低壓共軌噴射系統(tǒng)二甲醚發(fā)動機的設計說明書正文解讀

1、武漢科技大學本科畢業(yè)設計摘要此次設計的是175型柴油機二甲醴隔膜泵噴射系統(tǒng)。 作為汽車動力源之一的 柴油機以熱效率高，油耗和碳氫排放低越來越受到重視。柴油機排放中no和微粒（炭粒和可溶性未燃碳氫）的排放是其主要的污染物，而同時降低柴油機no和炭粒排放的措施往往存在矛盾。因此尋求新型柴油替代燃料，實現(xiàn)高效率超低 污染燃燒，將是解決no和炭粒排放矛盾的有效途徑之一?？勺鳛椴裼蜋C潔凈燃 料的主要有醇類（甲醇和乙醇），液化石油氣和天然氣，醴類，這些替代燃料各 具特點。設計根據(jù)董敬汽車拖拉機發(fā)動機和陳家瑞 汽車構(gòu)造（第五版）,介 紹發(fā)動機燃料系統(tǒng)設計流程展開， 參考目前國內(nèi)外的設計方法和設計成果， 綜合

2、 考慮國內(nèi)各種發(fā)動的使用情況和排放水平， 提出了更高的設計要求，先計算出各 種零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)和裝配尺寸，最后采用 autoca港制出裝配圖和零件圖。此次設計包括對噴油器，噴油泵，燃料箱等相關部位進行大規(guī)模的改造，解 決以前柴油發(fā)動機噪音大，排污等缺點。對燃油供給系統(tǒng)性能進行了進一步的優(yōu) 化，并確定了其結(jié)構(gòu)和安裝方法。本設計嚴格按照各種設計要求進行，計算嚴謹，各種參數(shù)選用合理，設計的 各種零部件都能滿足給定的使用條件和強度要求；基本上達到了既定的設計目 標。關鍵詞：二甲醴；共軌系統(tǒng)；隔膜泵-2 -abstractthis design is 175 type diesel engine dim

3、ethyl ether diaphragm pump injection system. as one of the power of diesel cars with high thermal efficiency, low fuel consumption and hydrocarbon discharge more and more attention. nitric oxide (no) and particles in diesel emissions (carbon grain and soluble unexploded hydrocarbon) emissions is the

4、 main pollutant, but also reduce the diesel engine no and charcoal grain of emissions in contradiction to the measures have tended to. therefore seeking new diesel alternative fuels, realize high efficiency low pollution, will be no burning charcoal grain of emissions contradiction with one of the e

5、ffective ways. can be used as the main engine clean fuel a alcohols (methanol and ethanol), liquefied petroleum gas (lpg) and gas, ethers, these alternative fuel with different characteristics.dong jing automobile design according to the chen gurui tractor engine and car structure (fifth edition) ,

6、introduce the engine fuel system, reference design process at home and abroad on the design method and design results, considering the use of domestic various launch and emission levels, put forward higher design requirements, first calculate various parts of the structure parametersand assembly siz

7、e, then using autocad drawings and draw the part drawingsthis design including the injector, injection pumps related parts tank for large-scale transformation, solve the diesel engine noise before shortcomings, such as, the drainage of fuel supplying system performance for further optimization and i

8、dentify its structure and installation methodthis design in strict accordance with the various design requirements for rigorous, the various parameters, calculation, the design of choosing reasonable various parts can satisfy the given conditions of use and strength requirement; basically achieved e

9、stablished design goal.key words： dimethyl ether, common rail systems, fuel injection pump武漢科技大學本科畢業(yè)設計目錄1 緒論1.1.1 課題背景1.1.2 dme前景分析2.1.3 本課題選題意義 4.1.4 本課題的研究內(nèi)容4.1.5 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀5.2 175型dme柴油機整體設計方案 72.1 175f型柴油機改裝方案 7.2.2 175f型dme柴油機結(jié)構(gòu)原理7.3 175f型dme柴油機燃料供給系統(tǒng)的設計 93.1 二甲醴低壓共軌燃料噴射系統(tǒng)整體設計 93.2 隔膜泵的選取與設計9.3.3

10、共軌管的設計1.53.4 dme高壓燃料箱的設計174 175型dme柴油機噴射系統(tǒng) 234.1 對噴射系統(tǒng)的要求234.2 噴油器的設計244.3 燃燒室的選取254.4 密封性能的改進264.5 輔助裝置的選取265總結(jié)與展望275.1 全文總結(jié)275.2 課題展望27參考文獻29致謝3q-iii -武漢科技大學本科畢業(yè)設計1緒論該課題主要研究參考175型柴油機，設計用隔膜泵加壓、專門噴油器噴射的 低壓共軌燃料系統(tǒng)的新型二甲醴發(fā)動機， 新型發(fā)動機隔膜泵用于配合新型燃料二 甲醴，取代柴油發(fā)動機燃燒噪音，尾氣排放等不足的情況，加之未來石油資源的 枯竭。本課題從多個方面入手分析二甲醴的物理性質(zhì)，

11、化學性質(zhì)，針對二甲醴的特性以175型發(fā)動機為基礎改裝設計出合理的新型發(fā)動機。先通過相關課本和書 籍了解二甲醴的性能，擬定噴油泵，共軌系統(tǒng)以及燃料系統(tǒng)的設計方案。 此次設 計對熟悉運用設計手冊，autocad軟件，對以后工作有很大的幫助，也是對基本 技能的一次實踐機會。1.1 課題背景汽車在現(xiàn)代生活中扮演著越來越重要的角色 .人們用汽車來代步.用汽車來 運送貨物.用汽車來完成人力所不能完成的工作.汽車給人們帶來了無可比擬的 便捷，燃而.內(nèi)燃機的廣泛使用.也給人類社會會造成了前所未由的創(chuàng)傷 .內(nèi)燃機 的使用對人類的生存環(huán)境和能然的可持續(xù)利用提出了巨大的挑戰(zhàn)，根據(jù)統(tǒng)計資料表明.大氣中60%勺一氧化碳

12、.69%的氮氧化合物.33%的二氧化碳.40%的懸浮顆粒 和80%勺噪音都是由內(nèi)燃機的使用所造成的。在中國，有資料顯示，2002年 國內(nèi)石油消耗總量為20589萬噸，其中進口 7046萬噸，占總數(shù)的34.2%。按照這 個 速度發(fā)展下去，到2020年國內(nèi)石油消耗量將達到驚人的 45億噸。其中進 口份額將超過50%。為了進一步改善和解決環(huán)境和能燃問題，世界各國的科研人員歐在不斷 的努力。其中內(nèi)燃機尾氣凈化和代用燃料的研究是下階段汽車發(fā)展動力的主要任 務。以醇類，生物柴油，二甲醴，天然氣合成汽油為代用燃料的內(nèi)燃機政處于研究發(fā)展階段。柴油機具有高效率，低油耗，壽命長 ，使用可靠等有點。這些都是由 柴油

13、機的實際特性所決定的。相比汽油機而言。柴油機在作同等功時燃料消耗降 低了 45%到60%。而且相對于汽油高額的價格，相對低廉的價格也使得柴油作 為燃料更容易被大眾消費者所接受。憑借這些有點，柴油機的使用越來越廣泛。 并且逐漸由取代汽油機的趨勢。在歐洲，柴油機的認知度更高，他們使用的商用 車90%都是裝備的柴油機，成用車也達到 30%。盡管柴油機由如此多的潛在優(yōu)點，但是柴油機的一些傳統(tǒng)不足之處卻嚴重的 影響了柴油機的發(fā)展和大面積的推廣使用。 柴油機燃燒不充分，尾氣中固體顆粒 多，氮養(yǎng)化合物排放量高，噪音大的缺點，對環(huán)境和人們的生活造成的很多的不 便。為了改善柴油機尾氣排放的問題， 提高柴油機的使

14、用性能，研究人員從提高 柴油品質(zhì)，改善燃燒過程，進行尾氣處理那個方面做了大量的試驗和嘗試。其中 以改善燃燒過程和使用代用代用燃料量個方面的研究成果最引人注目。1.2 dme前景分析1.2.1 dme 簡述在柴油機的組多代用燃料中，以二甲醴（dimethyl ether簡稱dme最引人 注目。dme分子式為ch3-o-ch3。dme具有優(yōu)異的環(huán)境性能指標，對皮膚有輕 微的刺激作用，沒有毒害，在大氣中能在短時間內(nèi)分解為水和二氧化碳，不會對環(huán)境造成污染。二十世紀九十年代以來，丹麥技術大學，amoc公司,haldortopsoe a/公司，navistar和avl公司等進行了柴油機上面燃用 dme勺研

15、 究,結(jié)果表明dmett夠?qū)崿F(xiàn)高效率，低排放，低噪音已經(jīng)無煙燃燒。研究表明：無論從技術角度和商業(yè)角度來看二甲醴作為替代燃油都是可行 的。dme為增壓型和自然吸氣型柴油機提供了一種發(fā)展超低排放發(fā)動機的新技 術。avl通過在多臺發(fā)動機上用dme故實驗得出了下面一些結(jié)論：二甲醴發(fā)動機 保留了傳統(tǒng)柴油機的優(yōu)點：高熱效一一與直噴柴油機相當；壓縮著火燃燒一一最 可靠的著火方式；發(fā)動機強勁和耐久一一低速扭矩比較大，可以提供比較穩(wěn)定的 駕駛性能。dm改動機解決了一些傳統(tǒng)的柴油機問題：徹底消除排煙，柴油機這 一歷史性的不足得以克服。隨著專用燃燒和燃油噴射系統(tǒng)的發(fā)展，noxhf放能夠降低到低于未來所期望 的最嚴厲

16、的法規(guī)（如加利福尼亞的超低排放車輛標準）的水平。與一般柴油機的水平相比，燃燒噪聲可以降低 15分貝之多。5060的十六烷值和-25 c的沸點 能使得油氣快速混合；著火延遲時間較短；極佳的冷啟動性能。34.8 %的氧含量 提供了無煙燃燒；較好的廢氣再循環(huán)承受性。當應用二甲醴技術時，由于本身結(jié) 構(gòu)決定的無煙燃燒則允許高比例的 egr匕例，從而有利于進一步降低nox勺排放。 實驗已經(jīng)證明采用egrfc術時能使nox和顆粒全面降低。二甲醴可以從天然氣、煤、煤層氣和生物原料中制取 15,先生成甲醇，然 后通過甲醇脫水制取dme或者直接從上述原料一步反應生成二甲醴。我國的大 然氣儲量豐富，煤炭資源也極具有

17、優(yōu)勢。二甲醴代用燃料的推廣還可以推進我國 “煤變石油”的戰(zhàn)略發(fā)展，有助于解決我國能源問題。1.2.2 dme工作特性二甲醴是一種簡單的醴類，分子式是 ch3-o-ch3。俗稱dme常溫下是氣 體，在常壓下是一種無色氣體，具有輕微的醴香味。相對密度（20c） 0.666,熔點-141.5 c,沸點-24.9 c,室溫下蒸汽壓力為0.5mpa,榮譽石油液化氣相似。 溶于水和乙醇，乙醴，丙酮，氯仿等多種有機溶劑。易燃，在燃燒時火光略帶光 亮，燃燒熱（氣態(tài)）為145kj/mol。常溫下dmem有惰性，不易自動氧化，無腐 蝕，無致癌作用，但在輻射或者加熱的條件下可分解成甲烷，乙烷，甲醛等。環(huán) 境性能指標

18、優(yōu)異。沒有毒害，在空氣中能夠迅速的分解為水和二氧化碳，其半衰期為5天。以下是dm序口其他燃料燃燒特性的比較。表1 dme和其他燃料燃燒特性的比較dme柴油甲醇乙醇cng（ 甲烷）化學分子結(jié)構(gòu)ch 3-o- ch 3ch 3 0hch 3-ch 2-ohch 4低熱值mg/kg27.642.519.5 12550密度g/ml0.660.840.790.81_十六烷值50-6040-5558-自燃溫度c235250450 420650辛烷值一111108130理論空燃比9146.59017.2沸點c-25180-3706578-162氣化潛在熱k j/ kg25011109.4爆炸極限（空氣 中的

19、燃氣）3.4-180.6-6.55.5-263.5-155-15碳52.28637.552.275氫1131412.5 1325氧34.805034.80二甲醴的使用優(yōu)點：1）二甲醴發(fā)動機保留了傳統(tǒng)柴油機的優(yōu)點。a.高熱效一一與直噴柴油機相當b.壓縮著火燃燒一一最可靠的著火方式c.發(fā)動機強勁和耐久一一低速扭矩比較大，可以提供比較穩(wěn)定的駕駛性能。2） dm改動機解決了一些傳統(tǒng)的柴油機的問題a.徹底消除了排煙，柴油機這一歷史性難題得到克服b.隨著專用燃燒和燃油噴射系統(tǒng)的改進發(fā)展，氮氧化合物的排放能夠降低到 低于未來所期待的最嚴厲法規(guī)的水平。c.與一般柴油相比，按少噪音可以降低 15分貝之多，3）

20、5060的十六烷值和-25 c的沸點使得a.油氣混合快b.著火延遲時間較短c.極佳的冷啟動性4） 34.8%的氧含量提供了a.無煙燃燒b.較好的廢氣再循環(huán)承受性1.3 本課題選題意義國內(nèi)外對二甲醴在柴油機上的研究報道，充分顯示了它作為柴油機上的清潔 代用燃料的巨大優(yōu)越性。dmk產(chǎn)原料極其豐富，可以從天然氣、煤、煤層氣和 生物原料中制取，先生成甲醇，然后通過甲醇脫水制取 dme或者直接從上訴原 料一步反應生成二甲醴。我國的天然氣儲量豐富，煤炭資源也極具有優(yōu)勢。因此, 二甲醴發(fā)動機的應用對于改善環(huán)境污染、開發(fā)替代燃料緩解我國石油基燃料不 足、帶動二甲醴工業(yè)發(fā)展有著非常重大的意義。將純二甲醴作為柴油

21、機代用燃料的研究在國內(nèi)外乃至國際上都是一個嶄新 的研究方向。國內(nèi)的科研院校都還處于研究開發(fā)階段。 本文在深入了解二甲醴燃 料燃燒特性的前提下，為了充分發(fā)揮二甲醴燃料的優(yōu)點，使二甲醴發(fā)動機獲得更 好的性能，為二甲醴燃料的推廣應用作先期應用基礎研究。本文旨在對二甲醴燃 燒性能了解的基礎上，設計并實現(xiàn)dme然料供給系統(tǒng)，對dm改動機的實用上作 出一定的研究。1.4 本課題的研究內(nèi)容本文主要研究設計的內(nèi)容是以175單缸柴油發(fā)動機（手扶拖拉機）基礎，在 保持大體參數(shù)不變的情況下，通過改善創(chuàng)新的方法，設計一種新型的適合于中壓的dme然料供給系統(tǒng)。通過改善，重新設計噴油器，高壓共軌管道，燃料箱， 噴油器等，

22、使重新設計的供油系統(tǒng)能夠 使發(fā)動機正常運行，并且各項指標都要 優(yōu)于自之前的柴油機。175型柴油發(fā)動機實物樣圖1.5 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀針對于二甲醴的使用前景，國外有人曾在一臺非增壓型直噴小型單缸 機上做了燃用dme的試驗。該實驗僅僅對供油系統(tǒng)做了改進。包括為防止dme在油路中發(fā)生氣阻現(xiàn)象而在供油系統(tǒng)中增加了一個穩(wěn)定壓力用的氮氣瓶。噴油器回路中也保持了一定的壓力使 dmeg液態(tài)，并將液態(tài)dm導入噴油泵的入口，降 低dme賁有嘴的壓力等措施。其供油系統(tǒng)簡圖如下：圖1.1二甲醛供油系統(tǒng)簡圖試驗結(jié)果辯明，當dme賁嘴壓力以8mpah,而柴油為20mpah,燃燒二甲 醴和燃燒柴油的效率相同，燃燒噪音也比柴油

23、小 hc和co的排放則相差不大, 但是nox勺排放僅有柴油的1/4 ,而且?guī)缀跏菬o煙燃燒。并且在利用 egr御氐排 放的時候，其效率和煙度不受影響，因此sorenson等人認為在對小型單缸直噴 機經(jīng)過改造燃用dm所可行的，改造費用也十分低廉19。研究認為產(chǎn)生較好效果的主要原因是 dme為含氧燃料，且無c-c鍵，燃用 dm皿使發(fā)動機煙度達到零排放；加之 dmbi有極好的著火性能，滯燃期短，燃 燒過程中預混合氣的燃燒比例相對較小，從而有利于抑制并顯著降低nck及燃燒噪聲。我國在柴油機上燃用二甲醴的研究目前處于起步階段，但初步的試驗結(jié)果卻 是十分喜人的。上海交通大學動力機械與工程國家重點實驗室在一臺

24、2135直噴柴油機上，對燃油供給系統(tǒng)進行了適當?shù)母脑?，測試了燃用dmeg動機的燃料噴 射時刻、氣缸壓力和有害排放，計算分析了放熱規(guī)律及滯燃期變化規(guī)律。研究結(jié) 果表明，在供油提前角相同的情況下，dme勺噴射延遲比柴油長而滯燃期比柴油 短，著火時刻落后于柴油；dme勺最大放熱速率小，而燃燒持續(xù)期短；dm改動機接近無煙排放，nox排放濃度顯著低于柴油機22。西安交通大學在ford基 金的資助下，也進行了柴油直接燃用dme勺研究工作，取得了 nox與煙度均大幅 度下降的結(jié)果。武漢理工大學在yc108q/用柴油機上進行了燃用不同比例的柴 油-dme昆合燃料的研究24。試驗結(jié)果表明：燃用dm斯量分數(shù)為20

25、%勺柴油-dme 混合燃料時，除hc外，其余各項排放均可達到歐洲-i排放標準，動力性與經(jīng)濟 性與原機相當。以上對二甲醴燃燒研究的結(jié)果都表明,dm或有醇類燃料和壓縮天然氣（cng） 等代用清潔燃料無可比擬的許多突出優(yōu)點。 例如，醇類燃料的十六烷值太低，難 于在一般柴油機上壓縮自燃，因此需加入著火改善劑或增加輔助點火裝置；燃用純cng勺發(fā)動機需增加火花塞點燃系統(tǒng)，以及氣體燃料與空氣混合的混合器等； 火花點燃發(fā)動機的油耗要比壓燃式發(fā)動機高。柴油機燃用dme只需對燃油系統(tǒng)及其與燃燒室的匹配進行必要的改裝和調(diào)整，即可實現(xiàn)發(fā)動機的高效潔凈燃燒， 使之滿足美國加州1998年的機動車排放標準，以及將來更加嚴格

26、的歐洲貨車排 放標準。dm所具有的諸多優(yōu)點大大提高了人們對節(jié)能型車用發(fā)動機，即直噴式 車用柴油機上實現(xiàn)超低排放的信心。在上述研究中柴油機燃用 dme寸，發(fā)動機結(jié)構(gòu)都沒有作大的改動。但如沿用 現(xiàn)有的供油設備，僅對供油參數(shù)作少量的調(diào)整，則難以取得令人滿意的預期效果。 因為dmefe度低（柴油5%10%）,柴油機的三套精密偶件容易磨損，為了解 決這個問題，以往的方法都是往dme!面添加潤滑油，這樣的后果就是燃燒后尾 氣中的顆粒物幾乎全部來自潤滑油。-9 -2 175型dme柴油機整體設計方案2.1 175f型柴油機改裝方案改裝后的柴油機的工作原理與原 175f發(fā)動機原理基本一致，改裝原發(fā)動機 的噴油

27、器和燃料供給系統(tǒng)設計出新發(fā)動機。2.2 175f 型dmei油機結(jié)構(gòu)原理dmeg油機縱剖視圖dmeg油機橫剖視圖3 175f型dme柴油機燃料供給系統(tǒng)的設計二甲醴發(fā)動機供給系統(tǒng)包括隔膜泵，噴油器，調(diào)速器，輸送泵，過濾器, 保壓裝置，二甲醴存儲罐和高低壓油管等裝置。3.1 二甲醴低壓共軌燃料噴射系統(tǒng)整體設計下圖是dme#給系統(tǒng)的簡圖。該系統(tǒng)接簡單，安裝方便，適應性強，噴 射壓力可以控制等優(yōu)點。圖3.1二甲醛低壓共軌燃料噴射系統(tǒng)簡圖匕一蚓耳力傳感器高壓氮氣用來使dme在儲氣罐和流量計及燃料供應系統(tǒng)中保持液體狀態(tài)。 安裝在噴油泵之前的低壓泵提高了進入高壓泵的燃料的壓力，以避免噴射系統(tǒng)的氣阻現(xiàn)象發(fā)生。

28、壓力調(diào)節(jié)器和緩沖器可用來保持供油壓力和消除壓力波動。在燃燒研究中，為改善潤滑情況在 dme中加入了 2%5%的篦麻油。本文針對dme勺特性，對噴油系統(tǒng)中的某些部件進行了改造或者重新設計， 各部分的設計如下：3.2 隔膜泵的選取與設計3.2.1 概述燃用dme勺發(fā)動機和傳統(tǒng)（即完全燃用柴油，下同）柴油機相比，其差異主 要體現(xiàn)在燃料供給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上。圖 1為一種典型的100%然用dme采用共軌 結(jié)構(gòu)的發(fā)動機燃料供給系統(tǒng)的簡圖1 o武漢科技大學本科畢業(yè)設計v圖1二甲醴燃料共軌噴射系統(tǒng)簡圖1-氮氣瓶2-壓力表3-控制閥4-dme存儲罐5-加壓泵6-濾清器7-共軌管8-噴油電磁閥9-調(diào)壓溢流閥10-（獨

29、立潤滑系統(tǒng)）噴油器 11- 截止閥12-蓄能器（潤滑油罐）對于完全燃用dme勺柴油機而言，柴油機工作時，液態(tài)dmet先從dm4貯 罐4中被吸出，經(jīng)加壓泵5加壓與濾清器6濾除雜質(zhì)后被送入共軌管7中，共軌 管中的壓力根據(jù)需要由調(diào)壓溢流閥 9設定。共軌管中的液態(tài)dmes高壓油管供入 帶有電磁閥的噴油器10中，再由噴油器噴入柴油機燃燒室內(nèi)，多余的 dme回 油管流回至加壓泵5入口前端（或dm舒儲罐中）。針對二甲醴低粘度、高蒸汽壓、易霧化等特性，基于均值壓燃（ hcci理論 2，提出了二甲84可控預混合燃燒（controllable premix combustion,簡稱 cpc） 概念；設計了由主燃

30、燒和混合室（副燃燒室）組成的燃燒系統(tǒng)，通過兩室之間設 置的控制閥控制主、副兩個燃燒室間的能量、質(zhì)量與各組分的交換；試驗研究表 明，采用二甲醴可控預混合燃燒方式， 可以實現(xiàn)超低nox排放和無煙燃燒，二甲 醴可控預混合燃燒發(fā)動機將有望發(fā)展成為一種高效、超低排放實用性發(fā)動機3。dmeft常溫、常壓下是氣態(tài)的，沸點較低，粘度只有柴油的0.050.1倍。很明顯，如果直接將其在現(xiàn)有的柴油機上使用，將會帶來兩方面的問題：。1.其供油系統(tǒng)管路容易產(chǎn)生氣阻現(xiàn)象，柴油機供油系統(tǒng)的柱塞副、出油閥與出油閥座、 針閥與針閥體三大相對運動的精密偶件會因為潤滑不良加快磨損并引起泄露的 問題；.由于二甲醴的熱值低，必須加大噴

31、油泵中柱塞直徑和柱塞的有效行程， 加大噴油器中噴油孔直徑等方法來提高發(fā)動機每循環(huán)供油量。3.2.2 隔膜泵的發(fā)展與分類2.1 .隔膜泵的發(fā)展上世紀70年代初，西德、荷蘭、美國先后研制成功了隔膜泵。隔膜泵是往 復泵中較特殊的一種形式，依靠金屬制的柔性隔膜片（管）得來回鼓動而吸入和 排出液體，由于被加壓液體在泵缸內(nèi)由隔膜隔開，完全沒有液體泄漏問題，同時隔膜還可選用耐磨與耐腐蝕的材料， 所以可以輸送含有固體顆粒的及酸、 堿、鹽等液體4。2.2 .隔膜泵的分類及其特點隔膜泵主要由傳動及隔膜缸頭兩部分組成。傳動部分是帶動隔膜片來回鼓動 的驅(qū)動機構(gòu)。其傳動形式主要有機械傳動、液壓傳動及氣壓傳動。2.2.1

32、 氣壓隔膜泵（如圖2）氣動套彈簧 氣動套氣動腔隔膜片主彈簧介質(zhì)出口氣壓宣單向閥 介茄入口氣動閥芯圖2氣動隔膜泵氣壓隔膜泵如圖2所示，它的傳動系統(tǒng)是由空氣來驅(qū)動膜片的。它有流量大， 體積小，揚程高等優(yōu)點，但容易漏氣，達到的壓力比較?。ㄗ罡邽?.5mp）的缺點。由于車用的二甲醴噴油泵要求至少達到 10mpi勺壓力，故不適合用于汽車上。 2.2.2機械隔膜泵機械隔膜泵的膜片是由一根桿連接，從而推動膜片往復運動的，它有體積小， 單位時間噴油量高等優(yōu)點，但它達到的壓力比較?。ㄗ罡邽?1.0mp）,并且膜片 由于用桿連接的，長時間使用后，膜片中心容易破裂。故也不適合應用在汽車上。 2.2.3液壓隔膜泵（如

33、圖3）圖3液壓隔膜泵液壓隔膜泵如圖3所示，比機械隔膜泵多了一個液壓室和一個液壓油杯，膜片是由液壓油推動往復運動的。 液壓油杯中有三個閥：（1）.自動補油閥：泵在運 轉(zhuǎn)過程中，柱塞泵密封處的泄漏是不可避免的，因而液壓室內(nèi)油量會逐漸減少， 所以要及時地補充漏損的油，以保證泵的正常工作；（2）.放氣閥：在向液壓室灌 油時，打開放氣閥，排出氣體的作用；（3）.安全閥：當液壓室內(nèi)油量補得過多或 在排出管路中發(fā)生異常的壓力升高時，安全閥起跳，可以保護隔膜和泵頭不致破壞5。由于液壓隔膜泵能達到10mp以上的壓力，可以達到60l/h的流量，所以把 液壓隔膜泵運用到汽車上是可行的。 但由于一般的液壓隔膜泵的體積

34、很大， 必須 對液壓隔膜泵進行設計，才能達到車用化、小型化的效果。因為dme勺黏度較低，高壓供油系統(tǒng)中易泄漏，會使偶件早期磨損，所以利 用隔膜泵來加壓dme1合適的。由于dme勺燃料低熱值僅為柴油的66.8%,采用dme乍為燃料的柴油機，則 燃油箱容積需要相應增大；若裝車，保持與柴油車同樣的續(xù)駛里程其油箱容積應 加大 1.5-1.8 倍6。3.2.3適于dme勺噴油泵的設計圖4 dme噴油泵的總裝圖車用隔膜泵（如圖4）的動力來源于發(fā)動機曲軸正時齒輪，根據(jù)車況需要分 配動力。該裝置采用蝸輪蝸桿減速機構(gòu)，蝸桿前端裝有齒輪，通過與正時齒輪的嚙合作用輸入的動力，經(jīng)蝸輪蝸桿減速增矩后，傳到偏心軸上的偏心

35、輪上，偏心 輪驅(qū)使柱塞向右運動，柱塞向右運動到極限位置后，通過彈簧復位。借助柱塞在 缸體內(nèi)往復運動，使后腔內(nèi)油液產(chǎn)生脈動力，推動聚四氟乙烯膜片來回鼓動，在 燃料進、出閥的啟閉作用下達到吸排和增加液體壓力的目的7。3.1 .柱塞的設計已知參數(shù)：泵頭輸出壓力p=10mp輸出流量q0=40l/h;容積效率為7 =0.93 ; 發(fā)動機曲軸正時齒輪輸出功率為 p0=2kw轉(zhuǎn)速n=12001800r/min。由上述參數(shù)可知理論流量為 q=q0/ti =43l/min根據(jù)科宇機械公司車間的現(xiàn)有的設計經(jīng)驗，初步選擇的柱塞直徑d=26mm柱塞 行程s=22mm進行驗算。當發(fā)動機的轉(zhuǎn)速為n=1200r/min時，

36、1 2q dsn =46.62 lh4當發(fā)動機的轉(zhuǎn)速為 n=1800r/min 時,q二d2sn = 69.94 l h4滿足流量的要求，故確定柱塞直徑d=30mm柱塞行程s=22mm3.2 .偏心軸的設計設計的偏心軸由軸和偏心輪組成，為了裝配方便，將偏心輪和軸加工為一體。 偏心軸的設計核心是依據(jù)偏心矩確定軸各段尺寸。1 c 一e = s = 11mm偏心距為柱塞行程的一半，即偏心距2則偏心輪上的轉(zhuǎn)矩t3 =t2 3 =365 0.95 = 346.8n.m- 1-212_4 2s 二一二 d 3.14 0.3 =7.1 10 m柱塞截面面積44當輸出的壓力位 p=10mpa寸，柱塞需輸出的力

37、 f=ps=1 107 7.1 10n =7.1 103n當小輪與偏心上距軸心最遠點接觸時，傳動到柱塞上的力最小為fminfminf = 7.1 103n按照設計要求，有 e + r, （r為凸輪圓盤的半徑）解得 r 0.0404m = 40.4mm在設計中，設計的凸輪半徑為35mm3.3 .泵頭的設計根據(jù)膜理論：隔膜（如圖5）的厚度很薄，近似地可以把彎曲剛度視為零， 也即是在彈性變形時彎曲對隔膜的平衡影響忽略不計。外載荷由作用在曲面中拉力來維持平衡，如同薄膜一樣。通常稱這種隔膜為絕對柔韌的，一般為橡膠或塑 料等制造的非金屬隔膜8 o對于絕對柔韌隔膜，隔膜離開中間位置向兩個方向彎曲時所包圍的容

38、積為：v=nrw,其中r為隔膜半徑，wo為隔膜中心撓度。-30-圖5隔膜變形簡圖根據(jù)平板隔膜設計原則可知：平板隔膜行程應小于等于隔膜直徑的10% （一般在7%9無間，取8%,即最大撓度變形量wo滿足：2雙=8%柱塞一沖次所排出的液體容積為：12123v1 =s：d2 =22：302 = 4950二 mm344隔膜腔 v2 - r2w0 =二 r3 0.08mm3由于工作腔、液壓腔都充滿液體，而且液體不可壓縮，所以柱塞一沖次所排出的液體容積應等于隔膜腔的容積。即 m =v2 ,1500n =0.08 mn m r3求得r=45mm取隔月m直徑dm =90mm平板隔膜的最大偏移量w0 =8%dm8

39、% 902mm=3.6mm滿足隔膜變形要求。由此可以設計泵頭的尺寸。另外三閥裝置是直接采用j-x液壓力隔膜泵上的三閥。3.3 共軌管的設計首先必須選者一種能夠適用于 dme 勺噴射系統(tǒng)。在這方面。國外學者做了大 量的研究工作。avl公司的jame驕人在仔細比較dmej口柴油的性質(zhì)特點以后， 提出dme賁射系統(tǒng)應著重解決以下幾個問題：dmei點低，室溫下容易氣化，故油路中要加壓以防止發(fā)生氣阻現(xiàn)象。dmeb值和密度低于柴油，為保持其動力性不變，必須增加dme的循環(huán)供油量。為了降低nox的排房和燃燒噪聲，著火延遲的噴油量要少。由于著火延 遲角與發(fā)動機的負荷有關，因此新的噴射初期的噴油率要可以調(diào)節(jié)。因

40、為dme粒生成少，氣化溫度低,舞化性能好，所以 dme賁射壓力不 需要太高。由于缸內(nèi)最高壓力隨著負荷增加（增壓式柴油機） ，這樣可以調(diào)節(jié)的 壓力有利于減少額外消耗的功率，增加發(fā)動機的經(jīng)濟性。dme黏度極小，對噴油系統(tǒng)的偶件無潤滑作用，所以要求供油系統(tǒng)有足 夠長的工作壽命。如下圖所示，高壓共軌裝置是一個自建的容積為的圓柱形容器， 由于在試驗 階段，僅考慮了消除壓力波動的因素，沒有考慮快速建立高壓，故將容積設計得 比較大。在各個接頭地方采用的是柴油機使用的高壓油管的標準接頭。 試驗表明 這樣可以很好解決燃油的密封問題。共軌管的設計，除了考慮與柴油機尺寸、汽缸配置以外，還必須特別注意泵 的特性、調(diào)壓

41、閥和執(zhí)行器工作所需壓力以及對壓力的脈動影響； 止匕外，共軌管的 尺寸也會影響整個共軌系統(tǒng)動態(tài)響應， 例如在起動和負荷變化時，要求共軌提供 不同的壓力，如果要求壓力調(diào)節(jié)響應快，那么就要求共軌管容積盡可能小。在只考慮安裝尺寸及客積大小對壓力脈動的影響共軌管的前提下設計出了 高壓共軌管。以下是分析和計算的過程。本文只考慮容積對壓力脈動的影響， 本文共軌管是用棒材掏空制作而成，材 料為45號鋼，共軌管尺寸見如圖所示。共軌管容積為 v= 346.656mlo因為共軌管長則承受很高的壓力，為了確保系統(tǒng)的安全，需對共軌管的強度 進行核驗。1）定工作壓力pn共軌系統(tǒng)的工作工作壓力r應低于一定極限值，以保證安全

42、:pn 0.3522j(di2 -d2) .di2(mpa)(3-8)式中：, 共軌管材料屈服強度（mpa, 45#鋼bs之340mpa ;d1 一共軌管外徑（mm；d 共軌管內(nèi)徑（mrm;圖3.5 增壓泵用共軌管尺寸示意圖從圖5.2上的尺寸計算式（5.1 ）,額定工作壓力pn應低于66.11mpa2）塑性變形的壓力共軌系統(tǒng)的額定工作壓力也應與完全塑性變形壓力有一定的比例范圍，以避免發(fā)生塑性變形，共軌管共軌管筒發(fā)生完全塑性變形的壓力可由下式計算：pn （0.350.42）ppl（mpa）（3-9）式中：ppl 共軌管筒發(fā)生完全塑性變形的壓力；_di _ppl =2.3bslnh（mpa）（3-

43、10）對于共軌管應有pn 110.97 133.17mpa 03）驗算管筒的爆裂壓力pepe =2.3仃 bln 旦（mpa）（3-11）d式中：仃b 共軌管材料的抗拉強度（mpa, 45#鋼仃b 600mpa ;因此，pe =559.54mpa。從上述的驗算可見設計的共軌管壁厚完全符合要求。4）驗算端蓋的厚度因為端蓋為平面，其厚度可以按照四周嵌住的圓盤強度公式通過近似計算求 出:(3-12)一 0.433d式中：d共軌管內(nèi)徑（mm；p 管內(nèi)最大工作壓力（mpa,取23 mpa ;&】一一共軌管材料許用應力，卜】 = ：b，b 共軌管材料的抗拉強度（mpa, 45#鋼仃b 600mpa ;n

44、安全系數(shù)，通常取n = 5;因此，端蓋厚度應大于8.66mm5）共軌管焊接處強度因為本文設計的共軌系統(tǒng)需要承受一定的壓力，故需要驗算其焊接應力，焊接應力計算如下：2(3-13)10上二 一一_ (mpa)三(dqd；)(di2-di2)n4式中：f共軌管內(nèi)最大推力（n）:d1 一共軌管外徑（mrm;p 管內(nèi)最大工作壓力（mpa,取23mpad1焊縫底彳全,本文取48mm n焊接效率，取刈=0.8； 蹉一一焊條材料白抗拉強度（mpa；n 安全系數(shù)，取n=5。由此得仃=79.86 16-25490-64032521d =3a 25-36470-620315 36-50470-62029550-10

453 16mn的物理性能物理量溫度/c20100200300400500600密度 d /(t / m3)7.85比定壓熱容cp/ kj /(kglk)0.460.4810.5230.5570.6070.673線膨脹系數(shù)ajo6(與20cle間)/(1/ c)8.3110.9912.3113.2213.7113.94熱導率九/w/(mk)53.251.147.74439.636彈性模量eh/mpa2.062.011.891.811.721.621.52切變彈性模量gul0/mpa7.947.457.166.37泊松比n0.30臨界點/cac1ac3736849-867

46、燃料箱尺寸的選擇：厚度8=16mm。其他尺寸見圖圖3.3燃料箱尺寸如圖燃料箱的強度校核。根究第四強度理論即即使能密度理論進行校核。該理論認為畸變能密度是引起屈服的因素，即認為無論什么狀態(tài)下，只要畸變能密度達到與材料性質(zhì)有關的 某一極限值，材料酒會發(fā)生屈服。碳鋼，銅，鋁等塑性材料，通常以屈服形式失 效，宜按第四強度理論校核。對于塑性材料，去安全系數(shù)ns =1.2-2.5。許用應力q=os/ns。其中c指的就是屈服極限。查表得 as = 345mpa。取 ns = 2。所以所選用的16mm岡許用應力o=172.5mpa。第四強度理論的強度條件為：j：(仃1 一 仃2)2 +(ct2-ct3)2 +

47、(ff3-ctl)2 987654321000000000。100015002000250030003500 40004500 5000柴油機車速 n(r/min)圖2.1 理想的噴油規(guī)律希望噴油速率在噴射初期（即滯燃期內(nèi)）較小，然后迅速家大。隨著轉(zhuǎn)速的 增大，這一轉(zhuǎn)變更為迅速，這主要是為避免高轉(zhuǎn)速時過長的噴射持續(xù)時間。隨著負荷的下降，噴射持續(xù)時間相應的縮短，這主要是噴油量減少的原應。 隨著轉(zhuǎn)速的的下降，希望通過提高噴射壓力來使噴油速率提高， 噴射持續(xù)時間也 相應的縮短，這是要保證低轉(zhuǎn)速時的霧化質(zhì)量。止匕外，在所有的工況下都希望在噴射結(jié)束階段盡可能的迅速結(jié)束噴射，以避免低的噴射壓力或者低的噴射

48、速率使霧化質(zhì)量邊差。實際上，這樣較為理想的噴油規(guī)律用常規(guī)噴射系統(tǒng)是難以實現(xiàn)的，而只可能通過電控噴射系統(tǒng)來實現(xiàn)。4）良好的油束特性能毛組具體燃燒室的要求，油束的集合形狀和霧化質(zhì)量 能使燃油噴射，氣流運動與燃燒室形狀的配合達到最佳。特別是直噴式柴油機， 對噴射系統(tǒng)要求較高，希望有合適的貫穿率，油粒細小，分布盡可能均勻。5）對于噴射系統(tǒng)的強化，應采取相應的措施來保證有關零部件的強度和剛 度，提高西聽的工作可靠性和壽命，同時注意降低噴射系統(tǒng)的噪音與振動。4.2 噴油器的設計噴油器是柴油機燃油共給系統(tǒng)中實現(xiàn)燃油噴射的重要部件。 其功用是根據(jù)柴 油機混合氣的形成特點，將燃油霧化成細小的油滴，并將其噴射到燃

49、燒室特定的 部位。根據(jù)dme勺特性設計噴油器如下圖3.6所示：圖3.6 dme噴油器示意圖4.3 燃燒室的選取燃燒室的形式很多，根據(jù)混合氣的形成以及燃燒室的結(jié)構(gòu)特點，大致可以分為以下幾種：圖3.7 燃燒室的類型燃燒室的選擇不僅關系到整機的性能指標，而且在很大程度上也決定了汽缸 蓋和活塞頂部的結(jié)構(gòu)。燃燒室的選型主要依據(jù)是缸徑，轉(zhuǎn)速以及使用要求，并且 充分考慮到當前的制造和維護水平。 不同的燃燒室使用于不同的缸徑和轉(zhuǎn)速， 只 有在他的適用范圍內(nèi)，具優(yōu)點才能充分的發(fā)揮出來。根據(jù)燃燒室的優(yōu)缺點和發(fā)展 方向，選型原則如下：d 200 mm , n 100mm , n 3000 3500rpm的高速柴油機，以降低油耗，改善起動性能，有廣泛采取直接