1、第七章第七章 内燃机的燃料供给与调节内燃机的燃料供给与调节 u功能：功能：及时、优质地为内燃机气缸内提供适量的燃及时、优质地为内燃机气缸内提供适量的燃料，以保证缸内混合气形成与燃烧的有效进行。对料，以保证缸内混合气形成与燃烧的有效进行。对动力性、经济性、排放与噪声、可靠性等有重要影动力性、经济性、排放与噪声、可靠性等有重要影响，是内燃机的响，是内燃机的“心脏心脏”u内燃机混合气形成方式与工况调节内燃机混合气形成方式与工况调节u压燃式内燃机：压燃式内燃机：内部混合气形成，压燃。质调节内部混合气形成，压燃。质调节u点燃式内燃机：点燃式内燃机：外部混合气形成，点燃。量调节外部混合气形成，点燃。量调节
2、第一节概述第一节概述第二节柴油机燃料供给与调节系统的结构与分类第二节柴油机燃料供给与调节系统的结构与分类u对燃油系统要求：对燃油系统要求：保证柴油机动力性能指标的同时，满足对其在节能（经济性）保证柴油机动力性能指标的同时，满足对其在节能（经济性）与环保（排放、噪声）指标方面要求。（具体要求与环保（排放、噪声）指标方面要求。（具体要求P.155）u品质品质（高压喷雾与喷油规律）（高压喷雾与喷油规律）u数量数量（油量精确控制）（油量精确控制）u时间时间（喷油始点与延续期）（喷油始点与延续期）u可靠性可靠性（防止柴油机超速发生）（防止柴油机超速发生）u典型柴油机燃料供给与调节系统：典型柴油机燃料供给
3、与调节系统：u喷油泵的有效供油行程喷油泵的有效供油行程从柱塞顶面关闭进油孔到螺旋槽斜边打开回油孔之间的从柱塞顶面关闭进油孔到螺旋槽斜边打开回油孔之间的柱塞行程柱塞行程。齿杆。齿杆5转动齿圈以及柱塞，改变螺旋槽边缘开启转动齿圈以及柱塞，改变螺旋槽边缘开启回油孔的相对位置，即改变了有效供油行程，从而改变了供回油孔的相对位置，即改变了有效供油行程，从而改变了供油量油量 l特点：特点：喷油泵为往复式柱塞泵，由凸轮轴来驱动。喷油喷油泵为往复式柱塞泵，由凸轮轴来驱动。喷油泵与喷油器之间有高压油管连接。喷油泵的每次供油伴泵与喷油器之间有高压油管连接。喷油泵的每次供油伴随着一次喷油过程，是随着一次喷油过程，是
4、脉动式燃料供给系统脉动式燃料供给系统。u合成泵合成泵（各缸供油单元在同个壳体中，直列泵，（各缸供油单元在同个壳体中，直列泵，In-line Pump）u分配泵分配泵（少量柱塞对多缸的供油，轴向柱塞分配泵（少量柱塞对多缸的供油，轴向柱塞分配泵VE泵，径向柱塞分配泵泵，径向柱塞分配泵VR泵、泵、VP泵）泵）u单体泵系统单体泵系统（UPS，Unit Pump System，每缸配一，每缸配一喷油泵）喷油泵）一、泵一、泵-管管-嘴系统嘴系统特点：特点：喷油泵与喷喷油泵与喷嘴合为一体，系统嘴合为一体，系统液力刚度增加，喷液力刚度增加，喷油压力水平最高。油压力水平最高。但属脉动式供油系但属脉动式供油系统，
5、供油压力受工统，供油压力受工况变化影响。低压况变化影响。低压低负荷压力降低。低负荷压力降低。新型轿车泵喷嘴的新型轿车泵喷嘴的嘴 端 压 力 可 达 到嘴 端 压 力 可 达 到2050bar。二、泵二、泵-喷嘴系统（喷嘴系统（Unit Injection System，UIS）泵泵-喷嘴系统（喷嘴系统（UIS）1柴油机的顶置凸轮轴柴油机的顶置凸轮轴2泵泵-喷嘴柱塞喷嘴柱塞3柴油机（气缸盖）柴油机（气缸盖）4回油回油5喷嘴喷嘴6电磁阀电磁阀7进油进油特点：特点：与脉动式燃料供给系统不同，它不直接产生燃料喷与脉动式燃料供给系统不同，它不直接产生燃料喷射，而是将高压燃料送入蓄压管道（亦称共轨）。燃料
6、喷射，而是将高压燃料送入蓄压管道（亦称共轨）。燃料喷射由射由ECU控制喷嘴上的电磁阀，接通高压共轨与喷嘴来实控制喷嘴上的电磁阀，接通高压共轨与喷嘴来实现的。产生较高的喷油压力（现的。产生较高的喷油压力（150200MPa），压力可保），压力可保持恒定而不受柴油机工况的影响，是恒压式燃料供给系统，持恒定而不受柴油机工况的影响，是恒压式燃料供给系统，是按电磁阀开启的时间控制方式，易对喷油时刻与喷油持是按电磁阀开启的时间控制方式，易对喷油时刻与喷油持续期进行调节，且能够实现较为理想的喷油规律，应用前续期进行调节，且能够实现较为理想的喷油规律，应用前景广阔。景广阔。三、共轨式系统（三、共轨式系统（Co
7、mmon Rail System，CRS）1油箱油箱2滤清器滤清器3输油泵输油泵4高压油泵高压油泵5各种传感器各种传感器6电控器（电控器（ECU）7喷嘴喷嘴8限压阀限压阀9蓄压管道（共轨）蓄压管道（共轨）10压力传感器压力传感器位移控制方式：位移控制方式：油量的变化通过改变柱塞、柱塞套、滑油量的变化通过改变柱塞、柱塞套、滑套、分配器等上面的油槽或油孔的相对位置来实现的。如传套、分配器等上面的油槽或油孔的相对位置来实现的。如传统的燃料供给系统（直列泵、单体泵以及老式的分配泵等）统的燃料供给系统（直列泵、单体泵以及老式的分配泵等）均为机械式调节，采用位移控制方式。均为机械式调节，采用位移控制方式。
8、n时间控制方式：时间控制方式：电控式燃料供给系统，绝大多数（包括电控式燃料供给系统，绝大多数（包括VE、VR分配泵、单体泵、泵分配泵、单体泵、泵-喷嘴以及共轨系统）均采用更喷嘴以及共轨系统）均采用更为精确与灵活的以电磁阀控制的时间控制方式。为精确与灵活的以电磁阀控制的时间控制方式。u喷油量的调节方式：喷油量的调节方式：一、泵一、泵-管管-嘴系统的喷嘴系统的喷油过程（图油过程（图7-9）第三节柴油机喷油泵结构参数的确定第三节柴油机喷油泵结构参数的确定1、几何供油规律：、几何供油规律：指从几何关系上求出的单位凸轮指从几何关系上求出的单位凸轮转角（或单位时间）内喷油泵供入高压油路中的燃油转角（或单位
9、时间）内喷油泵供入高压油路中的燃油量（即量（即供油率供油率）随凸轮转角（或时间）的变化关系。）随凸轮转角（或时间）的变化关系。（mm3/CaA）（）（mm3/s）pepscpppdwAq每循环几何供油量：每循环几何供油量：pepscpppppcppm)(dwAqddVQm平均几何供油率：平均几何供油率：)(ppccpwAfddVppp()dVf tA wdt几何供油规律：几何供油规律：二、几何供油规律和喷油规律二、几何供油规律和喷油规律图图710柱塞升程及供油率曲线柱塞升程及供油率曲线2、喷油规律：、喷油规律：指在喷油过程中，单位凸轮转角（或单指在喷油过程中，单位凸轮转角（或单位时间）内从喷油
10、器喷入气缸的燃油量（即位时间）内从喷油器喷入气缸的燃油量（即喷油率喷油率）随凸轮转角（或时间）的变化关系。（随凸轮转角（或时间）的变化关系。（mm3/CaA）（mm3/s）)(ccbfddVb()dVf tdtjejsbcc()dVqddjmqQ喷油规律：喷油规律：每循环喷油量：每循环喷油量：平均喷油率：平均喷油率：对一定转速和功率范围内的柴油机，采用外型尺寸、结构对一定转速和功率范围内的柴油机，采用外型尺寸、结构型式、柱塞轴距相同的喷油泵，用增减柱塞数、更换不同柱塞型式、柱塞轴距相同的喷油泵，用增减柱塞数、更换不同柱塞直径、改变凸轮型线、升程以及出油阀结构尺寸等措施，来满直径、改变凸轮型线、
11、升程以及出油阀结构尺寸等措施，来满足不同柴油机的配套要求，形成了相应的喷油泵系列。足不同柴油机的配套要求，形成了相应的喷油泵系列。(表表7-1)1、最大循环供油量、最大循环供油量Vmax：取喷油泵最大柱塞直径并设出油阀取喷油泵最大柱塞直径并设出油阀减压容积为零，采用标准切线凸轮，以凸轮升程至最大几何速减压容积为零，采用标准切线凸轮，以凸轮升程至最大几何速度前的度前的0.3mm处作为供油终点，将依据处作为供油终点，将依据7凸轮转角供油持续期凸轮转角供油持续期内的柱塞有效行程计算所得的循环供油量，定义为喷油泵的最内的柱塞有效行程计算所得的循环供油量，定义为喷油泵的最大循环供油量大循环供油量 Vma
12、x，它是喷油泵几何供油量的极限值。，它是喷油泵几何供油量的极限值。三、喷油泵系列化与工作能力评价指标三、喷油泵系列化与工作能力评价指标2、最大平均供油速率、最大平均供油速率Qmax：平均供油速率是指喷油泵在平均供油速率是指喷油泵在供油持续期内每度凸轮转角的平均供油量，最高平均供供油持续期内每度凸轮转角的平均供油量，最高平均供油速率是最大循环供油量的条件下，取油速率是最大循环供油量的条件下，取7凸轮轴转角供油凸轮轴转角供油持续期作为计算依据求得的平均供油速率持续期作为计算依据求得的平均供油速率。3、喷油泵最高工作转速、喷油泵最高工作转速nPmax油泵转速提高，压力增加，但往复惯性力加大，另油泵转
13、速提高，压力增加，但往复惯性力加大，另调速器也有转速限制。调速器也有转速限制。ppwAQmax4、最大许用泵端压力、最大许用泵端压力pPmax：指喷油泵所能承受的最大泵端压指喷油泵所能承受的最大泵端压力的峰值，提高泵端压力就是相应提高了喷油压力。但泵端压力的峰值，提高泵端压力就是相应提高了喷油压力。但泵端压力又受到了喷油泵凸轮、挺柱体、泵体等零件强度和刚度方面力又受到了喷油泵凸轮、挺柱体、泵体等零件强度和刚度方面的限制。的限制。图图7-13 不同燃烧系统所要求的最大泵端不同燃烧系统所要求的最大泵端压力与最大平均供油速率之间的关系压力与最大平均供油速率之间的关系a）直接喷射、增压、无或低涡流）直
14、接喷射、增压、无或低涡流 b）直接喷射、增压、低涡流）直接喷射、增压、低涡流c）直接喷射、有涡流）直接喷射、有涡流d）分隔式燃烧室）分隔式燃烧室1、柱塞直径、柱塞直径dp和有效供油行程和有效供油行程he柱塞直径增大，供油速率增大，在相同供油量情况下，有柱塞直径增大，供油速率增大，在相同供油量情况下，有效行程减小，供油和喷油持续期缩短，从而缩短柴油机的燃烧效行程减小，供油和喷油持续期缩短，从而缩短柴油机的燃烧期，改善性能。但加大柱塞直径后初期喷油量大，柴油机运转期，改善性能。但加大柱塞直径后初期喷油量大，柴油机运转粗暴，此外凸轮承受接触应力也增大。粗暴，此外凸轮承受接触应力也增大。310120i
15、nPbVfeeb121VVVVVVbbpEVppVopP)(max1fepphdV24314ppfV md1epmhd四、喷油泵主要参数的确定四、喷油泵主要参数的确定2、出油阀的结构与减压作用（等容式，等压式）、出油阀的结构与减压作用（等容式，等压式）等容式：等容式：优点：结构简单优点：结构简单缺点：对变工况适应性缺点：对变工况适应性差。差。在高速大负荷时，可能在高速大负荷时，可能会因减压不够产生二次喷会因减压不够产生二次喷射现象射现象(油管压力高油管压力高)，而，而在低速小负荷时，又常可在低速小负荷时，又常可能因减压过度，能因减压过度，“气穴气穴”现象，引起零件的穴蚀损现象，引起零件的穴蚀损
16、坏。坏。（控制高压油管残压）（控制高压油管残压）图图7-23 等压式出油阀等压式出油阀1出油阀座出油阀座2出油阀芯出油阀芯3出油阀弹簧出油阀弹簧4减容器减容器5等压阀弹簧等压阀弹簧6弹簧座弹簧座7钢球钢球8节流孔节流孔等压式：等压式：优点：控制高压油路中的残优点：控制高压油路中的残余压力大小并使其保持稳定。余压力大小并使其保持稳定。缺点：制造成本高，调试较缺点：制造成本高，调试较困难。困难。（一）喷油压力（一）喷油压力喷油压力愈高，燃料喷雾粒度愈细，喷油速率也愈高，喷油压力愈高，燃料喷雾粒度愈细，喷油速率也愈高，柴油机的烟度与微粒排放指标也愈好。柴油机的烟度与微粒排放指标也愈好。小型分隔式燃烧
17、室（涡流室与预燃室）：小型分隔式燃烧室（涡流室与预燃室）：pj 40MPa直喷式柴油机：直喷式柴油机：要求有较高的喷油压力要求有较高的喷油压力u国国排放标准，喷油压力不应低于排放标准，喷油压力不应低于pj 80100MPa（传统的（传统的泵泵-管管-嘴系统的极限）嘴系统的极限）u国国标准或实现更高的要求，标准或实现更高的要求，pj 120150MPa，(达到达到200MPa以上以上)。（采用共轨或泵喷嘴系统）。（采用共轨或泵喷嘴系统）五、喷油特性对柴油机性能的影响五、喷油特性对柴油机性能的影响喷油提前角过大，工作粗暴；反之，燃烧滞后，柴油机燃烧效喷油提前角过大，工作粗暴；反之，燃烧滞后，柴油机
18、燃烧效率下降，未燃率下降，未燃HC与烟度增加。通常适当推迟喷油，牺牲经济性来降与烟度增加。通常适当推迟喷油，牺牲经济性来降低低NOx。供油提前角：供油提前角：喷油泵柱塞关闭进回油孔开始压油到柴油机活塞上止喷油泵柱塞关闭进回油孔开始压油到柴油机活塞上止点所经历的曲轴转角点所经历的曲轴转角。最佳喷油提前调节方式：最佳喷油提前调节方式：电子控制式电子控制式u机械控制式机械控制式u用改变柱塞头部形状来适应负荷变化与起动工况的要求用改变柱塞头部形状来适应负荷变化与起动工况的要求 u采用离心式转速提前器采用离心式转速提前器，以达到供油提前角随转速增加的目，以达到供油提前角随转速增加的目的（随转速增加而加大
19、）的（随转速增加而加大）喷油持续期（角）：喷油持续期（角）：通常应控制为通常应控制为2025CA，其中轿车柴油机因转速，其中轿车柴油机因转速高可以至高可以至2535CA。（二）喷油提前角、供油提前角、喷油持续期（二）喷油提前角、供油提前角、喷油持续期用改变柱塞头部形状来适应负荷变化与起动工况的要求用改变柱塞头部形状来适应负荷变化与起动工况的要求 部分负荷提前部分负荷提前起动提前起动提前全负荷推迟全负荷推迟喷油泵的速度特性：喷油泵的速度特性：喷油泵在油量调节齿杆位置不变喷油泵在油量调节齿杆位置不变时，每循环喷油量时，每循环喷油量Vb随油泵转速随油泵转速np（或柴油机转速（或柴油机转速n）变化）变
20、化的特性。由于柱塞套进、回油孔节流作用和柱塞偶件间的的特性。由于柱塞套进、回油孔节流作用和柱塞偶件间的泄漏的综合影响，使每循环喷油量随转速降低明显减小泄漏的综合影响，使每循环喷油量随转速降低明显减小。校正：校正：u液力校正：基于液体节流作用（改变出油阀形状）液力校正：基于液体节流作用（改变出油阀形状）u机械校正：改变柱塞有效行程（增加低速循环供油机械校正：改变柱塞有效行程（增加低速循环供油量）量）（三）喷油泵的速度特性及其校正（三）喷油泵的速度特性及其校正工作过程图图7-27常用柴油机直列泵的速度特性常用柴油机直列泵的速度特性实线实线1柴油机充量系数实线柴油机充量系数实线2柴油机扭矩曲线柴油机
21、扭矩曲线实线实线3喷油泵速度特性（外特性）喷油泵速度特性（外特性）实线实线4喷油泵速度特性（部分负荷特性）喷油泵速度特性（部分负荷特性）虚线虚线5对喷油泵外特性期望的校正值对喷油泵外特性期望的校正值n12534各参数cPe(Me)Vb（四）喷油规律对柴油机性能的影响（四）喷油规律对柴油机性能的影响从降低氮氧化物的角度来看，开始阶段喷油较从降低氮氧化物的角度来看，开始阶段喷油较少的少的“靴靴”形喷油规律较有利，矩形喷油规律比较形喷油规律较有利，矩形喷油规律比较差，而三角形喷油规律居中。差，而三角形喷油规律居中。（1）初期喷油率要低，主）初期喷油率要低，主喷射段喷油率应逐步增大，喷射段喷油率应逐步
22、增大，后期喷射率应快速下降（断后期喷射率应快速下降（断油干脆）；油干脆）；（2）随负荷增加，喷油规）随负荷增加，喷油规律形状丰满度应逐步提高律形状丰满度应逐步提高（适应负荷变化的要求）；（适应负荷变化的要求）；（3）沿外特性工作时，喷）沿外特性工作时，喷油规律形状应由靴形（或三油规律形状应由靴形（或三角形）向矩形组合逐步过渡。角形）向矩形组合逐步过渡。喷油规律合理形状的原则：喷油规律合理形状的原则：喷喷油油率率 mm3/A喷喷油油率率 mm3/A喷喷油油率率 mm3/A26A612A618A曲轴转角曲轴转角 A曲轴转角曲轴转角 A曲轴转角曲轴转角 Aabc图图7-31各种可控多次喷射的示意图各种可控多次喷射的示意图a预喷射预喷射b先导喷射（先导喷射（Pilot-injection）c后喷射后喷射
