《《发动机原理》第六章 柴油机混合气形成和燃烧(第18次课)课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《发动机原理》第六章 柴油机混合气形成和燃烧(第18次课)课件（80页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、上次课内容回顾,6-2 燃烧过程,三、柴油机的有害排放物和振动噪声 CO和HC的生成机理与汽油机相同， 但柴油机a1，CO排放较低； 喷油晚，缝隙激冷效应小，故其HC排放较低。 柴油机有害排放物：NOx, PM, 且二者矛盾。 CO2 1) NOx的生成机理: 根据燃料及其混合气形成方式分为： 热力NO(Themal NO) 快速NO（Prompt NO） 燃料NO （FuelNO）,上次课内容回顾,6-2 燃烧过程,2）碳烟的生成机理 1碳烟的生成过程 碳烟：可溶性有机成分（SOF）和不可溶成分； 由燃烧时生成的含碳粒子及其表面上吸附的多种有机物组成。 高温热分解生成的HC，没有与空气再接触
2、的部分变成微粒。,2碳烟的生成条件 生成条件：高温缺氧； 缺氧：空燃比为5.255.65的比较浓的狭窄范围； 高温：在预混合火焰温度20002400K范围内出现峰值；,上次课内容回顾,6-2 燃烧过程,2）碳烟的生成机理,PM控制途径：提高火焰温度（不可取） 控制A/F，避免局部过浓,具体措施： 促进碳烟的氧化过程组织燃烧室内的气流运动，促进紊流混合； 促进喷雾的微粒化高压喷射。,PM控制的基本原理：由PM和NOx形成领域， 控制火焰领域内混合气的浓度和温度。,上次课内容回顾,6-2 燃烧过程,四、柴油机排放控制策略 抑制与混合燃烧过程NOx，促进扩散燃烧PM,五、柴油机的燃烧噪声,发动机的噪
3、声源：燃烧噪声、机械噪声、进气噪声、排气噪声等。,燃烧噪声：与气缸压力升高率成正比，且直接与NOx排放有关。 燃烧噪声大气缸压力升高率，预混合燃烧的混合气量多，气缸内温度，NOx排放量。 控制措施：降低NOx排放,上次课内容回顾,6-2 燃烧过程,六、冷起动特性,压燃式发动机起动过程取决于低温下混合气形成和着火燃烧条件。压缩温度和雾化条件 冷起动时温度和n最低燃料雾化不良冷起动困难。即 T0低Tc低，传热损失大，喷雾雾化差； n低，漏气，造成Tc、pc降低，不利于自燃。,改善措施 温度：提高压缩比 电热塞加热进入气缸的空气 雾化：高压喷射,上次课内容回顾,6-3 燃油喷射和雾化,一、对燃料喷射
4、系统的要求,现代车用柴油机喷射系统的要求 1喷射压力高压化，且可任意调控保证燃料快速、良好雾化。 2喷油器响应特性足够快在极短时间内，喷油规律的自由控制达到最佳喷油时刻和理想喷油规律。 3喷雾特性与燃烧室内气流特性的最佳匹配。,适应高效率低排放燃烧方式的要求,上次课内容回顾,6-3 燃油喷射和雾化,二、喷射雾化和油束特性,喷雾(油束)特性取决于喷油器的结构、喷射压力和背压，是影响混合气形成的主要因素 油束特性：用几何形状和雾化质量评价,核心部分液滴密集，速度高,油束外侧液滴稀少，速度低,几何形状：贯穿距离L ；贯穿率和喷雾锥角或B,贯穿率：油束射程与喷孔出口沿喷孔轴线到达燃烧室壁面的距离的比值
5、表征燃油喷到燃烧室壁面的程度,贯穿距离,上次课内容回顾,6-3 燃油喷射和雾化,二、喷射雾化和油束特性,油束的雾化质量：液滴的细度和均匀度表示。,均匀度是表示油束中液滴大小相同程度及直径分布的均匀程度。,细度用油束中液滴的平均直径表示，该值越小雾化质量越好,控制方式不同分为： 位置控制式喷射系统通过齿条或拉杆位置控制。 机械式喷射系统 / 电控位置式喷射系统 时间控制式喷射系统通过电磁阀开关时刻控制。 泵管喷嘴型 / 泵喷嘴型 喷射压力不同分为： 低压（1824MPa）、中压（6080MPa）、高压（100MPa）,三、喷射系统,1）位置式喷射系统 1. 位置式喷射系统 机械/电控 都属于泵管
6、喷嘴型结构； 喷油泵是核心部分； 喷油器只起喷油作用，供油压力控制； 喷油泵按结构分为直列泵和分配泵。,三、喷射系统,供油量控制：通过驾驶员/调速器调节油量控制环套位置来完成,机械式喷油泵,VE型分配泵： 一个柱塞，与固定在一起的端面凸轮盘一同旋转,VE型电控分配泵： 消除机械式调速器； 增设：转速传感器2； 滑套位置传感器5； 喷射定时器位置传感器3； 比例电磁阀1； 电磁阀4等,控制油量环套位置,滑套位置传感器,喷射定时传感器,控制喷射定时电磁阀,电控直列泵TICS（Timer Injection Control System）：在P型泵基础上改进。,结构：保留P型泵油量控制齿杆机构9在柱
7、塞偶件上增加控制滑套，取代P型泵的倒挂形柱塞套5。,电控直列泵TICS（Timer Injection Control System）：在P型泵基础上改进。,控制：滑套相对柱塞的位移改变供油始点供油预行程在一定范围内实现供油时刻的任意控制,a) 停油位置 b) 部分负荷供油位置 c) 全负荷供油位置,柱塞套,进、回油孔,柱塞,螺旋槽,测量控制齿杆,TICS泵的泵油原理 油量控制杆位置由电子调速器控制油门开度通过传感器传送到ECU判定工况控制MAP图反馈控制控制杆位置喷油量控制精度。,喷油过程,、喷射延迟阶段 从柱塞上控制边缘或顶面刚遮盖进油孔的供油始点Op到针阀开启的喷油始点O0的一段曲轴转角
8、；,喷油泵端燃油压力,喷油器端燃油压力,喷油器针阀升程,喷射过程：喷射过程是指从喷油泵开始供油直到喷油器停止喷油的过程,、主喷射阶段 从喷油始点O0起到喷油泵回油造成喷油泵端的燃油压力开始下降的时刻为止的一段曲轴转角,喷油泵端燃油压力,喷油器端燃油压力,喷油器针阀升程,泵端压力,嘴 端压力,喷油过程,喷油泵端燃油压力,喷油器端燃油压力,喷油器针阀升程,、喷射结束阶段 从喷油器端的燃油压力开始降低的时刻起到喷油器针阀完全落座停止喷油为止,泵端压力,嘴 端压力,喷油过程,供油规律和喷油规律,供油规律：单位时间内（或单位喷油泵凸轮轴转角内）喷油泵的供油量（供油速率）随时间（或喷油泵凸轮轴转角）的变化
9、关系。,喷油规律：单位时间内（或单位喷油泵凸轮轴转角内）喷油器喷入燃烧室内的燃油量（喷油速率）随时间（或喷油泵凸轮轴转角）的变化关系 。,供油规律与喷油规律的定义,喷油始点迟于供油始点，喷油持续时间大于供油持续时间，喷油速率的峰值小于供油速率的峰值。,供油规律,喷油规律,存在的问题： 供油规律与喷油规律不同； 出现不正常喷射现象： 二次喷射；喷油压力波动 滴油现象；高压密封 断续喷射；针阀周期跳动 隔次喷射；2循环喷1次,柴油机的不正常喷射,常用测量针阀升程的方法来判定有无不正常喷射现象存在； 不正常喷射：二次喷射、滴油、断续喷射、隔次喷射； 不正常喷射会造成柴油机性能的恶化，如经济性下降，冒
10、黑烟，喷油嘴积碳烧损，喷油系统零件产生穴蚀损坏。,针阀升程,（）二次喷射,现象：主喷射结束之后，针阀落座后又第二次开启向气缸内喷油的现象。 原因：是燃油在高压作用下的可压缩性和燃油压力波在高压油路的传播与反射。 危害：燃油在较低的压力下喷入气缸的，雾化质量差，喷射偏离上止点，造成燃油消耗、排烟排温升高，性能恶化，喷孔积碳堵塞。 多发生在柴油机大负荷、高速运转工况。,（）滴油,现象：喷油终了喷油器针阀不能迅速落座而关闭不严，出现仍有燃油流出的现象 影响：流出的燃油，其速度和压力均很低，导致雾化不良，且燃油会集结在喷孔处， 容易结炭，使喷孔堵塞。 原因：高压油管燃油压力下降较慢，使得针阀以小的落座
11、速度缓慢地关闭。 措施：减小针阀质量，增加针阀弹簧预紧力和弹簧刚度，加大出油阀卸载容积等。,（）断续喷射,现象：针阀在喷射期间周期性跳动，本应一次喷入气缸的燃油分成二次或多次喷入气缸，且针阀升程小，喷射压力低。 原因：在低负荷、低速运转工况，喷油泵输出量小于喷油嘴喷出油量。 影响：针阀对阀座的冲击次数增多，易产生过度磨损，降低针阀寿命。 措施：合理选择喷射系统的参数，如喷油泵柱塞直径、凸轮廓线、出油阀形式及尺寸等,（）隔次喷射,现象：在低速、低负荷或惰转时，循环供油量少，不足以打开针阀，出现有的循环不喷油的现象 。 影响：怠速运转不稳定 措施：合理设计喷油泵最小供油量,机械式与电控式的区别：
12、调速器：机械式机械； 电控式数据调速 供油规律：机械式不可调；电控式可调 喷油压力：机械式不可调；电控式可调,图4-55 ECDU2系统示意图,2）时间-压力式电控喷射系统 特点：不断高压化 典型类型：高压共轨系统、泵喷嘴和单体泵三种,1. 高压共轨系统,电控高压共轨式喷油系统组成,供油系统：油箱、输油泵、滤清器、高压油泵、油轨、高压油管、喷油器。 电控系统：传感器、ECU、执行器,ECU,电控高压共轨式喷油系统组成,高压共轨系统特点： 结构上：把泵-管-喷嘴三个单元，按各自功能相互独立起来充分提高控制自由度。 功能上：实现高压喷射；喷射压力、喷射时刻、喷油规律达到可直接调控放热规律可控制。,
13、各单元的作用： 高压泵：按一定速率向共轨供油，保证轨压恒定 供油原理：多山凸轮每转供三每次供油频率 与喷射频率一致,吸油过程：柱塞下行PCV阀开泵室进油,柱塞上行PCV阀开回油轨压不变,共轨压力设定值时，ECU接通PCV阀关闭出油阀开迅速供油补充轨压,高压泵供油原理：,三山凸轮,PCV阀,出油阀,高压泵供油量：取决于PCV阀关闭后柱塞升程有效行程通过改变PCV电磁阀的关闭时刻凸轮的有效行程改变供油量控制共压。 特点：减小功率损耗。但控制系统复杂。,BOSCH-CR型三缸径向柱塞式高压泵：,结构：泵体、泵盖、气门组件、柱塞泵组件、柱塞弹簧、凸轮轴组成。,特点：每压油单元采用多个压油凸轮，三缸柱塞
14、泵隔120度均匀分布保证供油频率和供油量,共轨的作用：将高压泵提供的高压油蓄压按恒定压力均匀分配到各缸喷油器。,共轨容积的确定： 兼顾高压泵供油压力波动和每个喷油器喷油而引起的压力波动共轨压力波动控制在5MPa以内； 为保证共轨压力响应速度快速响应柴油机工况的变化，其容积又不能太大。 ECD-U2共轨系统： 高压泵最大循环供油量 为600mm3，共轨容积 约为94000mm3。, 喷油器的主要作用：根据ECU的控制指令完成定量、雾化及喷油规律的控制。 喷油量：喷油器开启持续时间（通电脉宽）来控制；喷油器的开启时刻控制喷油时刻。 喷雾质量：取决于喷射压力和喷孔总截面积以及燃烧室内气流状态。 喷油
15、规律控制精度：取决于喷油器的响应特性。 喷油器响应特性：取决于电磁阀特性和针阀惯性质量。,三向电磁阀式喷油器特点： 由针阀偶件、液压柱塞、 节流阀以及三向电磁阀（TWV）等组成。 通电时刻喷射时刻； 通电持续时间喷油量。,ECD-U2系统：,高压共轨系统的工作原理,发动机高压泵工作； ECU检测轨压： 当轨压设定值：控制高压泵PCV阀关闭供油； 当轨压设定值时开PCV阀回油状态。,泵及轨压控制：,发动机喷油控制：,检测发动机工况； 控制喷油器TWV的接通和断开时刻； 控制喷射时刻和喷射量。,标定控制MAP图,TWV阀式喷油器结构特点： 由内阀、外阀和阀体组成。,内阀:自由活塞,外阀:与衔铁做成
16、一体 由线圈通电方式控制其上下运动,阀体: 支承外阀,泄油孔,内、外阀及阀座间形成A、B密封面。,A密封面控制柱塞顶部与共轨连通,柱塞,B密封面控制柱塞顶部与泄油孔连通,TWV喷油器的控制原理：在ECU控制下 TWV阀ON线圈产生磁场力外阀上移关闭密封面A共轨高压油无法进入柱塞顶控制室。 此时，密封面B打开，柱塞顶控制室内高压油，经密封面B泄油油压迅速降低喷油器针阀克服弹力升起喷油开始。 当TWV阀OFF时，磁场消失，外阀在弹力作用下下移关闭密封面B，同时打开密封面A； 共轨高压油同时进入喷油器针阀承压锥面室和柱塞顶部控制室。柱塞在高压油和弹力作用下下移针阀落座，停止喷油。,C-R系统对燃烧速率的精确控制：由喷油规律的柔性控制实现 “Multijet” (多脉冲)喷射方式精确控制燃烧室内的温度和压力高效率低排放,先导喷射,预喷射,主喷射1,主喷射2,后喷射,迟后喷射,控制Tzmax NOx,压缩T和
