柴油機(jī)噴射與霧化

柴油機(jī)噴射與霧化第1頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

管理級§3－2燃油的噴射和霧化一、燃油噴射系統(tǒng)概述對噴射系統(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）噴射過程要符合一定的噴油規(guī)律，以適應(yīng)燃燒過程的需要。第2頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月燃油噴射系統(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3頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月由柱塞式噴油泵、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4頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月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5頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月泵-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6頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月二、噴射過程燃油的噴射過程是一個(gè)復(fù)雜的物理過程。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所示的噴射過程曲線。第7頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月二、噴射過程1、噴射過程的三個(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8頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

（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9頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

2、噴射過程的壓力波在噴油泵開始供油使出油閥開啟的瞬間，高壓油管中泵端的燃油就受到來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啟閥壓力pn，將再度開啟針閥，造成異常噴射并引起燃燒惡化。噴射過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10頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月三、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11頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月噴油規(guī)律：是指在噴油過程中，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程和放熱規(guī)律的要求。第12頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月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?。挥捎诟邏河凸苤袎毫υ黾?，容易引起異常噴射。第13頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）高壓油管尺寸油管越長，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14頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月四、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、高壓油管長度和內(nèi)徑變大或剛性變小、噴油器啟閥壓力過低、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15頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月防止二次噴射設(shè)計(jì)方面措施：(論文）（1）選用較小長度和內(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16頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月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，而且開啟壓力不足、噴射無力，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17頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月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)備偶件過度磨損時(shí)。第18頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月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19頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月五、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20頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月六、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21頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月描述燃油噴霧質(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22頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月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。但壓力過大，由于L過大、霧化細(xì)度過小，反而使燃燒過程粗暴，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