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1、内燃机原理第五章第1页，共70页，编辑于2022年，星期五（1）柴油）柴油对柴油机而言，与性能相关的燃料特性为：对柴油机而言，与性能相关的燃料特性为：1）自自燃燃温温度度：表表示示无无外外源源点点火火条条件件下下，柴柴油油能能自自行行着着火火的的最最低低温温度度（473-493k）柴柴油油的的自自燃燃性性用用十十六六烷烷值值来来衡衡量量，十十六六烷烷值值高高，自自燃燃性性好好，反之亦然。反之亦然。十十六六烷烷值值的的评评定定：用用两两种种自自燃燃性性截截然然不不同同的的标标准准燃燃料料作作比比较较。一一种种是是正正十十六六烷烷C16H34，自自燃燃性性很很好好，将将其其十十六六烷烷值值定定为为
2、100；另另一一种是种是甲基萘甲基萘C11H10，自燃性很差，将其十六烷值定为，自燃性很差，将其十六烷值定为0。测测试试的的柴柴油油和和两两种种标标准准燃燃料料混混合合液液的的自自燃燃性性作作比比较较，当当两两者者相相同同时时，混混合液中正十六烷含量的容积百分比，即为所测试柴油的十六烷值。合液中正十六烷含量的容积百分比，即为所测试柴油的十六烷值。2）馏程：表示燃料是否易于蒸发的特性）馏程：表示燃料是否易于蒸发的特性某燃料的馏程是该燃料在某一温度范围内能蒸馏出来的成分的容积某燃料的馏程是该燃料在某一温度范围内能蒸馏出来的成分的容积百分数。用标准分馏仪器测定。百分数。用标准分馏仪器测定。第2页，共
3、70页，编辑于2022年，星期五523k523k以以下下蒸蒸发发出出来来的的成成分分叫叫轻轻馏馏分分，含含轻轻馏馏分分高高的的燃燃料料易易于于蒸蒸发发，便便于于起起动动和和着着火火。但但轻轻馏馏分分超超过过15%15%，会会使使着着火火前前蒸蒸发发的的蒸蒸气气过过多，压力升高率增大，柴油机工作变得粗暴。多，压力升高率增大，柴油机工作变得粗暴。623k以以上上蒸蒸馏馏出出来来的的成成分分叫叫重重馏馏分分，重重馏馏分分超超过过40%的的柴柴油油，不不易易蒸蒸发发，难于完全燃烧。难于完全燃烧。3）粘度：表示燃料分子之间的内摩擦特性。）粘度：表示燃料分子之间的内摩擦特性。粘粘度度影影响响燃燃料料的的过
4、过滤滤性性，油油管管中中的的流流动动性性及及气气缸缸中中的的雾雾化化质质量量与燃烧质量。常用运动粘度表示。与燃烧质量。常用运动粘度表示。4）含含硫硫量量硫硫是是燃燃料料中中的的有有害害成成分分（S，对对金金属属的的腐腐蚀蚀，燃燃烧烧室壁的积炭，润滑油恶化程度）。室壁的积炭，润滑油恶化程度）。在燃烧中，硫氧化成在燃烧中，硫氧化成SO2及及SO3。它们在低温下与水蒸气化合成亚。它们在低温下与水蒸气化合成亚硫酸和硫酸，对金属有强烈的腐蚀作用。在高温下与燃料及润滑油中烃的硫酸和硫酸，对金属有强烈的腐蚀作用。在高温下与燃料及润滑油中烃的异构物反应起催化作用，在活塞环槽及缸套上产生积炭和胶质沉积物，使异构
5、物反应起催化作用，在活塞环槽及缸套上产生积炭和胶质沉积物，使润滑油变坏。润滑油变坏。第3页，共70页，编辑于2022年，星期五5 5）浊点浊点在低温下，柴油开始结晶，失去透明性质对应温度叫浊在低温下，柴油开始结晶，失去透明性质对应温度叫浊点。柴油达到浊点后析出针状结晶，影响供油。浊点是保证柴油机正常点。柴油达到浊点后析出针状结晶，影响供油。浊点是保证柴油机正常工作的重要参数。工作的重要参数。6 6）凝凝点点使使柴柴油油开开始始固固化化而而失失去去流流动动性性的的温温度度叫叫凝凝点点。柴柴油油达达到到凝凝点后，必须加热，才能使柴油机正常工作。点后，必须加热，才能使柴油机正常工作。我我国国柴柴油油
6、以以凝凝点点确确定定牌牌号号，如如-35-35，-20-20，-10-10，0 0号号轻轻柴柴油油的的凝凝点点分分别别为为不不高高于于3535，2020，1010，00。1010，2020，3030号号重重柴柴油油的的凝凝点点分分别为不高于别为不高于1010，2020，3030。7）化学成分）化学成分轻柴油：轻柴油：C=0.87，H=0.126，O=0.004重柴油：重柴油：C=0.87，H=0.125，O=0.005柴油的平均成分：柴油的平均成分：C=0.86，H=0.13，O+N+S=0.18）发热量或热值）发热量或热值第4页，共70页，编辑于2022年，星期五1kg燃油完全燃烧所放出的热
7、量叫做燃料的发热量或热值燃油完全燃烧所放出的热量叫做燃料的发热量或热值高热值：计及水蒸汽冷凝时放出的汽化潜热的发热量叫高热值高热值：计及水蒸汽冷凝时放出的汽化潜热的发热量叫高热值HH。低热值：不计及水蒸汽冷凝时放出的汽化潜热的发热量叫低热值低热值：不计及水蒸汽冷凝时放出的汽化潜热的发热量叫低热值Hu。在发动机中，由于缸内及排气温度高于水蒸汽蒸发温度，无法利用汽化在发动机中，由于缸内及排气温度高于水蒸汽蒸发温度，无法利用汽化潜热，所以燃油的发热量是低热值。潜热，所以燃油的发热量是低热值。轻柴油一般轻柴油一般Hu=42496kJ/kg左右左右重柴油一般重柴油一般HH=41868kJ/kg左右左右(
8、2)汽油汽油 对汽油机来说，与其性能有关的燃料特性为：对汽油机来说，与其性能有关的燃料特性为：1 1）挥发性）挥发性 表示液体燃料汽化的倾向。为了获得良好的着火和火焰传表示液体燃料汽化的倾向。为了获得良好的着火和火焰传播，燃料播，燃料-空气比一般不小于理论完全燃烧燃料空气比一般不小于理论完全燃烧燃料-空气比的空气比的50%50%。燃料的挥发。燃料的挥发性必须足以满足起动，冷机暖车过程性必须足以满足起动，冷机暖车过程第5页，共70页，编辑于2022年，星期五在内的所有工况，在点火时至少要达到这个燃料在内的所有工况，在点火时至少要达到这个燃料-空气比。空气比。2 2）抗爆性抗爆性燃料对发动机发生爆
9、燃的抵抗能力叫做燃料的抗爆性。燃料对发动机发生爆燃的抵抗能力叫做燃料的抗爆性。辛辛烷烷值值：衡衡量量汽汽油油抗抗爆爆性性好好坏坏的的指指标标，辛辛烷烷值值越越高高，抗抗爆爆性越好。性越好。辛辛烷烷值值的的评评定定：用用两两种种标标准准燃燃料料异异辛辛烷烷C C8 8H H1818和和正正庚庚烷烷C C7 7H H1616，二二者者密密度度和和沸沸点点相相差差不不多多，但但抗抗爆爆性性相相差差悬悬殊殊，异异辛辛烷烷抗抗爆爆性性强强，定定其其辛辛烷烷值值为为100100，正正庚庚烷烷抗抗爆爆性性弱弱，定定其其辛辛烷烷值值为为0 0，将将所所试试汽汽油油的的抗抗爆爆燃燃强强度度同同这这两两种种标标准
10、准燃燃料料的的混混合合液液的的爆爆燃燃强强度度相相比比较较，当当两两者者相相同同时时，混混合合液中所含异辛烷的容积百分比即为所试汽油的辛烷值。液中所含异辛烷的容积百分比即为所试汽油的辛烷值。我国汽油的牌号以辛烷值来确定，如：我国汽油的牌号以辛烷值来确定，如：7070，7575，8080，8585号汽油的辛烷值号汽油的辛烷值分别为分别为7070，7575，8080，8585。车用汽油的成分：车用汽油的成分：C=0.855C=0.855，H=0.145 H=0.145；第6页，共70页，编辑于2022年，星期五车用汽油的低热值一般车用汽油的低热值一般=43961kJ/kg左右左右。为提高汽油的抗爆
11、性，适应汽油机提高压缩比的要求，以前一般在汽油为提高汽油的抗爆性，适应汽油机提高压缩比的要求，以前一般在汽油中加入高效抗爆剂四乙铅中加入高效抗爆剂四乙铅Pb(C2H5)，但四乙铅有剧毒。为了减少铅污染，但四乙铅有剧毒。为了减少铅污染，现开始使用无铅汽油。现开始使用无铅汽油。二、气体燃料二、气体燃料1.氢气氢气氢氢气气是是一一种种取取之之不不尽尽，用用之之不不竭竭的的燃燃料料，其其单单位位质质量量的的热热值值是是所所有有燃燃料料中中最最高高的的。它它有有较较宽宽的的着着火火界界限限和和高高的的火火焰焰传传播播速速度度及及只只需需较较低低的的点点火火能量。能量。氢可作为主要或者辅助燃料用在发动机上
12、。氢可作为主要或者辅助燃料用在发动机上。在汽油机上加氢燃烧，现有汽油机的结构可不做改动。在汽油机上加氢燃烧，现有汽油机的结构可不做改动。主要缺点：储存容积大，保存困难。主要缺点：储存容积大，保存困难。目前，已研制出一种金属氢化物的储存系统，可望使氢成为实用的发动目前，已研制出一种金属氢化物的储存系统，可望使氢成为实用的发动机燃料。机燃料。第7页，共70页，编辑于2022年，星期五2.2.天然气天然气天天然然气气NGNG的的主主要要成成分分为为链链烷烷烃烃化化物物的的甲甲烷烷（CHCH4 4），还还包包含含乙乙烷烷（C C2 2H H6 6），丙丙烷烷（C C3 3H H8 8）及及丁丁烷烷（C
13、 C4 4H H1010）。丙丙烷烷和和丁丁烷烷分分别别在在690kP690kPa a和和196kP196kPa a压压力下可以加压成液体。力下可以加压成液体。我我国国的的液液化化石石油油气气LPGLPG除除含含丙丙烷烷、丁丁烷烷外外，还还含含有有丙丙烯烯（C C3 3H H6 6）和和丁烯（丁烯（C C4 4H H8 8）等。）等。天天然然气气的的热热值值和和辛辛烷烷值值均均较较高高，作作为为发发动动机机的的燃燃料料，基基本本可可保保持持原原发发动动机机的的功功率率不不变变并并利利于于提提高高压压缩缩比比。是是一一种种洁洁净净的的能能源源，排排污污低低，输输送送和和使使用用较方便。较方便。为
14、为使使用用天天然然气气和和柴柴油油做做燃燃料料的的双双燃燃料料发发动动机机，一一般般以以柴柴油油为为基基础础，当燃用气体燃料时，柴油就作为引燃用燃料。当燃用气体燃料时，柴油就作为引燃用燃料。如如使使用用纯纯液液化化石石油油气气作作为为燃燃料料，则则常常以以汽汽油油机机为为基基础础，在在结结构构上可不做改动。上可不做改动。3.3.煤气煤气第8页，共70页，编辑于2022年，星期五主要有以下几种：主要有以下几种：（1 1）以甲烷为主要成分的煤气以甲烷为主要成分的煤气 （2 2）以氢气与甲烷为主要成分的煤气以氢气与甲烷为主要成分的煤气 （3 3）以一氧化碳及氮为主要成分的煤气以一氧化碳及氮为主要成分
15、的煤气 （4 4）以一氧化碳及氢为主要成分的煤气以一氧化碳及氢为主要成分的煤气 （5 5）人造煤气（从煤中制取）人造煤气（从煤中制取）它用作汽车燃油有着与它用作汽车燃油有着与天天燃气相同的优缺点。在欧美，煤气燃气相同的优缺点。在欧美，煤气作为汽车燃油已达实用阶段，并在逐渐普及。作为汽车燃油已达实用阶段，并在逐渐普及。4.4.沼气沼气沼沼气气是是一一种种生生物物能能源源，沼沼气气中中甲甲烷烷CHCH4 4的的体体积积分分数数为为606070%70%，COCO2 2体体积积分分数数约约为为303040%40%。在在大大气气中中着着火火温温度度可可达达918-1123K918-1123K，热热值值为
16、为14747-21352.6 kJ/m14747-21352.6 kJ/m3 3。第9页，共70页，编辑于2022年，星期五一般将沼气和柴油同时在柴油机中使用，以沼气作为主要燃料，喷入一般将沼气和柴油同时在柴油机中使用，以沼气作为主要燃料，喷入少量柴油作引燃用。少量柴油作引燃用。三、代用燃料三、代用燃料 1.1.醇类燃料醇类燃料有有甲甲醇醇（CHCH3 3OHOH）和和乙乙醇醇（C C2 2H H5 5OHOH）它它们们的的混混合合气气热热值值高高，能能在在稀稀薄薄混混合气中稳定燃烧，燃烧速度快。排放出的有害物少，是清洁燃料。合气中稳定燃烧，燃烧速度快。排放出的有害物少，是清洁燃料。从从707
17、0年年代代开开始始，各各国国开开展展不不少少研研究究，目目前前在在美美国国已已有有燃燃用用甲甲醇醇燃燃料料的车队。巴西根据资源特点加乙醇的汽油也已广泛使用。的车队。巴西根据资源特点加乙醇的汽油也已广泛使用。2.二甲醚（二甲醚（DMEDME）二甲醚是一种含氧燃料，化学分子式为二甲醚是一种含氧燃料，化学分子式为CHCH3 3O OCHCH3 3,简写为简写为DMEDME，用天，用天然气和煤来制取，它的成本比柴油高，比汽油低。它是醇类化合物，十六然气和煤来制取，它的成本比柴油高，比汽油低。它是醇类化合物，十六烷值大于烷值大于5555，比柴油高，自燃温度，比柴油高，自燃温度508K508K，比柴油低，
18、以质量计含量为：，比柴油低，以质量计含量为：52.252.2的的C C，13.513.5的的H H，34.334.3的的O O。作为柴油机燃料，滞燃期短，雾化。作为柴油机燃料，滞燃期短，雾化混合性能好，可减少混合性能好，可减少NONOx x的的第10页，共70页，编辑于2022年，星期五生成，降低燃烧噪声，且不会产生碳烟和微粒。生成，降低燃烧噪声，且不会产生碳烟和微粒。DMEDME的沸点温度的沸点温度248K248K，做，做柴油机燃料需低压加压，以防气阻，柴油机燃料需低压加压，以防气阻，DMEDME粘度低，需解决燃油系统密封和粘度低，需解决燃油系统密封和易磨损的问题。易磨损的问题。3.3.植物
19、燃料植物燃料分可食用的和不可食用的两大类。分可食用的和不可食用的两大类。多数植物油的化学成分主要是甘油三酸酯。多数植物油的化学成分主要是甘油三酸酯。植植物物油油热热值值低低，比比重重大大，粘粘度度比比柴柴油油高高1010倍倍多多。所所以以雾雾化化特特性性差差，燃烧不完全。十六烷值较柴油低。燃烧不完全。十六烷值较柴油低。目前，植物油主要在柴油机上试用，在柴油机上即可燃用纯植物目前，植物油主要在柴油机上试用，在柴油机上即可燃用纯植物油，也可和柴油、油，也可和柴油、汽油及甲醇形成混合油使用。汽油及甲醇形成混合油使用。我国食用油基本满足生活需要，将其作为燃料使用是不可能的。但是蓖我国食用油基本满足生活
20、需要，将其作为燃料使用是不可能的。但是蓖麻油、黑皂油等作为燃料不足的补充还是有意义的。麻油、黑皂油等作为燃料不足的补充还是有意义的。第11页，共70页，编辑于2022年，星期五5-2 5-2 内燃机燃油喷射系统内燃机燃油喷射系统1.柴油机对燃油系统的要求柴油机对燃油系统的要求为了使柴油机获得好的性能指标，对现代柴油机燃油系统的要求是：为了使柴油机获得好的性能指标，对现代柴油机燃油系统的要求是：（1 1）定量供油定量供油在在柴柴油油机机不不同同转转速速、负负荷荷下下，能能够够精精确确的的供供给给所所需需燃燃油油；当当负负荷荷不不变变时时，各各循循环环之之间间保保持持相相同同的的供供油油量量，使使
21、柴柴油油机机能能稳稳定定运运转转，对对多多缸缸柴柴油油机机，还还应应保保持持各各气气缸缸间间供供油油量量一一致致，以以使使各各缸缸发发出出的的功功率相等。率相等。（2 2）定时供油定时供油在在柴柴油油机机运运行行的的整整个个负负荷荷和和转转速速下下，应应具具有有最最佳佳的的供供油油正正时时，包包括括最最佳喷油开始及喷油持续时间，并且供油规律能满足燃烧过程的要求。佳喷油开始及喷油持续时间，并且供油规律能满足燃烧过程的要求。（3 3）定质供油定质供油喷入气缸燃油要具有高的喷射压力，以保证燃油的雾化粒度，喷入气缸燃油要具有高的喷射压力，以保证燃油的雾化粒度，第12页，共70页，编辑于2022年，星期
22、五贯贯穿穿距距离离，同同时时油油束束形形状状及及分分布布应应与与燃燃烧烧室室形形状状和和空空气气运运动动相相配配合合，以以利利可可燃燃混混合合气气的的形形成成。喷喷油油开开始始及及结结束束都都应应干干脆脆利利落落，无无滴滴油油或或其他不正常喷射现象。其他不正常喷射现象。车用柴油机的燃油喷射系统结构如图车用柴油机的燃油喷射系统结构如图5 51 1所示所示 图图5 51 1 柴油机燃油喷射系统柴油机燃油喷射系统1 1输油泵；输油泵；2 2高压油泵；高压油泵；3 3喷油器；喷油器；4 4预热器；预热器；5 5二级滤清器；二级滤清器；6 6一级滤清器；一级滤清器；7 7沉淀杯；沉淀杯；8 8油箱油箱第
23、13页，共70页，编辑于2022年，星期五2.机械式喷油泵分类机械式喷油泵分类（1）常压或主油道式喷油系统）常压或主油道式喷油系统高高压压油油泵泵泵泵出出的的油油先先进进机机体体中中主主油油道道或或主主油油管管（容容积积较较大大，压压力力变变化化不不大大）再再由由主主油油道道以以常常压压供供给给高高压压油油管管喷喷油油器器。高高压压油油路路容容积积大大，目目前前已淘汰。已淘汰。（2）蓄压式喷油系统）蓄压式喷油系统将将油油压压至至15-20MPa蓄蓄存存，再再用用一一活活塞塞推推动动一一柱柱塞塞（活活塞塞面面积积为为柱柱塞塞面面积积的的6-7倍倍），柱柱塞塞将将油油压压上上升升至至100-150
24、MPa，用用定定量量电电磁磁阀阀控控制制供供油油量量，用定时电磁阀，控制供油定时。用定时电磁阀，控制供油定时。（3）泵）泵-喷嘴式喷油系统喷嘴式喷油系统用用顶顶置置式式凸凸轮轮驱驱动动，一一般般在在船船用用大大型型柴柴油油机机上上用用，一一缸缸一一泵泵，泵泵和和喷嘴一体，无高压油管，所以可以产生很大压力，喷嘴一体，无高压油管，所以可以产生很大压力，100MPa以上。以上。（4）柱塞）柱塞泵式喷油系统泵式喷油系统用的最多，最广泛。结构：泵用的最多，最广泛。结构：泵-油管油管-喷嘴喷嘴。第14页，共70页，编辑于2022年，星期五3.柱塞式喷油泵柱塞式喷油泵（）进油；（）供油过程；（）终止供油（）
25、进油；（）供油过程；（）终止供油(d)(e)(f)(d)最大供油位置；（最大供油位置；（e）正常供油位置；（）正常供油位置；（f）停止供油）停止供油图图52柱塞式喷油泵油量调节原理柱塞式喷油泵油量调节原理第15页，共70页，编辑于2022年，星期五主要作用：提高油压供油主要作用：提高油压供油 供油调节原理见图供油调节原理见图52，当柱塞下行到柱塞顶面将套筒上的进油孔，当柱塞下行到柱塞顶面将套筒上的进油孔打开时，燃油从进油腔流入泵腔，如图中（打开时，燃油从进油腔流入泵腔，如图中（a）；当柱塞继续上行到柱）；当柱塞继续上行到柱塞顶面盖住进油孔时，泵腔内油压开始上升，当燃油压力大于出油阀弹簧塞顶面盖
26、住进油孔时，泵腔内油压开始上升，当燃油压力大于出油阀弹簧压力时，出油阀被打开，燃油经高压油管进入喷油器，当油压大于针阀开压力时，出油阀被打开，燃油经高压油管进入喷油器，当油压大于针阀开启压力时，将针阀顶起，油从油嘴中喷出，如图中（启压力时，将针阀顶起，油从油嘴中喷出，如图中（b）；当柱塞继续上行，）；当柱塞继续上行，柱塞螺旋槽的下边沿与回油孔连通，泵腔中油经直槽从回油孔中流出，泵腔柱塞螺旋槽的下边沿与回油孔连通，泵腔中油经直槽从回油孔中流出，泵腔压力消失，出油阀落座，针阀落座，喷油停止。压力消失，出油阀落座，针阀落座，喷油停止。（d d）表示最大供油量位置（）表示最大供油量位置（e e）表示正
27、常供油位置（）表示正常供油位置（f f）表示停止供油。）表示停止供油。第16页，共70页，编辑于2022年，星期五4.4.出油阀出油阀作为泵腔和高压油管之间的单向止回阀具有如下作用：作为泵腔和高压油管之间的单向止回阀具有如下作用：出油阀将柱塞上部泵腔容积与到喷油器的油路系统分开，出油阀将柱塞上部泵腔容积与到喷油器的油路系统分开，便于从油路系统中排除空气。便于从油路系统中排除空气。在在柱柱塞塞吸吸油油行行程程时时，能能防防止止油油管管中中的的燃燃油油流流入入泵泵腔腔，使使得得喷喷油油后后高高压压油油管管内内的的压压力力不不致致过过分分下下降降，否否则则将将减减少少下下一一循循环环的的供供油油量和
28、推迟喷油时刻。量和推迟喷油时刻。利利用用出出油油阀阀的的卸卸载载作作用用，控控制制高高压压油油管管中中的的剩剩余余压压力力，防防止止二二次喷射和滴油等。次喷射和滴油等。出油出油阀阀的的结结构很多，目前常用的是容构很多，目前常用的是容积积卸卸载载出油出油阀阀和等和等压压卸卸载载出出油油阀阀。第17页，共70页，编辑于2022年，星期五容积卸载出油阀：容积卸载出油阀：此此结结构用得最多，具体构用得最多，具体结结构构见图见图,卸载容积为卸载容积为 ，等容积出油阀工作原理：等容积出油阀工作原理：柱塞压油时，柱塞腔压力升高，柱塞压油时，柱塞腔压力升高，克服弹簧力和高压油管剩余压力，使克服弹簧力和高压油管
29、剩余压力，使出油阀离座，刚离座时由于卸载凸缘出油阀离座，刚离座时由于卸载凸缘的作用，燃油还无法流过出油阀座面的作用，燃油还无法流过出油阀座面，这时出油阀继续上升，直到卸载凸，这时出油阀继续上升，直到卸载凸缘离开阀座导向孔时，燃油才能通过缘离开阀座导向孔时，燃油才能通过铣槽、阀的座面，流入高压油管。当铣槽、阀的座面，流入高压油管。当柱塞向上运动，有效行程结束时，泄柱塞向上运动，有效行程结束时，泄油开始，柱塞腔内燃油压力急剧下降，出油开始，柱塞腔内燃油压力急剧下降，出油阀向下运动，当卸载凸缘的下棱边刚进油阀向下运动，当卸载凸缘的下棱边刚进入阀座的导向孔时，柱塞腔入阀座的导向孔时，柱塞腔 图图5 5
30、3 3等容卸载出油阀等容卸载出油阀第18页，共70页，编辑于2022年，星期五和高压油管空间被隔开，出油阀再下降一段距离和高压油管空间被隔开，出油阀再下降一段距离hk才落座，才落座，hk是出油是出油阀密封带中线到卸载凸缘下棱边的高度，称为卸载行程。出油阀的阀密封带中线到卸载凸缘下棱边的高度，称为卸载行程。出油阀的导向孔直径导向孔直径dk，出油阀降落过程中由于卸载凸缘的存在，高压油管，出油阀降落过程中由于卸载凸缘的存在，高压油管侧的油路中增加了一个容积侧的油路中增加了一个容积 ，燃油由于增加了这个容积而，燃油由于增加了这个容积而膨胀，压力很快下降，喷油嘴针阀迅速落座，喷油终止干脆。这种膨胀，压力
31、很快下降，喷油嘴针阀迅速落座，喷油终止干脆。这种出油阀结构的卸载容积出油阀结构的卸载容积 在柴油机各工况下均不变，因此，在柴油机各工况下均不变，因此，称之为等容卸载出油阀。称之为等容卸载出油阀。减压带高度减压带高度h hk k应适中合理选择应适中合理选择 h hk k太太小小，高高压压油油管管中中残残余余压压力力过过大大，针针阀阀关关不不死死，产产生生二二次次喷喷射和滴油。射和滴油。h hk k太大，高压油管中残余压力过小，使下循环喷油更加滞后，太大，高压油管中残余压力过小，使下循环喷油更加滞后，减少下循环供油量。使高压管中的燃油减压过急，会在油管中形成减少下循环供油量。使高压管中的燃油减压过
32、急，会在油管中形成零压或负压区，导致油管内壁穴蚀。零压或负压区，导致油管内壁穴蚀。第19页，共70页，编辑于2022年，星期五 等压卸载出油阀等压卸载出油阀特点：此种出油阀可以使管内剩余压特点：此种出油阀可以使管内剩余压力保持一个较佳值，避免二次喷射和油管力保持一个较佳值，避免二次喷射和油管穴蚀。穴蚀。结构与工作原理：结构与工作原理：它由两个阀组成，一个出油阀，一个回油它由两个阀组成，一个出油阀，一个回油阀。泵油时，柱塞腔压力升高，出油阀开阀。泵油时，柱塞腔压力升高，出油阀开启，燃油流入高压油管，当柱塞的螺旋斜启，燃油流入高压油管，当柱塞的螺旋斜边打开回油孔泄油后，柱塞腔压力下降，边打开回油孔
33、泄油后，柱塞腔压力下降，出油阀关闭，回油阀腔的回油孔与柱塞腔出油阀关闭，回油阀腔的回油孔与柱塞腔 图图54等压卸载出油阀原理图等压卸载出油阀原理图相通，回油阀腔压力随之下降。当高压油管压力大于回油阀腔压力时，压力相通，回油阀腔压力随之下降。当高压油管压力大于回油阀腔压力时，压力克服回油阀弹簧预紧力，使回油阀开启，高压油管中部分燃油经由回油阀流克服回油阀弹簧预紧力，使回油阀开启，高压油管中部分燃油经由回油阀流回柱塞腔，直到回油阀弹簧将回油阀关闭为止，这时高压油管内的剩余压力回柱塞腔，直到回油阀弹簧将回油阀关闭为止，这时高压油管内的剩余压力保持为一恒定值。剩余压力大小可通过回油阀弹簧预紧力和刚度进
34、行调节。保持为一恒定值。剩余压力大小可通过回油阀弹簧预紧力和刚度进行调节。第20页，共70页，编辑于2022年，星期五 图图55柴油机轴针式喷油器柴油机轴针式喷油器1管接螺栓；管接螺栓；2护帽；护帽；3调压螺钉；调压螺钉；4垫圈；垫圈；5进油滤心；进油滤心；6进油接头；进油接头；7喷嘴紧帽；喷嘴紧帽；8针阀；针阀；9垫圈；垫圈；10针阀体；针阀体；11喷油器体；喷油器体；12顶杆；顶杆；13垫圈；垫圈；14喷油器弹簧；喷油器弹簧；15、16垫圈垫圈 5.5.喷油器及喷油嘴喷油器及喷油嘴 1 1）喷油器）喷油器 结构如图结构如图5 55 5所示所示 ：第21页，共70页，编辑于2022年，星期五
35、.孔式喷油嘴孔式喷油嘴主要作用：以一定压力及适当形态的油束喷入气缸。主要作用：以一定压力及适当形态的油束喷入气缸。工工作作原原理理：当当燃燃油油压压力力p0（du2du2）/4大大于于向向下下的的弹弹簧簧力力FZS时时，针针阀阀开开启启，针针阀阀腔腔与与压压力力室室突突然然连连通通，容容积积突突然然增增大大，使使针针阀阀腔腔油油压压有有微微小小的的下下降降，由由于于继继续续供供油油，压压力力又又上上升升，直直到到pfmav。当当柱柱塞塞开开始始泄泄油油，针针阀阀腔腔燃燃油油压压力力下下降降到到pc时时，向向上上的的燃燃油油压压力力du2pc小小于于向向下下的的弹弹簧簧力力FZS时时，针阀立即关
36、闭。显见针阀立即关闭。显见p0pc（圆环形受力面积（圆环形受力面积 针阀端喷油提前角针阀端喷油提前角，有一供油滞后，有一供油滞后H H-。滞后原因除燃油具有可压缩性外，还与高压油管的弹性，针滞后原因除燃油具有可压缩性外，还与高压油管的弹性，针阀开启压力等有关。阀开启压力等有关。、主喷射阶段、主喷射阶段从从n n（针针阀阀开开启启点点喷喷油油始始点点）到到K KH H（回回油油孔孔开开始始打打开开，停停止止供油点）供油点）每循环的大部分油量在该阶段喷入燃烧室。每循环的大部分油量在该阶段喷入燃烧室。第25页，共70页，编辑于2022年，星期五、自由膨胀阶段、自由膨胀阶段 从从KH（停止供油点）（停
37、止供油点）针阀落座止针阀落座止。当当喷喷油油泵泵停停止止供供油油时时，出出油油阀阀立立即即关关闭闭，燃燃油油停停止止进进入入高高压压油油管管，燃燃油油会会继继续续膨膨胀胀，此此时时管管内内燃燃油油压压力力还还较较高高，针针阀阀不不会会立立刻刻落落座座，喷喷油仍将持续一段时间，即达针阀开始下降到关闭点。油仍将持续一段时间，即达针阀开始下降到关闭点。在此阶段喷射压力下降很快，特别是喷射后期，压力更低，所以在此阶段喷射压力下降很快，特别是喷射后期，压力更低，所以易出现不正常喷射。易出现不正常喷射。1.1.燃油雾化燃油雾化从从喷喷嘴嘴喷喷出出的的燃燃油油油油束束，在在气气体体介介质质中中运运动动时时，
38、由由于于气气体体动动力力和和燃燃油油表表面面张张力力的的作作用用，使使其其分分裂裂成成细细小小的的油油滴滴，雾雾化化增增加加了了表表面面积积，从从而而加加速速了了从从空空气气中中吸吸热热与与油油滴滴的的汽汽化化过过程程，这这是是促促成成混混合合气气形形成成的的重重要因素。要因素。燃油油束的分裂：初始原因是燃油在喷油嘴内运动时产生的燃油流动的燃油油束的分裂：初始原因是燃油在喷油嘴内运动时产生的燃油流动的初始扰动，这种扰动造成轴对称分裂或波状分裂时油束表面的初始扭曲及油初始扰动，这种扰动造成轴对称分裂或波状分裂时油束表面的初始扭曲及油束在雾化时碎裂。束在雾化时碎裂。第26页，共70页，编辑于202
39、2年，星期五关于雾化：有人认为取决于燃油流动的初始扰动；关于雾化：有人认为取决于燃油流动的初始扰动；也有人认为取决于油束与气体介质的相互作用。也有人认为取决于油束与气体介质的相互作用。（1）单个油束的结构与形状）单个油束的结构与形状图图59单个油束结构与形状单个油束结构与形状第27页，共70页，编辑于2022年，星期五 由图由图510可知，初温低于可知，初温低于800K时，时，实验与计算基本吻合。实验与计算基本吻合。图图510在高温高压介质中油在高温高压介质中油束的贯穿长度束的贯穿长度（）油束贯穿长度（）油束贯穿长度在高压高温下油束的贯穿长度在高压高温下油束的贯穿长度计算公式（实验的初始压力计
40、算公式（实验的初始压力6.28MPa，初始温度，初始温度530900K）：）：L=41.8t0.375a0.092lg(t-0.409)dz0.538(5-1)式中，喷油时间；式中，喷油时间；介质密度，介质密度，kg/m3;dz喷孔直径，；喷孔直径，；l油束贯穿长油束贯穿长度，。度，。第28页，共70页，编辑于2022年，星期五(3)油滴平均直径油滴平均直径 喷油过程中，主喷油阶段油束速度很高，雾化很好，喷射结束时，喷油过程中，主喷油阶段油束速度很高，雾化很好，喷射结束时，速度低，雾化差，雾化的油滴是不均匀的，直径不一样，用平均速度低，雾化差，雾化的油滴是不均匀的，直径不一样，用平均 来来描述
41、。可用日本棚泽泰教授提出的描述。可用日本棚泽泰教授提出的 公式计算，即公式计算，即(5-2)k0=47（连连续续喷喷射射）；k0=7.05（间间断断喷喷射射）；dz：喷喷孔孔直直径径mm；f：燃燃油油密密度度kg/m3；a：空空气气密密度度kg/m3；：喷喷射射速速度度m/s；f：燃燃油油表表面面张张力力，N/m；vf：燃燃油油运动粘度运动粘度m2/s(4)喷雾曲线喷雾曲线 喷射到缸内油粒直径一般为喷射到缸内油粒直径一般为2-50um。喷雾粒度和均匀度，可用喷雾特性。喷雾粒度和均匀度，可用喷雾特性曲线来评定。曲线来评定。第29页，共70页，编辑于2022年，星期五（图中油粒相对数目等于某一直径
42、的油滴数目比上总油滴数目）（图中油粒相对数目等于某一直径的油滴数目比上总油滴数目）曲曲线线1：更更陡陡，落落在在小小直直径径范范围围，喷喷雾雾较较细细，雾雾化化较较好好，表表示示油油粒粒均均匀。匀。曲线曲线2：细度与均匀性不如曲线：细度与均匀性不如曲线1。一、喷一、喷油规律油规律1.几何供油规律和喷油规律几何供油规律和喷油规律 几何供油规律：几何供油规律：第30页，共70页，编辑于2022年，星期五单单位位时时间间（单单位位凸凸轮轮轴轴转转角角）喷喷油油泵泵供供入入高高压压油油路路系系统统的的燃燃油油量随时间（凸轮轴转角）变化而变化的关系。量随时间（凸轮轴转角）变化而变化的关系。它是由供油凸轮
43、与油泵相互间的几何关系决定的。只要知道柱塞的运它是由供油凸轮与油泵相互间的几何关系决定的。只要知道柱塞的运动规律即可求得：动规律即可求得：mp：供油量：供油量；fp：油泵柱塞面积，：油泵柱塞面积，mm2；Up：油泵柱塞速度，：油泵柱塞速度，mm/s喷油规律：喷油规律：喷油速率喷油速率 随时间随时间t的变化而变化的关系，即的变化而变化的关系，即或或第31页，共70页，编辑于2022年，星期五 供油规律与喷油规律的比较如图示：供油规律与喷油规律的比较如图示：由图可知：由图可知：滞后滞后约约9度凸轮转角。度凸轮转角。喷油持续时间比供油持续时间延长约喷油持续时间比供油持续时间延长约4 4度凸轮轴转角。
44、度凸轮轴转角。两者曲线形状差别较大。两者曲线形状差别较大。第32页，共70页，编辑于2022年，星期五其中：其中：1）2）是因燃油的可压缩性和油管的弹性膨胀引起的；）是因燃油的可压缩性和油管的弹性膨胀引起的；3）是燃油可压缩性、油管的弹性膨胀和油管压力波三者作用造成）是燃油可压缩性、油管的弹性膨胀和油管压力波三者作用造成供油规律与喷油规律差别较大的原因。供油规律与喷油规律差别较大的原因。1.1.喷油规律的测定喷油规律的测定有有蜂蜂孔孔盘盘法法，频频闪闪收收集集法法，压压力力升升程程法法，冲冲击击动动量量法法和和BoschBosch长长管管法等。法等。BoschBosch长长管管法法能能准准确确
45、地地直直接接测测量量出出单单次次喷喷射射的的喷喷油油规规律律波波形形，所所以以无无须须任任何何换换算算。再再配配以以油油管管压压力力供供油油始始点点，针针阀阀升升程程以以及及出出油油阀阀升升程程等等传传感感器器，可可将将表表征征喷喷射射过过程程的的各各种种参参数数与与喷喷油油规规律律波波形形同同时测录下来，进行分析比较，这是其它方法所不及的。时测录下来，进行分析比较，这是其它方法所不及的。测量方法：用较长的油管，约测量方法：用较长的油管，约6-7m6-7m，使压力波来不及在喷射期间，使压力波来不及在喷射期间反射回来（反射回来（喷射时间），试验时将喷油器接在背压为喷射时间），试验时将喷油器接在背
46、压为p pz z的油管的油管一端，在油管入口处壁处贴上电阻应变片，通过示波器将压力变化测出。一端，在油管入口处壁处贴上电阻应变片，通过示波器将压力变化测出。第33页，共70页，编辑于2022年，星期五 测量原理：喷油嘴将喷出的燃油注入充满燃油的长管中，其喷油量是随测量原理：喷油嘴将喷出的燃油注入充满燃油的长管中，其喷油量是随时间而变化的，这样在长管中的燃油将产生一个随时间而变化的流动速度，时间而变化的，这样在长管中的燃油将产生一个随时间而变化的流动速度，同时也产生相应的变化压力，此压力变化同时也产生相应的变化压力，此压力变化以音速在燃油中传播。测出该压力变化即可按下式求出喷油规律：以音速在燃油
47、中传播。测出该压力变化即可按下式求出喷油规律：（5-35-3）（5-45-4）（5-4）代入（）代入（5-3）整理后为：）整理后为：（5-55-5）F Fl l：油管内径横截面积：油管内径横截面积mmmm2 2 ：音速；：音速；U Uf f：燃油流速：燃油流速m/sm/s；f f：燃油密度：燃油密度kg/mkg/m3;3;p pf f：燃油压力：燃油压力kg/mkg/m2 2 。第34页，共70页，编辑于2022年，星期五在在测测量量中中可可视视为为常常数数，所所以以正正比比于于pf，两两者者具具有有相相同同变变化化的的曲曲线形状。线形状。对（对（57）在喷油开始时刻）在喷油开始时刻tb和终止
48、喷油时刻和终止喷油时刻te积分积分 (5 (56 6）即称单次喷油量。即称单次喷油量。利用喷油规律曲线可以分析判断：利用喷油规律曲线可以分析判断：（1）喷油始、终点和持续角是否合适？）喷油始、终点和持续角是否合适？（2）喷油规律曲线形状是否满足理想放热规律的要求？）喷油规律曲线形状是否满足理想放热规律的要求？（3）有无二次喷射，断续喷射或针阀振动等不正常喷射现象？）有无二次喷射，断续喷射或针阀振动等不正常喷射现象？第35页，共70页，编辑于2022年，星期五5.3柴油机燃油的不正常喷射及其消除柴油机燃油的不正常喷射及其消除在在燃燃油油喷喷射射过过程程中中，由由于于供供油油系系统统存存在在高高压
49、压容容积积，特特别别是是压压力力波波的的往往复复传传播播，当当供供油油系系统统各各参参数数之之间间配配合合不不当当时时，有有可可能能产产生生不不正正常常喷喷射射现现象象。如如二次喷射，穴蚀，滴油等。二次喷射，穴蚀，滴油等。一、二次喷射一、二次喷射1.喷喷射射终终了了针针阀阀落落座座后后又又第第二二次次升升起起形形成成再再次次喷喷射射的的现现象象，称称二二次次喷喷射。射。2.后后果果：二二次次喷喷射射是是在在很很低低的的压压力力下下喷喷入入气气缸缸，会会导导致致雾雾化化不不良良，排排烟烟增加，延长喷油持续期，后燃加重，比油耗增加，排温升高。增加，延长喷油持续期，后燃加重，比油耗增加，排温升高。3
50、.判断方法：测量针阀升程。判断方法：测量针阀升程。4.产生原因：当针阀关闭后，因压力波在油管中传播，当喷嘴端压力大产生原因：当针阀关闭后，因压力波在油管中传播，当喷嘴端压力大于针阀开启压力时，针阀再次打开于针阀开启压力时，针阀再次打开。第36页，共70页，编辑于2022年，星期五 二次喷射一般是在发动机高转速和高负荷下容易出现。主要是由二次喷射一般是在发动机高转速和高负荷下容易出现。主要是由于燃油压力波动引起，与高压容积密切相关，因此，应尽量减少高压于燃油压力波动引起，与高压容积密切相关，因此，应尽量减少高压容积。消除措施：容积。消除措施：（1 1）采取等压出油阀）采取等压出油阀（2 2）增大