，重量轻、高频特性良好，输出线性好等优点，而被广泛采用。

但当被测压力变化频率低，变化幅度小时，压电晶体的电荷量变化难于反映到测量结果中，即压电传感器的低频特性差。

而我们测量的油路中存在这种变化频率低、幅度小的压力——高压油管中的残留压力。

因此，压电传感器是测不出这种压力的。

上面提到的现象极可能是因为测不出残留压力而产生的。

在课题立项时，还曾考虑过压电传感器灵敏度变化问题，还有高压油管嘴端压力与针阀体内压力室的压力差异问题，是否会对压力测量精度产生一定的影响。

这些都将在下面的论文中予以阐述。

第三章压燃式发动机的燃料喷射装置概述

燃油喷射装置是柴油机的一个重要组成部分,在产品改进和新品试制过程中,为了获得良好的性能指标,往往需要对燃油喷射系统进行大量的调试工作.根据大量实践表明,对现代柴油机喷射装置的要求是:

（1）能精确的控制每循环的喷射量（并要求每缸等量）,并在规定的时间内（喷射持续角）喷入汽缸,换言之,即要求具有合适的喷油率.

（2）为了优化柴油机的性能、烟度、噪声和排放,需要具备能随柴油机负荷和转速变化的、精度为±1℃A的喷油提前角。

（3）为了将柴油和空气混合，需要高的喷射压力，对具有强空气涡流的直喷式或非直喷式柴油机，最大喷射压力为30～40MPA，对低涡流直喷式，最大喷射压力约为45～48MPA，对无涡流直喷式，最大喷射压力在100MPA以上。

近年来，得到蓬勃发展的电控喷射系统，在实现要求

（2）方面已比常规的机械液力式喷射装置显示出更大的优越性，并开辟了将喷油系统控制和运输车辆控制结合起来的可能性。

在压燃式内燃机出现早期，燃油喷射是通过高压空气实现的。

一九二七年，德国博世（BOSH）公司开始专业生产以螺旋槽柱塞旋转方式调整供油量的机械式喷油泵，这种喷油泵的工作原理至今仍用于多数压燃式内燃机的燃料供给系统中。

图1

如图1整个燃油系统由低压油路（油箱、输油泵、燃料滤请器、）（喷油泵、高压油管、喷油器）和调节系统组成。

其核心部分是高压油路所组成的喷油系统，人们也把这种传统燃料供给系统称之为泵-管-嘴系统。

在这种系统中，喷油泵有柱塞式喷油泵和转子分配式喷油泵两种。

对柱塞式喷油泵，每个柱塞元件对应于一个气缸，多缸内燃机所用的柱塞数和气缸数相等且和为一体，构成合成式喷油泵；对小型单缸和大型多缸内燃机，常采用每个柱塞元件独立组成一个喷油泵，称之为单体喷油泵。

转子分配式喷油泵是用一个或一对柱塞产生高压油向多缸内燃机的气缸内喷油，这种主要用于小缸径高速压燃式内燃机上，其制造成本较低。

在上述泵-管-嘴燃料供给系统中，由于有高压油管的存在，使喷油系统在内燃机上的布置比较方便灵活，加上已积累了长期制造与匹配的理论与经验，因此，目前这种系统仍在各种压燃式内燃机上得到广泛应用。

但是，也正由于高压油管的存在，降低了整个燃油供给系统高压部分的液力刚性，难于实现高压喷射与理想的喷油规律，也使这种传统燃料供给系统的应用前景受到一定的限制。

为了满足压燃式内燃机不断强化及日益严格的排放与噪声法规的要求，目前正在大力发展各种高压、电控的燃料喷射系统，如采用短油管的单体泵系统、泵喷嘴与PT系统、蓄压式或共轨系统等等。

在目前对于上述各种喷射装置的研制中，对喷射装置系统压力性能有着很高的要求，而油管的残留压力，在整个压力系统中占有十分重要的地位，因此对残留压力装置的研究对整个燃油喷射装置性能的提高有着十分重要的作用。

3.1喷油过程

压燃式内燃机工作时，曲轴通过定时齿轮驱动喷油泵旋转，燃油从油箱经滤清、输油泵加压（约0.1～0.15MPA）到喷油泵的低压油腔。

当挺柱体总成的滚轮在凸轮基圆时，柱塞腔与低压油腔通过进、回油孔联通，向柱塞腔供油，喷油泵凸轮轴运转，凸轮推动挺柱体总成克服柱塞弹簧力向上运动。

当柱塞顶面上升到与进、回油孔上边缘平齐，进、回油孔关闭，柱塞腔与