第4讲喷射过程和喷油规律

第五节燃油的喷射过程和喷油规律一、燃油的喷射过程二、喷射过程压力波三、喷油规律四、异常喷射及其消除方法五、最低稳定转速目的和要求了解燃油的喷射过程；掌握喷油规律其及影响因素，熟悉异常喷射现象。一、燃油的喷射过程1.燃油喷射时间多长？2.油泵供油提前角与喷油器喷油提前角为什么会不一样？供油提前角多少？喷射过程分为如下三个阶段：第一阶段：喷射延迟阶段；第二阶段：主要喷射阶段；第三阶段：滴漏阶段。第一阶段：延迟喷射阶段从喷油泵供油始点（OH）到喷油始点（Ou）为止。由于燃油的可压缩性（压力变化1MPa，燃油容积变化1/1820～1/1610）、高压油管的弹性以及高压系统的节流等原因使得喷油器的喷油始点Ou滞后于喷油泵的供油始点。存在着供油提前角（相对于喷油泵供油始点的几何提前角在压缩行程中喷油泵开始供油的瞬时到活塞上止点的曲轴转角˚CA）（φ˚OA）H和喷油提前角（相对于喷油器喷油始点的实际提前角在压缩行程喷油器开始喷油瞬时到活塞上止点的曲轴转角˚CA）（φ˚OA）φ两个提前角。从使用上能够进行检查和调整的是供油提前角，但对柴油机燃烧过程有直接影响的是喷油提前角。影响喷射延迟阶段长短的主要因素是：高压油管特性参数、喷油器针阀的启阀压力、柴油机的工况以及喷油泵出油阀和喷油器针阀的结构特点等。喷射过程示波图曲轴转角油泵出口压力曲线喷油器进口压力曲线针阀升程曲线1.喷射延迟：油泵回油孔关闭－－针阀开启2.主要喷射：针阀开启－－供油终点3.滴漏阶段：供油终点－－针阀落座供油提前角喷油提前角取决于：高压油管柴油机转速针阀开启压力取决于：柴油机负荷取决于：回油孔的节流作用以及燃油、高压油管波的传递.供油始点供油终点第二阶段：主要喷射阶段在这一阶段中喷油器中压力较高，大部分燃油喷入气缸。此阶段的长短与柴油机的负荷有关。负荷愈大，此阶段愈长，反之则短。第三阶段：滴漏阶段喷油终点落后于供油终点的原因是因为：回油孔的启闭受柱塞控制，由于节流作用喷油泵供油压力并不立刻下降，在回油孔开启较大时，泵端压力才急剧下降，使喷油器端压力下降较喷油泵端迟。由于喷油压力急剧下降，燃油雾化不良，甚至有滴漏现象发生。因此，应力求使喷油器断油迅速，将此阶段缩短到最小程度。二、喷射过程的压力波在燃油喷射过程中，喷油泵排油阀至喷油器针阀的高压系统中，燃油压力发生很大变化，产生较强的压力波。由于压力波的存在，不但使喷油器的喷射状况和喷油泵的供油产生差异，还将引起一系列的不正常喷射，并使喷射系统的某些零件发生破坏。压力波传播示意图三、喷油规律1．喷油规律是指什么？2．供油规律有什么不同？3．喷油延迟的原因？4．理想喷油规律是怎么样的？5．影响喷油规律的因素供油规律和喷油规律喷油规律－－－一个循环的喷油量在整个喷射时间内的分配情况：每度曲轴转角喷油量的分配曲线。讨论：能够得到什么信息？1.喷油始点滞后供油始点2.喷油时间长于供油时间3.开始喷油时瞬时喷油率较高4.喷油终点大大迟于供油终点1．喷油规律什么要研究喷射规律？燃油的喷射质量雾化质量喷油规律供油规律控制了解什么信息？－－分析喷油的始点、终点和喷油持续角度是否适合，判断燃油喷射规律是否符合理想的燃烧过程和放热规律的要求。2．供油规律－－－供油规律为在供油过程中，每度曲轴转角喷油泵的供油量dgP/dφ随曲柄转角的变化曲线。供油规律主要由油泵凸轮的型线决定，并影响了喷油器的喷油规律。3．喷油延迟的原因？1）燃油的可压缩性燃油在压力变化不大时，它的体积变化微小，可以认为是不可压缩的。但是在喷油持续期内，高压油管内的燃油压力由几MPa变化到几十MPa，甚至上百个MPa，由压缩引起的燃油容积变化很大。而且压力变化愈大，初容积愈大，则燃油容积的变化愈大。2）高压油管容积的弹性膨胀高压油管一般用厚壁无缝钢管制成。由于钢是弹性物质，在燃油最大喷射压力作用下，高压油管的容积会增大。且压力变化愈大，管内直径愈大，管子愈长，则高压油管受燃油压力作用后膨胀的容积愈大。3）高压油管中的压力波动由于压力波在高压油管中来回传播，使高压油管中的压力随时间和地点的不同而变化，这也造成了喷油延迟的产生。（后面详细讨论）4．理想的喷油规律？有什么特点？（1）着火前喷油量大大少于常见规律的着火前喷油量。这将使其压力升高率dp/dφ大大减小，柴油机的工作比较柔和。（2）滞燃量将比常见规律少.这是因为理想规律在开始阶段喷射的油量少，从而减少了滞燃期参加预混合的油量（滞燃量）。（3）由于开始喷油量少，喷油压力低，燃油喷射不远，着火将在燃烧室中心附近开始。着火后，由于喷油率很快上升而油又喷至外围，从而使火焰向空气较多的燃烧室外围传播，因此较易得到完全燃烧。5．影响喷油规律的因素喷油规律与燃油喷射系统的结构和柴油机的运转工况等很多因素有关。主要是：⑴凸轮外形有效工作段⑵柱塞直径和喷孔直径⑶高压油管尺寸⑷柴油机的负荷与转速⑴凸轮型线和有效工作段合理的凸轮外形应该是：开始供油段－－柱塞速度较小，以减少初期喷油量；供油的中期和后期－－柱塞速度和喷射压力迅速提高，供油持续时间短。－－这样可使柴油机运转平稳，经济性高。柴油机类型不同，所用凸轮的外形不同。两次喷射的双凸峰凸轮。两次喷射凸轮凸轮外形对喷油规律的影响什么是有效工作段？凸轮有效工作段的比较柱塞升程供油规律⑴凸轮型线和有效工作段原则：为获得良好的喷油规律，应把凸轮的有效工作段选在柱塞运动的高速部分以减少喷油持续角提高雾化质量。若凸轮有效工作段发生变化，则喷油泵的供油规律也会相应发生变化。⑵柱塞直径和喷孔直径当每循环供油量和柱塞速度不变时，柱塞直径加大，使喷油速度增大，喷油持续角减小，有利于燃烧过程在上止点后附近结束，改善了柴油机的经济性。但开始燃烧时，燃油数量较多，柴油机工作粗暴。⑵柱塞直径和喷孔直径喷油孔的孔数不变而直径减小时，由于节流作用增强，喷油压力增加，此时雾化质量较好。但喷油持续时间增长，每度凸轮转角的燃油喷射量（喷油速率）减小。由于高压油管中的压力增加，容易产生重复喷射现象。⑶高压油管尺寸油管越长，喷射延迟阶段越长，实际喷油提前角减小而喷射持续时间基本不变。（因此，多缸柴油机各缸高压油管长度应相等）油管内径越小，流阻越大，喷射延迟阶段愈长。⑷柴油机的负荷与转速柱塞供油位置一定。而上下往复速度加快当柴油机的负荷及喷油正时不变而转速增高时，喷射延迟，喷油持续角加大，单位凸轮转角的喷油量减少。当柴油机转速和喷油正时不变而增加负荷时，其喷油始点基本不变而终点后延，使喷油持续角增大。四、异常喷射及其消除方法燃油正常喷射的特征是在柴油机每一工作循环的喷油过程中针阀只启闭一次，针阀升程曲线基本为一梯形，每一循环高压油管中的残余压力也基本相同。正常喷射以外的各种喷射型式均属不正常喷射。如重复喷射、断续喷射等。1．重复喷射——当喷油泵供油结束，喷油器针阀落座后又重新被油压抬起的喷射现象称为重复喷射，又叫二次喷射。内因－－压力波动，压力波动过大，剩余压力p0与启阀压力pφ过于接近；外因－－喷油器喷孔部分堵塞p0过高压力波动过大，排油阀卸载容积不足p0过高，换用了内径和长度较大或刚性较小的高压油管，p0过高，压力波动过大及喷油器启阀压力较低，启阀压力pφ过于接近p0等。危害－－一方面会使喷油持续角变大，另一方面由于后期在低压下喷油，雾化质量降低，致使燃烧恶化、后燃严重、排温升高、机件过热、燃烧室结碳、排气冒黑烟等，从而降低了柴油机的经济性和可靠性。柴油机高转速大负荷的工况下最易产生2．断续喷射——在喷油泵的一次供油期间，喷油器针阀断续启闭（频繁地起落），而且升起不足、喷射不力。内因－－仍是压力波动的存在；外因－－喷油泵的供油量低，供油速率慢。在油泵的供油量过小的情况下，针阀在压力波的作用下开启后，由于喷油孔的流通能力过大，造成局部压力迅速下降，针阀迅速下落关闭。但在完全落座后，新的压力波经多次反射后又能将针阀再次升起。这样，使喷油系统在一次供油过程中产生多次喷油，处于断断续续的喷射状态。易在低转速时发生3．不稳定喷射和隔次喷射——喷油泵虽能持续工作，但各循环喷油量在喷射时不断变动的情况。其极端情况是隔次喷射，即喷油泵每供两次油喷油器才喷一次油。原因－－由于油泵的供油量过小过慢，而造成高压油管中剩余压力p0在各循环中不相等。当某循环喷油造成剩余压力过低时，下一循环的所有供油量进入高压油管后仍不能达到启阀压力，则无油进入气缸；等再下一循环的供油进入高压油管后，方能开启针阀；当发生隔次喷射时，一个循环不发火，故怠速运转不稳定。1.柴油机低速低负荷工况2.喷油设备偶件过度磨损时4．滴漏——在针阀偶件密封正常情况下，在喷油终了后仍有燃油自喷孔流出。现象：由于燃油流出速度和压力均很低，燃油不雾化，集结在喷孔处形成结炭，堵塞喷孔。内因：因针阀座下部至喷孔间体积过大以及由于出油阀减压卸载能力不强，使高压油管中的油压下降缓慢。各种喷射形式的分布特性五、最低稳定转速在多缸柴油机中，当柴油机低速运转时，会出现各缸供油量严重不均匀现象。任何柴油机都有一个各缸都能均匀发火燃烧的最低转速——最低稳定（工作）转速。我国对船用主机的要求规定，船用低速机最低稳定转速应不高于标定转速nb的30％；中速机不高于nb的40％；高速机应不高于nb的45％。