喷油器是高压共轨系统中最关键的部件,高压共轨喷油系统的优良性能必须通过喷油器来实现。
论文综述了柴油机电控喷油系统的分类和发展,详细介绍了高压共轨系统的特点和原理以及国外的典型系统,尤其对国外有代表性的电控液压喷油器的结构和原理作了全面的比较和分析。
论文介绍作者参考国内外高压共轨喷油器的典型结构和原理而设计的种电控液压喷油器。
阐述该喷油器的特点,分析喷油器主要部件的特性和要求,分析喷油器的驱动电路,计算该喷油器关键零部件的重要参数。
最后结合相关数据,绘制了喷油器的装配图与零件图,确定了喷油器各部分的材料与工艺要求。
该喷油器能够实现先缓后急的⊿喷油规律,达到降低有害排放物的目标。
关键词柴油机,高压共轨,电控液压喷油器,电路分析,参数计算摘要。
⊿,摘要,摘要第章绪论柴油机电控喷油技术的发展柴油机高压共轨喷射系统高压共轨系统的特点高压共轨喷油系统的组成高压共轨系统对柴油机排放的影响国外研究动态国内研究状况高压共轨系统的电控液压喷油器公司开发的系统喷油器日本电装公司系统喷油器公司电控液压喷油器本论文的主要工作本章小结第二章喷油器的工作特性与驱动电路喷油器的工作特性喷油器的结构与工作原理喷油器的特点喷油器喷油率的控制喷油器的喷雾特性喷油器燃油喷射量特性喷油器的液力特性喷油器的密封性的分析驱动电路的分析本章小结第三章喷油器参数计算与选择额定功率时的循环供油量喷油持续时间喷油脉宽的计算与修正电磁力的计算喷油器参数的研究针阀弹簧的设计电磁阀弹簧的计算控制腔的设计通流截面的设计喷油孔的设计本章小结第四章电控液压喷油器设计整体设计要求针阀的设计针阀体的设计弹簧的设计衔铁与定位套控制阀座控制柱塞喷油器体电磁阀电器插头密封环及滤网油管接头球阀与阀芯本章小结第五章设计总结致谢参考文献第章绪论第章绪论柴油机电控喷油技术的发展柴油机自年由德国工程师鲁道夫狄塞尔发明以来至今已有多年的历史,由于其具有良好的动力性经济性和可靠性而被广泛用作船舶固定式装备及各种车辆的动力。
融合了现代先进制造技术电子技术和控制技术的新型柴油机甚至进入了豪华跑车和轿车领域,今后柴油机仍将继续是社会的主要动力装置之。
但是由于环境污染和能源危机的日趋严重,美国欧盟和日本等国相继颁布了非常严格的柴油发动机排放法规及燃油经济性法规,以限制柴油机的有害排放物的数量,迫使柴油发动机向低排放和低油耗的方向发展,我国也颁布了相应的法规。
在此背景下,柴油发动机今后发展的重要方向是要显著地降低柴油发动机尾气中的有害物排放噪声和燃油耗,满足柴油发动机苛刻的排放法规的要求以及用户对降低柴油发动机噪声和燃油耗的强烈要求。
降低柴油机有害排放物油耗以及噪声的关键是合理地控制柴油发动机燃烧室内的燃烧过程,因此需要更好地组织进气过程燃油的供给过程和混合气的形成及燃烧过程,为此需要提高柴油发动机中进气系统燃油系统和燃烧系统的性能,其中提高喷油系统的性能是改进提高柴油发动机整体性能的关键措施之,新型高性能燃油系统的开发己成为提高现代柴油机综合性能的重要手段。
随着现代电子技术和现代控制技术的飞速发展和成熟,人们把这些技术成果应用到柴油机燃油喷射系统,不断开发出性能优异的电控燃油喷射系统。
电控燃油喷射系统的发展经历了位置控制式电控燃油系统时间控制式电控燃油系统和压力时间控制式电控燃油系统三个阶段。
位置控制式电控燃油系统的特点是完全保留了传统燃油系统的基本结构和脉冲高压供油的原理,只是通过增设传感器执行器和微处理器组成控制系统,对高压油泵的齿条或滑套位置进行电子控第章绪论制,从而控制柴油机燃油系统的燃油喷射量和喷油正时,提高燃油系统的控制能力和适应性,并新增加了些其他的控制功能,最终提高了燃油系统的整体性能。
随着排放标准的日趋严酷,也为了进步提高柴油机的竞争能力和整体性能水平,又发展了所谓时间控制式电控燃油系统,如电控泵喷嘴系统和电控泵管嘴系统等。
时间控制式燃油系统利用高速强力电磁阀的开启时刻和闭合时刻准确地控制燃油的喷射量和喷射定时,使燃油的喷射过程更加符合燃烧过程的要求,系统的控制精度控制范围响应速度和控制能力的进步拓展给柴油机整体性能的优化匹配带来了更大的自由空间,使柴油机在具有较高整体性能的同时又满足现有排放法规的要求,也有利于汽车实现全面电子控制,但是原理和结构上仍然采用脉冲高压供油原理,喷射压力受到转速的影响,制约了性能的进步改善,难以满足更严格的排放法规的要求。
在上世纪年代,种更先进的压力时间式燃油喷射系统应运而生,这就是共轨式电控喷油系统。
共轨燃油喷射系统又划分为蓄压式电控燃油喷射系统液力增压式电控燃油喷射系统和高压共轨式电控燃油喷射系统。
高压共轨燃油系统是建立在机械液压和电控技术基础之上的种全新概念的喷油系统。
高压共轨系统抛弃了传统的喷油系统的柱塞泵分缸脉动供油原理,而是用个设置在供油泵和喷油器之间的具有较大容积的共轨管把高压油泵输出的燃油蓄积起来并平抑压力波动,再通过高压油管输送到每个喷油器上,由喷油器电磁阀的动作控制喷射的开始终止和喷油率电磁阀起作用的时刻决定喷油定时,起作用的持续时间和共轨压力共同决定喷油量,电磁阀的流量特性控制喷油率。
由于这种系统采用压力时间式燃油计量原理,因此称为压力时间控制式电控喷射系统。
柴油机高压共轨喷射系统高压共轨系统的特点为了满足欧洲和美国年排放法规,未来的燃油喷射系统将具备如下特性第章绪论较高的灵活可调的平均有效喷射压力低的初期喷油速率或预喷射功能快速停油功能灵活的喷油定时控制与柴油机电控系统的适配性和兼容性。
实现以上柔性控制功能是燃油喷射系统发展的必然趋势。
高压共轨燃油系统正是顺应这些需求而诞生。
高压共轨燃油系统始于二十世纪年代初期,属于第三代电控喷油系统技术,至年代中后期开始进入实用阶段。
它和汽油机缸内多点直喷技术代用燃料被世界内燃机行业公认为世纪三大突破,在世纪将对世界各国的经济发展作出重大贡献。
高压共轨喷油系统具有以下特点喷油压力的建立不受柴油机转速的限制,喷油压力喷油过程和喷油持续期可依据负荷转速和柴油机状态实现优化。
因而可以提高柴油机低速运行和起动时的喷油压力和喷油速率,并使低转速时喷油持续期减小,有助于改善柴油机低速时的性能和排放。
控制脉宽可以控制喷油量,通过控制脉冲起始时间可以在很宽的范围内控制喷油提前角,不受机械因素限制,控制灵活精度高,能够根据反馈的信息随时修正控制量,兼顾柴油机动力性经济性和排放的要求。
喷油定时与燃油量计量分开,响应速度快,可以自由调整每缸的喷油量和喷油始点。
柔性控制喷油速率变化,实现理想喷油规律,容易实现预喷射和多次喷射,既可降低柴油机和,又能保证优良的动力性和经济性。
喷油器上无压力增压机构,高度降低,安装尺寸小,采用第章绪论标准柴油机喷油嘴,有利于匹配各种机型,减少了柴油机结构和尺寸的改变。
高压共轨喷油系统的组成高压共轨电控燃油喷射系统主要由电控单元高压油泵共轨管电控喷油器以及各种传感器等组成。
传感器有发动机凸轮轴位置传感器曲轴位置传感器加速踏板位置传感器燃油压力传感器冷却水温传感器进气温度传感器增压压力传感器和燃油温度传感器。
低压燃油泵将燃油输入高压油泵,高压油泵将燃油加压送入高压油轨,高压油轨中的压力由电控单元根据油轨压力传感器测量的油轨压力以及需要进行调节,高压油轨内的燃油经过高压油管,根据机器的运动状态,由电控单元从预设的图中确定合适的喷油定时喷油持续期由电液控制的电子喷油器将燃油喷入气缸。
高压共轨系统对柴油机排放的影响为了降低柴油机的颗粒排放,在燃油的扩散燃烧期间必须保持燃油和空气的良好混合,并达到较高的火焰温度。
高压共轨系统能使共轨管道内的燃油压力达到,并通过共轨管道将高压燃油供给系统的喷油器,很小的喷孔尺寸又使喷油嘴压力室在燃油喷射过程中能保持很高的喷油压力,而高压喷射能使燃油雾化良好并且燃油喷注的动能和紊流程度较大,能使大量的空气被卷吸入雾化良好的油雾中,在进气流动和燃烧室匹配良好的情况下,这能显著改善可燃混合气的形成过程小喷孔直径和高压喷射使燃油在喷孔中的流动高度紊乱,则燃油喷注的喷射锥角变大。
贯穿距离变小,动能及紊动能增加,燃油雾化更好,在形成良好的可燃混合气的前提下柴油机可采用较弱的缸内涡流强度,以减少燃烧过程中可燃混合物的动能耗散,增加火焰的传播速度和燃烧温度,缩短可燃混合物的燃烧周期在燃烧室的结构形式与燃油喷注很好地匹配时,较低的动能耗散使空气涡流在燃烧过程中能保持适当的强度,提高了空气的利用率和碳烟颗粒的氧化量,减少了碳烟颗粒的排放。
在柴油机第章绪论的低转速和小负荷工况下高压共轨系统仍能保持较高的燃油喷射压力,可确保燃油的良好雾化及柴油机的冷启动怠速性能,在柴油机的其他运行工况能提供最佳的喷油压力,以确保燃油喷注与柴油机缸内空气涡流的最佳匹配和燃烧过程的合理进行。
高压共轨系统采用预喷射技术,降低柴油机初期燃烧过程的温度和压力升高率以及初始放热率,从而降低柴油机的排放和噪声水平,并且有效降低柴油机冷态白烟排放和改善冷启动性能。
预喷射与主喷射的压力油量喷油率和喷油定时将对柴油机的比油耗产生影响,要仔细调整预喷射与主喷射的相关参数。
为了减少柴油机的排放量,高压共轨系统中喷油器的结构设计采用了电控液力伺服原理,使喷油器针阀有足够大的关闭速度,以减少燃油喷射后期雾化不良的部分。
喷油器在喷油结束时产生的大粒径滴漏量对柴油机的排放影响较大,为此应减少喷油器针阀密封面以下压力室的有害容积,可采用小压力室容积喷油嘴和无压力室容积喷油嘴。
无压力室容积喷油嘴的喷孔位于喷油嘴针阀的座面上,随喷油嘴针阀的落座而被关闭,使喷油嘴和柴油机燃烧室完全隔离开,极大地减少了喷油嘴喷油结束时的滴漏量。
国外研究动态在高压共轨喷油系统研究方面具有代表性