柴油机供给系一.ppt

第七章 柴油机燃料供给系统（一）,导入：、燃料不同，系统组成差别很大、柴油机燃料供给系统也有普通和电控之别、柴油机的优势日趋明显六优势、三劣势、本部分内容最多、机械部件结构最精密、原理最复杂、重点：输油泵、喷油泵、喷油器、调速器、燃烧室、难点：喷油泵、调速器,7-1 概述,一、柴油机燃料供给系统的功用：按照柴油机的工作要求，在适当的时刻将定量、定压、清洁的柴油，按照柴油机的工作次序喷入各缸，与吸入气缸内的空气迅速、良好地混合和燃烧，并将燃烧的废气排出。二、柴油机燃料供给系统的组成：柴油箱、输油泵、柴油滤粗清器、柴油细滤器、喷油泵、调速器、喷油器、低压油管、高压油管、回油管。1、高压油路 2、低压油路,7-1 概述（基本组成）,7-1 概述（基本组成流路 链接C6-15）,4125A典型案例,7-1 概述（要求）,三、柴油机对供给系统的要求1、定时：（1）、供气定时；（2）、供油定时；2、定量：（1）、油气比例适当；（2）、各缸一致；（3）、与负荷相适应；3、定质：（1）、空气质量；（2）、供油质量；4、定压：必须与燃烧室形状和喷油器类型向适应，油束的雾化应符合燃烧室的要求，同时还应喷射干脆，避免后滴漏现象。,5、定律：正确的喷油规律，亦称喷油速率，单位时间喷油量随时间的变化而变化的规律；（或称dg随CRA或CAA的变化而变化的规律）要求喷油规律同混合气形成和燃烧过程配合良好，获得合适的燃烧速率、压力增长率和最大爆发压力。,最佳的供油(或喷油)时刻与柴油机转速和负荷有关。转速愈高，供油量愈大，则最佳供油提前角也应当愈大，使燃烧过程能在活塞上止点附近完成，以获得较大的功率和较小的燃油消耗率。最好能使供油提前角随着转速和负荷的变化而作相应的改变。因而一般说明书所规定的供油提前角是指该柴油机在标定转速下的最佳供油时刻。,关于供油定时,四、柴油机可燃混合气形成特点 柴油粘度大，必须通过高压喷射，促进其雾化、蒸发并与空气混合，形成按一定比例构成的空气燃料蒸汽的混合物，称为可燃混合气。因此，柴油机燃料供给系统配置了高压喷油泵和喷油器。柴油机在进气过程中进入气缸的是空气，在压缩接近终了时，柴油才被喷射进入气缸。从柴油开始喷入到可燃混合气着火，对应的曲轴转角约15o35oCA，如果发动机转速为2000r/min,对应的时间才只有0.00125S0.00292S。柴油机混合气形成的时间极短。为了加速混合气的形成，在柴油机上要组织一定强度的空气涡流，如进气涡流和压缩涡流。,因此与汽油机相比，其具有以下特点 1、高压性：15220MPa 2、局部性：仅在Vc内进行 3、快速性：1525CA 4、交错性：混合与燃烧交错进行 5、压燃性：依靠压力，自行着火,五、柴油机可燃混合气形成方式 1、高压喷散（空间雾化）2、油膜蒸发（热膜挥发）3、油粒蒸发（微滴汽化）4、混合方式形成（综合雾化）,7-2 发动机燃烧室（导入）,导入：、回忆：Vc燃烧室容积、Vc 的三种说法、为分析比较，将汽油机和柴油机 的Vc 一块讨论、Vc 对发动机的工作性能影响很 大，故专节讲述、思考：见过何种燃烧室？,一、发动机对燃烧室的要求1、结构紧凑：（1）衡量指标面容比A/V（2）、原因2、具有良好的配气性能：（1）、进排气顺畅、阻力小（2）、各通道断面合理（3）、与进气歧管、气门搭配合理3、喷油器或火花塞位置设计合理（1）、喷油器位置：与塞、室、气流匹配（2）、火花塞位置：扫清废气、均与传播、减少积碳4、形状合理、布置得当（1）、把90%的燃烧期控制在规定的转角内：5060,（2）、能有适当的紊流运动、进气涡流链接C6-5动画,7-2 发动机燃烧室（对燃烧室的要求）,、挤气（压气）涡流链接C6-7动画,、燃烧涡、紊流（链接C6-9动画）,5、防止早燃和爆燃：（1）、无尖突物（2）、避免局部炽热区6、与发动机速度相适应（1）、保证燃烧速度（2）、保持柔和程度,二、汽油机燃烧室的主要类型1、浴盆型燃烧室（盖上型）（1）、分类（2）、形状（3）、特点：面容比较大，压缩比小，HC；进排气效果不如半球形燃烧室,燃烧速度较 低，工艺性好、成本低。（4）、应用：捷达、奥迪,2、楔型燃烧室（盖上型）（1）、分类（2）、形状（3）、特点：结构简单、紧凑、散热面积小、热损失少；火花塞置于燃烧室最高处，火焰传播距离长,燃烧速度较快；但氮氧化物较多，工作稍有粗暴（4）、应用：普通切诺基、486、491、CA、EQ,7-2 发动机燃烧室（汽油机）,3、半球型（1）、分类：盖，塞（2）、形状：（3）、特点结构紧凑、排气效果好火焰行程短、燃烧速率高、热损失小、热效率高（4）、应用：右图塞上型用于化油器式桑塔纳、夏利、富康等,多球型：用于多气门汽油机机,7-2 发动机燃烧室（柴油机）,三、柴油机燃烧室1、直喷式燃烧室（统一式）（1）、开式燃烧室：、型燃烧室（塞上型）1）主要是依靠多孔喷雾（多为4-8孔，喷孔直径为0.250.4），利用油束和燃烧室的吻合，在空间形成混合气。(空间雾化混合)2）喷孔直径小（孔式），喷油压力较高，一般在20Mpa左右，喷散质量好。,3）结构紧凑，散热面积小，热损失小，故热效率高，经济性好，容易起动。其缺点是：4）滞燃期形成混合气较多，工作粗暴，燃烧噪音大。5）制造困难6）喷孔易堵塞、双型燃烧室（塞上型）,双型燃烧室,（2）、半开式燃烧室缩口式：d/D0.30.5敞口式：d/D0.50.8、四角形燃烧室结构特点 燃烧室底部仍是形，燃烧室上部逐渐过渡为四方形，喷射时四个喷孔对着燃烧室的四个角喷油。可抑制涡流的增强，减少NOX生成量,、球型燃烧室：1）球形油膜燃烧室位于活塞顶部中央，形状大于半个球，与喷油器相对的位置，开有缺口与球面相切，燃油从这里顺气流方向喷在室壁上形成油膜。2）采用强涡流螺旋进气道。3）燃油顺气流沿球面切线方向喷入时，约95%被喷涂均布在室壁上，形成一层薄的油膜，5散布在燃烧室空间形成火源，点燃混合气。4）单孔（0.5-0.7mm,20-22MPa），喷油压力较高，油耗率较低。能适应多种不同着火性能的燃料。5）工作柔和，噪音小，又叫轻声发动机。6）起动困难，螺旋形进气道，结构复杂，制造麻烦。,2、分隔式燃烧室（1）、涡流式（涡流室内是？）1)整个燃烧室被分为两部分 球型涡流室在气缸盖内；活塞上方为主燃烧室。2)在压缩行程中，气缸内的空气被活塞推挤，经过通道进入涡流室，形成强烈地有组织的高速旋转运动（几百转/s）柴油喷入涡流室中，在空气涡流的作用下，形成较浓的混合气。部分混合气在涡流室中着火燃烧，已然与未然的混合气高速（经通道）喷入主燃烧室，借活塞顶部的双涡流凹坑，产生第二次涡流。促使进一步混合和燃烧。3)过量空气系数可较小4)热损失较大，经济性较差（气流通过通道的阻力大，耗油率高），起动性能差,带电热塞。,涡流式燃烧室,特点：油压要求不高（14-17MPa）,单喷孔；故障少；工作较平稳；散热面积大；油耗高；起动性差。,（2）、预燃室式燃烧室1）整个燃烧室分两部分，预燃室位于气缸盖内为总燃烧室容积的2560，活塞上方为主燃室。2）大部分燃料是在主燃烧室中混合燃烧，是属于空间混合方式。3)利用压缩紊流先预燃,利用强烈的燃烧涡流，促使完全燃烧。4）对喷油的雾化质量要求不高，可采用不易堵塞的大直径单孔喷嘴，喷油压力较低（8MPa12MPa），有适应大转速范围和不同着火性能燃料的能力。5）运转平顺，燃烧噪声小，但经济性较差。热损较大，起动性能差，必须加装电热塞。,预燃室式燃烧室,3、直喷式燃烧室和分隔式燃烧室的比较,7-3 柴油机燃料供给系主要组成,一、柴油箱1、功用2、结构形式3、特点,柴油机消防机组,重卡油箱,小托油箱,油箱结构,闭式油箱盖,二、柴油滤清器1、功用：滤去柴油中的杂质、水分和石蜡，以减小各精密偶件的磨损，保证喷雾质量。2、类型：（1）、按可否拆修分（2）、按滤芯分（3）、按所能滤掉的杂质大小分3、机构原理：（1）、滤清器盖上有放气螺钉。拧开螺钉，抽动手动输油泵，可以排除滤清器和低压油路内的空气。（2）、有的滤清器盖上装有限压阀。（3）、滤清器外壳底部多设有放污螺塞，以便定期排除杂质和水分。,纸质滤芯式柴滤器,金属带缝隙式,多孔陶瓷滤芯式,棉纱滤芯式,纸质滤芯式,一次性柴油滤芯,三、油水分离器1、功用：2、构造：1手泵。2进油口，3放水位，4放水塞，5液面传感器，6浮子，7壳体，8盖，9出油口3、原理：当水位上升到一定高度3 时，液面传感器 5 将电路导通，仪表盘上的警告灯提示机手放水（也有自动放水装置）,瑞肯牌油水分离器,瑞格油水分离器：过滤杂质、除去水分、加热燃油,四、输油泵1、功用：使柴油产生一定的压力，用以克服滤清器及管路阻力，保证连续不断地向喷油泵输送足够的柴油。2、类型：滑片式、膜片式、柱塞式多采用活塞式，输出压力为，输出量为柴油机全负荷油耗量的3-4倍。,3、柱塞式输油泵（用于柱塞式喷油泵）（1）、结构：（2）、原理（链接C620、21动画）（3）、特点：油量的自动调节（4）、手油泵（5）、检查,1是上腔，2是下腔，13为滚轮体弹簧，17 为回油道，,吸油（进油）、出油行程,压油行程,柱塞式输油泵工作过程,4、滑片式输油泵（和分配泵配套使用）（1）、结构（2）、工作,滑片泵工作原理,7-3柴油机燃料供给系主要组成（柱塞式喷泵）,导入：、喷油泵的三大类别PP、VEP（Verteiler Einspriz Pumpe）、PT、柴油机的心脏、柱塞泵应用最广、种类繁多、系 列化程度高、精密部分、难点多、较难理解,五、柱塞式喷油泵（一）、柴油机喷油泵的功用：完成定时、定量、定压的要求（二）、柴油机对喷油泵要求：按柴油机工作顺序供油，供油量应符合柴油机工作所需的精确数量，而且各缸供油量均匀，不均匀度在标定工况下不大于34。各缸供油提前角要相同，相差不大于0.5度曲轴转角 各缸供油延续时间要相等。油压的建立和供油的停止都必须迅速，以防止滴漏现象的发生。泵油压力要保证喷射压力和雾化质量的要求。供油量和供油时间可调整，并保证各缸供油均匀。供油规律应保证柴油燃烧完全。,柱塞式喷油泵,（三）、柱塞式喷油泵的类型1、按总体状况分：单体式（一缸一泵）、组合式（多缸合一）2、按泵壳结构分：分体式（一盖一壳）、整体式（倒挂装入）3、按油量调节机构分：齿杆（齿条）齿圈（齿轮）式、拨叉拉杆式（四）、柱塞式喷油泵的系列 A B P Z P7 M等，其中 为分体泵，其余为整体泵。（见下两页）,单体与双体泵,四缸整体组合式喷油泵,八缸整体组合式喷油泵,组合式分体泵,（五）、分泵的构造和原理1、泵壳2、泵油机构（1）、柱塞副（柱塞偶件）、功用、要求、结构特点A、柱塞套B、柱塞C、柱塞弹簧,柱 塞 副,柱塞副（柱塞偶件）（7为榫舌）,柱塞切槽结构,（2）、出油阀副（出油阀偶件）、功用：干脆断油、迅速卸压、要求：、结构：（链接C6-38动画）,泵油机构组合（上部为出油阀紧座）,泵油机构的泵油原理（链接C6-40 演示）,进油柱塞下行，进油孔开,压油柱塞上行，进油孔关,回油柱塞上行，回油孔开,3、油量（油门）调节机构（1）、功用（2）、形式 1）、拨叉拉杆式 2）、齿条齿圈式（齿杆式）（3）、要求（4）、思考 如何调整油量？,柱塞式喷油泵的油量调整机构,柱塞式喷油泵（油量（油门）调节机构）,2）、齿条齿圈式（齿杆式）,柱塞式喷油泵的构造（驱动与传动机构）,4、驱动机构,柱塞式喷油泵的构造（驱动机构凸轮轴）,凸轮的轮廓结构类型,凸面渐开线、凸面线、双切线、凹面渐开线、凹面圆弧线、直凸组合线、直凹组合线,柱塞式喷油泵的构造（传动机构）,5、传动机构（滚轮体总成）,柱塞式喷油泵的构造（滚轮体总成）,垫片式滚轮体,柱塞式喷油泵的构造（滚轮体总成）,调整螺钉式滚轮体,柱塞式喷油泵的构造（供油时间调整机构）,6、供油时间调整机构（六）、工作原理（七）、基本概念1、供油开始角：供油开始时刻滚轮体纵向中心线与凸轮对称中心线之间所加锐角2、供油提前角1供油开始时刻到活塞运动至压缩上止点时，曲轴所经过的转角（或：供油开始时刻用活塞到达压缩上止点前的曲轴转角来表示）,柱塞式喷油泵（基本概念）,3、喷油提前角2喷油器喷油开始时刻用活塞到达压缩上止点前的曲轴转角来表示 思考1和2应该哪个大？4、柱塞总行程h=？柱塞上下止点之间的距离=?5、有效行程（供油行程）hc柱塞在由下止点向上止点运动过程中，从柱塞开始密封两油孔到回油孔与斜槽空腔接触时所走过的距离（路程）（compress）,（八）、供油量的调整思考：1、什么是柴油机的油门？2、供油量取决于什么？（九）、供油时间的调整思考：1、供油时间用什么来衡量？2、单调：增减垫片或拧动调整螺钉 3、整调：改变凸轮轴与滚轮体的相对位置（通常是使喷油泵凸轮轴正时齿轮错齿传动）,供油量的调整,（十）、喷油提前修正器（喷油提前器）1、功用：随着发动机转速的改变自动改变供油提前角：n，1，供油提前；n，1，供油错后,2、最佳供油提前角,3、喷油提前器的构造,转速低时，飞锤不张，3驱动6内侧，此时对应一1；转速高时，9张开，3驱动6的外侧，使凸轮轴相对于主动盘向前转动 1,凸型飞锤,4、喷油提前器的原理,凹式飞锤,4、喷油提前器的原理（叙述有误：压缩弹簧改为弹簧伸张）,（十一）、柱塞式喷油泵的速度特性及其校正,1、喷油泵的速度特性（1）、定义：喷油泵每循环供油量随凸轮（发动机）转速的变化而变化的规律（2）、特性曲线（3）、说明、速转，柱塞速度，节流作用，预流量，后流量；漏油、速转，柱塞速度，节流作用，预流量、后流量，漏油2、喷油泵原本速度特性的缺点（1）、负荷，熄火；（2）、负荷，飞车。,g,n,o,3、喷油泵的速度特性的校正方案（1）、节流式出油阀：通过阀芯小孔和上部横向小孔在高速时节流作用强，同时减压作用也强，使g基本保持不变。（2）、调速器（应用广泛）,六、调速器（一）、不装调速器时发动机的原本转矩特性1、定义：油门不变时，输出转矩随转速的变化而变化的特性2、特性曲线：M=f(n)3、说明：（二）、调速器的功用：根据柴油机负荷和转速的变化自动调节喷油泵的供油量，以保证柴油机在各工况下的转速基本不变（稳定运转）。（三）、调速器的分类：1、按作用范围分（1）、单程（制、速）（2）、双程（制、速）（3）、全程（制、速）（4）、极限式（只限制最大功率时的转速）,双程调速器,2、按传动类型分：（1）、气动式（少用）（2）、液力式（特大功率）（3）、电子式（高档电控柴油汽车）（4）、机械式（中小功率）（四）、机械式全程调速器1、构造2、原理,3、调速特性,小型机调速器,小型机调速器调速特性曲线,（五）、调速器的性能指标导入：标定（额定Rated）功率、标定（额定）工况、标定（额定）转速、标定（额定）扭矩、全负荷、大负荷、超负荷 1、稳态调速率：（1）、定义:（n0max为由标定工况突卸负荷后的空转稳定转速，nb为标定转速）（2）、物理意义:是衡量调速器性能的静态特性指标，表明了空载稳定转速与全负荷转速之间的波动量（3）、要求：210%（4）、减小2的措施,描述调速器特性指标线图,2、瞬时调速率:（1）、定义:nmax为突卸负荷后的最高瞬时转速（2）、物理意义：反应调速器的一动态性能指标，表明瞬时转速的波动情况（3）、要求：110%12%（4）、减小1的措施,3、稳定时间（也称过度过程稳定时间）：（1）、定义：t=t2-t1 其中t2为负荷突变（加或减）后转速开始稳定的时刻；t1为负荷突变的时刻（2）、物理意义：表明了调速器在标定工况时突卸负荷后起调速作用的灵敏程度（3）、要求：t 3 7s（4）、提高t的措施（思考）4、转速波动率（1）、定义：,%,%,或,（2）、物理意义：也是一动态性能指标，表明了发动机在额定工况下转速的波动情况，或者说在标定工况运转时的转速稳定程度（3）、要求：0.51.0（4）、措施：5、不灵敏度：e=(n2-n1)/nbm n2：负荷减小时调速器起作用的转速。n1：负荷增加时调速器起作用的转速。nbm：发动机额定平均转速(r/min)标定转速下：e1.5-2%最低转速时：e10-13%,实习一 喷油泵与调速器总成的解体、装复与检调,实习一 喷油泵与调速器总成的解体、装复与检调,实习一 喷油泵与调速器总成的解体、装复与检调,一、检查内容：1、密封性 2、运转灵活性 3、供油开始角 4、供油压力二、调整内容：1、供油开始角 2、供油提前角 3、供油压力 4、各缸供油均匀性三、使用保养 1、铅封；2、精密部件的拆卸,转子分配式喷油泵简介,驱动轴带动二级滑片式输油泵工作，并通过调速器驱动齿轮带动调速器轴旋转。在驱动轴的右端通过联轴器与平面凸轮盘连接，利用平面凸轮盘上的传动销带动分配柱塞。柱塞弹簧将分配柱塞压紧在平面凸轮盘上，并使平面凸轮盘压紧滚轮。滚轮轴嵌入静止不动的滚轮架上。当驱动轴旋转时，平面凸轮盘与分配柱塞同步旋转，而且在滚轮、平面凸轮和柱塞弹簧的共同作用下，凸轮盘还带动分配柱塞在柱塞套内作往复运动。往复运动使柴油增压，旋转运动进行柴油分配。凸轮盘上平面凸轮的数目与柴油机气缸数相同。在分配柱塞的中心加工有中心油孔，其右端与柱塞腔相通，而左端与泄油孔相通。分配柱塞上还加工有燃油分配孔、压力平衡槽和数目与气缸数相同的进油槽。柱塞套上有一个进油孔和数目与气缸数相同的分配油道，每个分配油道都连接一个出油阀和一个喷油器。,VE泵的传动机构,PT泵简介,康明斯PT泵,PT泵的泵芯,康明斯PT 泵,凸轮由发动机曲轴带动，它的旋转运动向上顶动滚轮随动架、顶杆和摇臂调整螺丝。摇臂的另一端即可向下压喷油器的柱塞，进行喷油。凸轮不顶时，喷油器的弹簧随即使运动件回位。PT泵将燃油直接输送至气缸盖的油道内，每一个喷油器都承受PT泵所供油压，燃油经喷油器进油口滤网、量孔塞、内部油道和止回球阀等直至喷嘴头。由于柱塞的运动是发动机自身带动的，因此柱塞上升燃油进入喷嘴头计量的时间是随发动机的转速而变化，转速高，进油时间短；转速低，进油时间长。凸轮有精确的形状，它旋转一周，曲轴旋转两周。活塞在气缸内的进气、压缩、作功和排气4个行程，正好相应于凸轮的个相位。凸轮处于小半径时，柱塞在最高位置，喷嘴头计量进油。凸轮在大半径时，柱塞在最低位置。此时气缸内高温高压气体不会进入喷油器，燃油从旁通油道继续流动可以冷却喷油器。喷油器喷油是凸轮转至相应气缸内压缩上死点前某一角度，它取决于顶杆的高度与活塞的对应位置，可用专门仪器检查。如果不符合要求，可以调整垫片的厚度。,柱塞上行初期，柱塞上的环槽6与上进油道7接通时，来自PT燃油泵的燃油流入上进油道7，通过环槽6沿下进油道5而流入环形槽4，此时由于计量量孔3仍被关闭，燃油不能流入泵体的锥形空腔，所以全部燃油只能通过回油量孔2沿回油道1流回燃油箱。当柱塞继续上行，计量量孔3被打开时，部分燃油则流入泵体下部的锥形空腔，而大部分燃油仍经回油量孔2流回燃油箱。由于此时燃油压力较低，喷孔直径又很小，故燃油不会漏入燃烧室。当柱塞下行直至柱塞封闭计量量孔3时，进油结束。此后柱塞继续下行，锥形腔内油压急剧升高，燃油在高达100MPa压力作用下呈细雾状喷入燃烧室。当柱塞下行至其锥形部分占据了泵体的整个锥形空腔时，喷油结束。此时，柱塞环槽上的台阶关闭进油道，油路中的燃油停止流动。综上所述，PT燃油供给系统循环供给油量的控制是通过PT泵的供油压力和喷油器的喷油时间两个因素匹配来实现的,PT泵喷油器的工作过程a 进油 b 回油 c 喷油 d 停油1-回油道 2-回油量孔 3-计量量孔 4-环形槽 5-下进油道 6-环槽 7-上进油道,七、喷油器1喷油器的功用 按一定的要求将喷油泵供给的高压柴油喷入燃烧室，与高速流动的空气相混合，形成良好的可燃混合气。2、要求：、合适的喷油压力、雾化均匀（合适的细度、均匀度）、喷射干脆、断油利落，无后滴现象、油束形状与方向必须适应于燃烧室、正确的喷油时间、合理的喷油规律,普通喷油器,电控喷油器,PT专用喷油器,思考：喷油时间和喷油压力由哪个部件来确定？3、喷油器的类型（1）、开式（2）、闭式：、孔式、轴针式,闭式,孔式,轴针式,孔式喷油器原理,七、喷油器,4、轴针式喷油器,轴针式喷油器的工作,七、喷油器（喷油嘴儿）,5、喷油嘴儿（1）、构造（链接C6-142）,七、喷油器（喷油嘴儿）,(2)、轴针式喷油嘴儿的类型,6、轴针式喷油的特点（1）、自洁作用（2）、轴针磨损7、注意事项（1）、精密偶件（密封带间隙0.00150.0025mm）、配对使用（2）、回油油路易堵塞（3）、阀线偏移后不能使用（阀线接触宽度只有0.3mm）,7-4 柴油的喷射和雾化,一、柴油的喷射1、柴油的喷射过程从喷油泵开始供油到喷油器停止喷油的持续过程（1）、喷油延迟段：从供油开始到喷油器针阀减压环带开始抬起的阶段（液声波速度1400 m/s）喷油延迟角c=1-2（convey）（2）、主喷段：从喷油器针阀减压环带开始抬起到喷油泵减压环带开始起减压作用的阶段（g的 90%）思考：此阶段持续时间是否恒定？通过什么途径来控制？（3）、喷油结束段：从高压油路喷油器端的压力下降到喷油器针阀完全落座所持续的阶段（应尽量缩短）,2、供油规律和喷油规律（1）、供油规律喷油泵供油过程中，每度曲轴转角的供油量随曲轴转角的变化而变化的规律,（2）、喷油规律喷油器喷油过程中，每度曲轴转角的喷油量随曲轴的转角的变化而变化的规律,3、非正常喷射现象（1）、欠压喷射（链接C6-149）,正常喷射,（2）、滴油,（3）、二次喷射：（大负荷、高速时易出现压力波动而引起）,（4）、断续喷射：（周期性或非周期性的针阀跳动）,（5）、隔次喷射（怠速时供油量过小所引起）,4、柴油喷射系统中的气蚀现象 400-500MPa、1000 当精密偶件表面出现0.01mm以上的麻点、凹坑、蚀斑时，必须更换,7-4 柴油的喷射和雾化,二、燃油的雾化1、雾化过程指燃油从喷油器喷嘴儿喷出一直到在燃烧阶段燃油被分散成细小雾滴的过程2、雾化机理（1）、高压喷散（能级跳转10-180m）（2）、紊流撕裂（5 80m）（3）、油膜蒸发（1 40m）（4）、热微滴蒸发（分子状 10m）思考液体喷散雾化理论？薄膜、紊流、线流理论？3、雾化的作用（1）增加油粒表面积；（2）提高燃烧速度；（3）增加火焰传播速度和燃烧均匀性,4、喷射和雾化质量的评价指标（1）、射程L：在大气中贯穿的距离（2）、喷雾锥角：锥型油束轴面母线夹角（3）、贯穿率Ll=L/l 其中l为喷孔沿轴线到室壁的距离（4）、油束宽度B：取决于Ll和（5）、喷散细度（粒度）d:指油滴平均直径大小。,有三种表示方法：、直径平均值；、质量中径或体积中径；、dmax/dmin（6）、雾化均匀度：、用最大和最小雾滴直径的差值来表示大小均匀性、用各单位容积内的油粒个数来表示分布均匀性5、影响喷射与雾化的因素（1）、压力（2）、喷嘴儿结构（孔数、孔径、孔型，轴针形式）（3）、凸轮轮廓曲线类型（4）、燃料性能（5）、燃烧室结构,6、对喷射系统的要求（1）、绝对避免不正常喷射（2）、尽量减少气蚀（3）、根据不同工况，精准提供每循环供有量（4）、良好的喷油规律（5）、喷射与燃烧室密切配合（6）、尽量小的振动和噪声（7）、随着速度的提高，逐步强化零部件，保证工作可靠 思考发动机曲轴4000r/min,凸轮2000r/min，柱塞往复33T/s，每次吸供油时间0.022s,针阀跳动33T/s,7-5柴油机的燃烧过程,、回忆汽油机燃烧过程三阶段：延迟、速燃、后燃、因燃料不同，燃烧过程不同、仍然用示功图展开法进行研究一、燃烧过程1、着火延迟期（滞燃期）从喷油开始到燃油最初少 量开始燃烧（A-B段）物理过程：喷射、雾化、蒸发、分解，大约占喷油量 的40%左右 化学过程：燃烧-激烈的氧化，大量反映物生成 因速度不同，此段持续大约为0.00070.003s左右 此段受压力、温度、柴油性能、燃烧室结构影响很大,7-5柴油机的燃烧过程,其中O点表示喷油泵开始供油点，对应的曲轴转角1为供油提前角；2点表示喷油泵开始喷油点,对应的曲轴转角为喷油提前角。,2、速燃期B-C段，混合气几乎同时燃烧。Pmax=13 22MPa,而且大约在压缩上止点后10 15之间到达，P/=(Pc-Pb)/(c-b)0.4 0.6MPa/CA 影响这个时期工作的主要因素有：着火延迟期的长短、喷油规律（着火延迟期和速燃期内的喷油量）、雾化状况和气缸内的空气涡流强度。一般采用控制着火延迟期的喷油量的方法，改善工作粗暴性。3、缓燃期（扩张燃烧期）C-D段，到D点时，喷射阶段结束，生成物增多，体积增大，氧气减少，燃烧速度放慢，大约在该阶段的2/3处，温度达到最高（1700-2000），此段内扩张燃烧明显。影响缓燃期的主要因素有：燃烧开始后的柴油喷入量、雾化质量及气缸内空气涡流强度。一般而言，在小负荷时，缓燃期很短；大负荷时，缓燃期加长。,4、补燃期（后燃期）D-E段，严重缺氧，而且热能不能转化为机械能，机器吸热严重，应尽量缩短。从上述燃烧过程的分析可以看出，为了提高柴油机的动力性、经济性和工作平顺性，着火延迟期不能太长，要控制速燃期的压力增长率和最高的燃烧压力，要缩短缓燃期，尽量消除后燃期。为此，必须选用十六烷值较高的柴油，要采用较高压缩比（1520）的燃烧室。二、影响柴油机燃烧的因素1、燃油性质（链接“关于柴油”）2、喷油提前角2：,3、压缩比：4、喷油规律和雾化质量：柴油喷射系统的喷油规律应与燃烧过程相对应。控制前期喷射量，加快中期喷射量，尽快结束后期喷射。5、发动机转速n：6、燃烧室型式：在燃烧室内组织较强的空气涡流运动,促进空气与柴油的均匀混合。7、充气效率：柴油机的a通常都大于1，一般在1.152.2范围内。8、负荷大小:,7-6 内燃机的排放与控制,一、内燃机的主要排放物（Kyoto Protocol）1、CO22、H2O3、micro-particle4、NOX5、CO6、HC7、Cr、Pb等重金属8、SO29、O3 其中红色为主要有害排放，是需要重点控制的物质,二、有关统计资料 1、城市主要污染物中发动机排放所占比例,2、不同工况下发动机排放有害成分浓度（1）、汽油机,（2）、柴油机,3、欧洲机动车排放标准（1）、汽油机,（2）柴油机,三、有害排放物的危害,四、有害排放物的生成机理1、CO的生成机理（贫氧、局部混合气过浓）（1）、RHRRO2RCHORCOCO（2）、CO2+H2 CO+H2O（H与C争O）2、HC的生成机理（泄漏、贫氧、激冷效应）（1）、曲轴箱窜气（2）、二冲程发动机回流扫气（3）、油系泄漏、蒸发（4）、激冷效应（思考冷车起动、冬季暖机时的生油气味儿）附着在汽缸内壁上的0.05-0.37mm 的激冷油膜不能蒸发和燃烧。,3、NOx的生成机理（高温富氧）（1）、主导反应：3N2+O2 2NO+N（大部分）N+O2 NO2（小部分）当正向反应速度大于逆向反应速度时，NOx产生，（2）、影响因素：富氧、高温、反应滞留时间长4、MP的生成机理（碳烟凝聚、杂质）（1）、高温缺氧形成碳烟核心（2）、气态烃和其它物质在碳烟核心表面粘附凝聚，再加上大小碳烟核心相互碰撞吸附，形成碳烟基元（3）、碳烟基元再吸附、粘着其它物质形成球状或链菌状聚合物即大小微粒,五、有害排放物的控制 导入：、日益重要加洲、欧洲、京都、北京、四大措施法律法规、经济调控、科学使用、完善功能（机内净化和机外净化重点讨论）、有些措施之间存在矛盾、不同目的不同措施（一）、主动净化（机内处理）1、改进燃烧状况（1）、减小面容比，增加紧凑度，降低激冷效应，减少 CO 和HC的排放（但氮氧化物增多）（2）、采用稀薄混合气燃烧技术，既有过剩的氧，可减 少CO 和HC的排放，又可减少NOx的排放,（3）、适当减小点火提前角，适当降低燃烧温度，适度 减少HC和NOx的排放，但过多会影响Pe（4）、适当增大气门重叠，湿度减少少HC和NOx的排 放，但经济性变差（5）、适当减小，可减少HC和NOx，但Pe2、改善混合气品质（1）、选用高清洁、优质、无污染、杂质少的燃油（2）、采用恒温进气（多用于化油器式或节气门体汽油喷射式发动机上）：当发动机冷起动后，向发动机供给热空气，这样，化油器即使供给稀混合气，热空气也能保证燃油充分汽化和燃烧，从而既减少了CO和HC排放，又能使发动机在低温下稳定工作。当发动机工作温度升高后，恒温进气空气滤清器向发动机供给环境温度的空气。但不利于提高充气效率。,（3）、采用废气再循环EGR引入进气量5-20%的废气，以稀释氧浓度，减少NOx的排放。由于废气中含有大量的CO2，它不参与燃烧，却吸收了大量的热，因此，降低了最高燃烧温度，又使混合气中氧的成份降低，因此减少了NOx排放。废气再循环使发动机动力性能和经济性能下降，尤其是 废气再循环过多，会影响发动机怠速、低转速小负荷、暖机工况的运转稳定性，因此，必须根据发动机工况的变化控制废气再循环率（参与废气再循环的废气比例）。详细情况在汽车电子与电气设备中介绍,3、采用精准电控措施AEC综合考虑各种因素，利用大量传感信息，采取反馈控制，如：EFI,MCC,DSC（爆震传感控制）等，是最有效、最主要的措施.4、柴油机的涡轮增压与中冷技术TCMC(Turbo-Charge Midle Cooling)既可减少 HC、CO，也可以减少NOx，还可以提高Pe。,（二）、机外处理（被动净化）1、三元催化TWC(Three Way Catalysis)（1）、催化转化器结构,（2）、催化转化器位置和机理催化转换器安装在排气歧管之后、排气消声器之前的排气管中。其作用是利用催化剂（通常是贵金属铂Pt、钯Pd或铑Rh 涂抹在蜂窝状多孔陶瓷管）的内在活性，提高化学反应速度，降低反应温度，将排气中的CO、HC和NOx转换为对人体无害的正常气体。三元催化转换器可以同时降低CO、HC和NOx的排放。它可以以排气中的CO和HC作为还原剂，将NOx还原成氮气（N2）和氧气（O2），而CO和HC则被氧化为CO2和H2O。当空燃比在理论空燃比（14.7）附近时，氧化-还原反应达到平衡，CO、HC和NOx的排放同时达到最低。（3）、反应原理 NOx、O2+CO、HC、H2 N2、CO2、H2O（4）、使用TWC致意事项,、选用无铅汽油：催化转换器不能使用含铅汽油，否则会使催化转化器中毒失效；、保证起始工作温度：催化转换器仅在温度超过300-350C才起作用，因此，催化转换器都安装在温度较高的排气歧管后面附近；、精准控制R值：混合气空燃比必须在14.77附近。混合气过浓或气缸缺火（过稀导致），都会使转换器过热。（所以必须配有1-2只氧传感器）、保障能力匹配：催化转换器的功率（即催化转化能力）必须与发动机功率相匹配、限制排气温度：300-850 C 之间，最高不能超过900 C。、附有旁通阀：防止堵塞，以安全通气。、选用含磷量在0.12%的机油：否则也会使TWC中毒 失效；,2、二次空气喷射SAI(Second Air Injection)（1）、作用：二次空气喷射系统的主要功用是在冷起动时由ECU根据发动机温度，控制来自空气泵的新鲜空气喷入排气门附近、排气歧管或三元催化转换器中，使排气中的CO和HC进一步氧化或燃烧成为二氧化碳（CO2）和水（H2O），以控制尾气中CO和HC 成分，同时，加快三元催化转换器的升温过程。（2）、组成：二次空气喷射系统主要由空气泵、内部开关阀和单向阀等组成。空气泵通常由发动机带驱动，单向阀的功用是防止废气返回空气泵（见下页）。,（3）、工作原理：当发动机起动后，电脑不使旁通阀2和分流阀7的电磁线圈通电，于是，旁通阀2和分流阀7的真空割断，此时，空气泵1送出的空气经旁通阀进入大气，这种状态称为起动工作状态，其持续时间的长短决定于发动机的温度。如果发动机的温度很低，起动工作状态的持续时间较长。发动机在预热期间，在发动机温度超过20 C时，电脑使旁通阀和分流阀的电磁线圈通电，这时，进气管真空度传送到旁通阀和分流阀，空气泵送出的空气经旁通阀流入分流阀，再由分流阀流入空气分配管，最后由空气喷管喷入排气歧管。当发动机在正常的冷却液温度下工作时，电脑只使旁通阀电磁线圈通电，而不使分流阀电磁线圈通电。因此，空气泵送出的空气经旁通阀进入分流阀，再经分流阀进入氧化催化转换器。,单向双分阀的结构,3、燃油蒸发吸附装置EECP(Evaporative Emission Canister Purge)（蒸发排放活性炭罐净化，主要用于汽油机）（1）、作用：汽油蒸发排放控制系统的作用是防止燃油箱和化油器浮子室内的燃油蒸发（HC化合物）排入大气造成污染。方法是将这些汽油蒸气收集和储存在活性炭罐内，再将其引入工作的发动机气缸烧掉。（2）、结构组成（见下页）：,（3）、工作过程：、发动机停机后，燃邮箱和化油器中的燃油蒸气进入炭罐，被活性炭吸附。、炭罐顶部的限流阀8的作用是用来控制进入进气歧管的汽油蒸气和空气数量。怠速时，传送到膜片上方的真空度很小，致使孔径较大的限流孔关闭，以免破坏怠速时混合气的空燃比；大负荷或高转速工况下，限流阀全开，大、小限流孔均开启。、发动机起动后，进气管真空度经真空软管10传送到限流阀8，膜片上移并将限流孔开启，新鲜空气自炭罐底部向上流过炭罐，与吸附在活性炭表面的汽油蒸气，经限流孔和汽油蒸气管9进入进气歧管，清除吸附在碳粒表面上的燃油蒸气，并与其一起通过进气管进入气缸内燃烧。,4、曲轴箱强制通风装置PCV(Positive Crankcase Ventilation)(Proportion-valve Control Ventilation)（1）、原因：发动机工作时，有部分可燃混合气和燃烧产物经活塞环由气缸窜入曲轴箱内。当发动机在低温下运行时，还可能有液态燃油漏入曲轴箱内。这将导致润滑油变质，造成机件腐蚀或锈蚀，并且对大气环境HC等气体的污染。（2）、作用：强制式曲轴箱通风装置就是防止曲轴箱内碳氢燃料蒸汽和燃烧产物排放到大气中的净化装置。（3）、结构与主要工作部件PCV阀：根据发动机工况的变化自动调节进入气缸的曲轴箱气体的数量。思考谁与谁成比例？,（4）、PCV阀的结构和工作原理,、当发动机不工作时，PCV阀中的弹簧2将其中的锥形阀3压在阀座4上，关闭了曲轴箱与进气管的通路。、在怠速或减速时，进气管真空度很大，克服弹簧力把锥形阀高高举起，这时锥形阀3与PCV阀体1之间只有很小的缝隙。此时，窜入曲轴箱的气体也很少。、加速或中速时，进气管真空度比怠速时小，在弹簧的作用下锥形阀3与PCV阀体1之间的缝隙增大。由于窜入曲轴箱的气体较怠速时多，所以需要较大的PCV阀开度。、节气门全开，进气管真空度较小，弹簧将锥形阀3进一步下压，使PCV阀的开度达到最大。此时，将产生更多的曲轴箱气体，必须使PCV阀开度最大。、如果进气管发生回火，进气管压力增大，锥形阀落在阀座上（如同发动机不工作时一样），以防止回火窜入曲轴箱引起爆炸,（5）、PCV阀使用注意事项、如果气缸或活塞严重磨损，将会有更多气体窜入曲轴箱，引起曲轴箱压力异常升高，部分曲轴箱气体从空气滤清器处反喷。、PCV阀堵塞，会造成曲轴箱通风不畅、PCV软管漏气，会造成发动机怠速不稳、若气缸的密封性能良好，PCV系统应该使曲轴箱内的压力略低于大气压力（才能形成强制通风的作用）、注意PCV阀的清洁,5、柴油机微粒过滤装置MPF(Micro-Particle Filter)（1）、功用：将柴油机排放物中的颗粒物收集起来，必要时喷油燃烧掉。（2）、组成：一般在排器管末端布置一多孔陶瓷过滤器，在过滤器的入口前设置一带有喷油器、空气阀、火花塞的燃烧器。（3）、原理：在排气过程中，当微粒物质积存到一定数量时，可通过人工或ECU控制，喷入雾状燃油和空气，同时用火花塞点燃，将积存在过滤器入口处的颗粒物燃烧掉。,柴油机微粒捕捉与燃烧器,蓝色天空保卫系统燃烧微粒过滤器的布置,微粒捕捉与燃烧器芯,7-7 关于柴油,一、柴油的使用性能 导入石油的后续裂解、蒸馏产品，碳原子数在C16-C25之间的成分，其中含C3-87%，含H11-14%,含N、O、S等1