柴油機(jī)噴射與霧化_第1頁(yè)
柴油機(jī)噴射與霧化_第2頁(yè)
柴油機(jī)噴射與霧化_第3頁(yè)
柴油機(jī)噴射與霧化_第4頁(yè)
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柴油機(jī)噴射與霧化第一頁(yè),共二十五頁(yè),2022年,8月28日

管理級(jí)§3-2燃油的噴射和霧化一、燃油噴射系統(tǒng)概述對(duì)噴射系統(tǒng)的要求:(1)供油系統(tǒng)能在規(guī)定的起始和終止時(shí)間內(nèi),向燃燒室噴入一定量的燃油。(timing)(2)供油系統(tǒng)的供油量可以調(diào)節(jié),以滿足柴油機(jī)負(fù)荷變化的需要。(3)噴油系統(tǒng)必須使噴入氣缸的燃油達(dá)到燃燒所要求的霧化程度,并保證油束與燃燒室的形狀良好地配合。(4)噴射過(guò)程要符合一定的噴油規(guī)律,以適應(yīng)燃燒過(guò)程的需要。第二頁(yè),共二十五頁(yè),2022年,8月28日燃油噴射系統(tǒng)的組成左圖是機(jī)械控制蓄壓式噴射系統(tǒng)示意圖

1-滑閥式分配器;2-軸承;3-中心滑閥;4-噴嘴;5-套筒;6-蓄壓器;7-操縱桿右圖為電子控制蓄壓式噴射系統(tǒng)

1-電磁噴油器;2-計(jì)算器;3-傳感器;4-高壓油管;5-柴油機(jī);6-壓力調(diào)節(jié)器;7-蓄壓器;8-高壓油泵;9-濾清器第三頁(yè),共二十五頁(yè),2022年,8月28日由柱塞式噴油泵、高壓油管及噴油器組成的每缸獨(dú)立的高壓噴射系統(tǒng)

1-回油管;2-噴油器;3-墊圈;4-高壓油管;5-管卡;6-操縱手輪;7-拉桿;8-噴油泵;9-輸油泵;10-調(diào)速器;11-低壓油管;12-燃油濾清器;14-手動(dòng)泵油桿;15-柴油機(jī)第四頁(yè),共二十五頁(yè),2022年,8月28日1-回油管;2-噴油器;4-高壓油管;6-操縱手輪;

8-噴油泵;10-調(diào)速器;11-低壓油管;12-燃油濾清器;13-噴油泵座;14-手動(dòng)泵油桿;15-柴油機(jī)第五頁(yè),共二十五頁(yè),2022年,8月28日泵-噴油器噴射系統(tǒng)

6390型柴油機(jī)的泵-噴油器驅(qū)動(dòng)形式。

1-氣缸蓋;2-泵-噴油器;3-套筒;4-油泵齒條;

5-操縱臂;6-頂頭座;7-油量操縱軸;

8-微量調(diào)節(jié)螺釘;9-頂桿螺釘;10-銷緊螺帽;

11-搖臂軸;12-搖臂;13-滾輪;14-凸輪軸第六頁(yè),共二十五頁(yè),2022年,8月28日二、噴射過(guò)程燃油的噴射過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的物理過(guò)程。從噴油泵出油閥到噴油器針閥這一高壓系統(tǒng)內(nèi)所進(jìn)行的物理過(guò)程,受燃油的可壓縮性、高壓油管的彈性、系統(tǒng)的節(jié)流以及燃油運(yùn)動(dòng)的慣性等因素影響。這些影響因素使燃油在噴射過(guò)程中產(chǎn)生時(shí)間延遲和壓力波動(dòng),進(jìn)而影響了燃油的噴射質(zhì)量。為了深入研究燃油的噴射過(guò)程,在噴油泵的出口端和噴油器的入口端分別裝上壓力傳感器。測(cè)量噴油泵出口壓力pp隨曲軸φ的變化規(guī)律和噴油器進(jìn)口壓力pn隨φ的變化規(guī)律。在噴油器頂端裝針閥升程傳感器測(cè)量針閥升程h隨φ的變化規(guī)律,并用示波器記錄,得到如圖3-4所示的噴射過(guò)程曲線。第七頁(yè),共二十五頁(yè),2022年,8月28日二、噴射過(guò)程1、噴射過(guò)程的三個(gè)階段(1)噴射延遲階段I從幾何供油點(diǎn)OP

到噴油始點(diǎn)OU燃油可壓縮性(壓力變化1MPa,燃油體積變化1/1820~1/1610),高壓油管彈性及高壓系統(tǒng)的節(jié)流等原因。供油提前角φ

p噴油提前角φ

n

影響因素:高壓油管特性參數(shù)、噴油器針閥的啟閥壓力、柴油機(jī)工況、噴油泵出油閥和噴油器針閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等。第八頁(yè),共二十五頁(yè),2022年,8月28日

(2)主要噴射階段II從OU到供油終點(diǎn)KP

噴油器啟閥壓力pn本階段的長(zhǎng)短主要取決于柴油機(jī)的負(fù)荷。(3)尾噴階段III(自由膨脹階段,滴漏現(xiàn)象)從KP到噴油終點(diǎn)KU針閥落座壓力pk影響因素:與噴射延遲階段相同。第九頁(yè),共二十五頁(yè),2022年,8月28日

2、噴射過(guò)程的壓力波在噴油泵開(kāi)始供油使出油閥開(kāi)啟的瞬間,高壓油管中泵端的燃油就受到來(lái)自噴油泵燃油的沖擊。但由于燃油的慣性和可壓縮性以及高壓油管的彈性,噴油泵柱塞所排擠的燃油量與高壓油管中流動(dòng)的燃油量之間產(chǎn)生不平衡,造成燃油瞬時(shí)堆積,致使壓力繼續(xù)升高,并以壓力波的形式沿高壓油管向噴油器一端傳播。危害:若壓力波的峰值超過(guò)啟閥壓力pn,將再度開(kāi)啟針閥,造成異常噴射并引起燃燒惡化。噴射過(guò)程中的壓力波將改變噴油泵的供油規(guī)律和噴油器的噴油規(guī)律,并使二者產(chǎn)生較大的差異。第十頁(yè),共二十五頁(yè),2022年,8月28日三、供油規(guī)律和噴油規(guī)律1、幾何供油規(guī)律和噴油規(guī)律幾何供油規(guī)律:是從幾何關(guān)系上求出的單位凸輪轉(zhuǎn)角φ

(或單位時(shí)間)噴油泵供入高壓油路中的燃油量隨凸輪轉(zhuǎn)角φ

(或時(shí)間t)的變化關(guān)系。幾何供油規(guī)律完全由柱塞的直徑和凸輪形線的運(yùn)動(dòng)規(guī)律決定。第十一頁(yè),共二十五頁(yè),2022年,8月28日噴油規(guī)律:是指在噴油過(guò)程中,單位凸輪轉(zhuǎn)角φ

(或單位時(shí)間)從噴油器噴入氣缸中的燃油量隨凸輪轉(zhuǎn)角(或時(shí)間t)的變化關(guān)系。如圖3-5供油規(guī)律與噴油規(guī)律比較借助噴油規(guī)律曲線可以分析、判斷:(1)噴油始點(diǎn)、終點(diǎn)和噴油持續(xù)角是否合適;(2)有無(wú)二次噴射、斷續(xù)噴射等不正常噴射現(xiàn)象;(3)噴油規(guī)律是否符合理想的燃燒過(guò)程和放熱規(guī)律的要求。第十二頁(yè),共二十五頁(yè),2022年,8月28日2、噴油規(guī)律的影響因素(1)凸輪形線和有效工作段形線越陡,凸輪轉(zhuǎn)過(guò)相同角度時(shí)柱塞升程越大,噴油延遲角和噴油持續(xù)角越小。一般把凸輪的有效工作段選在柱塞速度的高速部分,以提高噴油速率減小噴油持續(xù)角,提高霧化質(zhì)量。(2)柱塞直徑和噴孔直徑不改變柱塞行程而增大柱塞直徑,供油速率增大,噴射延遲角和噴油持續(xù)角均減小。噴孔數(shù)目不變,減小噴孔直徑(結(jié)炭堵塞),噴油阻力增加使噴油持續(xù)角加大、噴油速率減??;由于高壓油管中壓力增加,容易引起異常噴射。第十三頁(yè),共二十五頁(yè),2022年,8月28日(3)高壓油管尺寸油管越長(zhǎng),壓縮體積越大,噴射延遲角越大,而噴油持續(xù)角不變,即噴油提前角變小。油管越細(xì),燃油流動(dòng)阻力越大,噴延遲角越大。所以,多缸柴油機(jī)各缸高壓油管應(yīng)遵循等尺寸原則,以保證各缸噴油規(guī)律的一致性。(4)柴油機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速當(dāng)轉(zhuǎn)速及噴油定時(shí)不變而增加負(fù)荷時(shí),其噴油始點(diǎn)基本不變,而噴油終點(diǎn)改變,并且增加了后半期的噴油速率。當(dāng)負(fù)荷及噴油定時(shí)不變而轉(zhuǎn)速改變時(shí),隨著轉(zhuǎn)速的增加對(duì)應(yīng)單位凸輪轉(zhuǎn)角的時(shí)間縮短,噴射延遲角和噴油持續(xù)角均加大,而噴油速率減少。對(duì)于負(fù)荷和轉(zhuǎn)速同時(shí)改變的柴油機(jī)的工況,其噴油規(guī)律的改變應(yīng)做綜合分析。第十四頁(yè),共二十五頁(yè),2022年,8月28日四、異常噴射及其消除方法1、二次噴射(重復(fù)噴射)在噴油泵供油結(jié)束噴油器針閥落座后又第二次開(kāi)啟形成再次噴射的現(xiàn)象稱~。危害:后燃嚴(yán)重,造成燃油消耗、排煙和排溫升高,性能惡化,零部件過(guò)熱,噴孔積炭堵塞。原因:主要是由于高壓系統(tǒng)中的燃油壓力波引起的;管理不當(dāng)(如噴孔部分堵塞、出油閥減壓作用減弱、高壓油管長(zhǎng)度和內(nèi)徑變大或剛性變小、噴油器啟閥壓力過(guò)低、高轉(zhuǎn)速大負(fù)荷工況)可能產(chǎn)生二次噴射。多發(fā)生在高負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速工況。第十五頁(yè),共二十五頁(yè),2022年,8月28日防止二次噴射設(shè)計(jì)方面措施:(論文)(1)選用較小長(zhǎng)度和內(nèi)徑的高壓油管;(2)在保證噴霧質(zhì)量的前提下,適當(dāng)增大噴油器噴孔總面積;(3)適當(dāng)增大出油閥減壓卸載能力;(4)增大出油閥彈簧剛度;(5)適當(dāng)提高噴油器啟閥壓力。第十六頁(yè),共二十五頁(yè),2022年,8月28日2、斷續(xù)噴射(波動(dòng)噴油)在噴油泵供油期間,噴油器針閥斷續(xù)啟閉,而且開(kāi)啟壓力不足、噴射無(wú)力,這種現(xiàn)象稱為~。危害:針閥和閥座撞擊次數(shù)增多,磨損增大,降低針閥的使用壽命。多發(fā)生在低負(fù)荷、低轉(zhuǎn)速工況。第十七頁(yè),共二十五頁(yè),2022年,8月28日3、不穩(wěn)定噴射和隔次噴射噴油泵每循環(huán)供油量不均的噴射過(guò)程稱為不穩(wěn)定噴射。其極端情況是隔次噴射。危害:柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定,甚至停車;可能造成燃燒粗暴。多發(fā)生在柴油機(jī)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)或噴油設(shè)備偶件過(guò)度磨損時(shí)。第十八頁(yè),共二十五頁(yè),2022年,8月28日4、滴漏此滴漏是在針閥偶件密封正常情況下,在噴油終了后仍有燃油自噴孔流出的現(xiàn)象。危害:在噴孔處形成結(jié)炭,堵塞噴孔。原因:針閥座下部至噴孔間體積過(guò)大,以及由于出油閥減壓卸載能力不強(qiáng),使高壓油管中的油壓下降緩慢,造成針閥不能迅速落座。措施:增強(qiáng)出油閥減壓卸載能力或提高針閥落座速度(如增加彈簧預(yù)緊力等)。第十九頁(yè),共二十五頁(yè),2022年,8月28日五、最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速能使船用主柴油機(jī)各缸均勻發(fā)火的最低轉(zhuǎn)速,稱為~。GB1833-99規(guī)定:最低工作穩(wěn)定轉(zhuǎn)速指柴油機(jī)油門在出廠的標(biāo)定功率位置上帶負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)所達(dá)到的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。船用主機(jī)則指按推進(jìn)特性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。按我國(guó)有關(guān)規(guī)定,船用低速主柴油機(jī)的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速不高于標(biāo)定轉(zhuǎn)速nb的30%,中速柴油機(jī)不高于標(biāo)定轉(zhuǎn)速nb的40%,高速機(jī)不高于標(biāo)定轉(zhuǎn)速nb的45%。第二十頁(yè),共二十五頁(yè),2022年,8月28日六、燃油霧化(atomization)燃油霧化:在柴油機(jī)中,燃油在高壓下噴入氣缸,并分散成細(xì)小油滴的過(guò)程。目的:大大增加燃油蒸發(fā)的表面積,從而加速燃油的吸熱和汽化過(guò)程,進(jìn)而加速燃油與空氣的混合。1、油束的形成和油束的特性(如圖3-6)第二十一頁(yè),共二十五頁(yè),2022年,8月28日描述燃油噴霧質(zhì)量的三個(gè)參數(shù)(1)油束的射程L表示油束的貫穿能力。油束的射程長(zhǎng)短應(yīng)與燃燒室相匹配。(2)油束錐角β表示油束的緊密程度。(3)霧化質(zhì)量用油滴平均直徑和霧化均勻度表示。第二十二頁(yè),共二十五頁(yè),2022年,8月28日2、影響油束特性的因素(1)噴油壓力增大噴油壓力,霧化細(xì)度減小,霧化質(zhì)量提高,而且油束射程L和錐角β均增大。但壓力過(guò)大,由于L過(guò)大、霧化細(xì)度過(guò)小,反而使燃燒過(guò)程粗暴,冒黑煙和結(jié)炭。(2)噴孔構(gòu)造噴孔直徑和噴孔的長(zhǎng)度直徑比兩個(gè)參數(shù)。噴孔直徑減小時(shí),β增大,霧化細(xì)度和L減

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