内燃机原理第五章.6h.ppt

1、第五章 内燃机的燃料与燃料供给 51内燃机的燃料 一、石油燃料及其特性 1.石油中烃的分类 石油基本上是由脂肪族烃、环烷族烃、芳香族烃组成的混合物。 脂肪族烃包括： 环烷族烃：热稳定性与自燃温度比脂肪族烃高，适合做汽油机燃料。 芳香族烃：高的热稳定性，自燃温度高于烷族烃和环烷族烃，适合做汽油机燃料。 2.柴油和汽油的物理化学性质 燃料对内燃机的功率、油耗及可靠性有较大影响，各种内燃机对燃料品质有一定的要求。,（1）柴油 对柴油机而言，与性能相关的燃料特性为： 1）自燃温度：表示无外源点火条件下，柴油能自行着火的最低温度（473-493k）柴油的自燃性用十六烷值来衡量，十六烷值高，自燃性好，反之

2、亦然。 十六烷值的评定：用两种自燃性截然不同的标准燃料作比较。一种是正十六烷C16H34，自燃性很好，将其十六烷值定为100；另一种是甲基萘C11H10，自燃性很差，将其十六烷值定为0。 测试的柴油和两种标准燃料混合液的自燃性作比较，当两者相同时，混合液中正十六烷含量的容积百分比，即为所测试柴油的十六烷值。 2）馏程：表示燃料是否易于蒸发的特性 某燃料的馏程是该燃料在某一温度范围内能蒸馏出来的成分的容积百分数。用标准分馏仪器测定。,523k以下蒸发出来的成分叫轻馏分，含轻馏分高的燃料易于蒸发，便于起动和着火。但轻馏分超过15%，会使着火前蒸发的蒸气过多，压力升高率增大，柴油机工作变得粗暴。 6

3、23k以上蒸馏出来的成分叫重馏分，重馏分超过40%的柴油，不易蒸发，难于完全燃烧。 3）粘度：表示燃料分子之间的内摩擦特性。 粘度影响燃料的过滤性，油管中的流动性及气缸中的雾化质量与燃烧质量。常用运动粘度表示。 4）含硫量 硫是燃料中的有害成分（S，对金属的腐蚀，燃烧室壁的积炭，润滑油恶化程度）。 在燃烧中，硫氧化成SO2及SO3。它们在低温下与水蒸气化合成亚硫酸和硫酸，对金属有强烈的腐蚀作用。在高温下与燃料及润滑油中烃的异构物反应起催化作用，在活塞环槽及缸套上产生积炭和胶质沉积物，使润滑油变坏。,5）浊点 在低温下，柴油开始结晶，失去透明性质对应温度叫浊点。柴油达到浊点后析出针状结晶，影响供

4、油。浊点是保证柴油机正常工作的重要参数。 6）凝点 使柴油开始固化而失去流动性的温度叫凝点。柴油达到凝点后，必须加热，才能使柴油机正常工作。 我国柴油以凝点确定牌号，如-35，-20，-10，0号轻柴油的凝点分别为不高于35，20，10，0。10，20，30号重柴油的凝点分别为不高于10，20，30。 7）化学成分 轻柴油：C=0.87，H=0.126，O=0.004 重柴油：C=0.87，H=0.125，O=0.005 柴油的平均成分：C=0.86，H=0.13，O+N+S=0.1 8）发热量或热值,1kg燃油完全燃烧所放出的热量叫做燃料的发热量或热值 高热值：计及水蒸汽冷凝时放出的汽化潜热

5、的发热量叫高热值HH。 低热值：不计及水蒸汽冷凝时放出的汽化潜热的发热量叫低热值Hu。 在发动机中，由于缸内及排气温度高于水蒸汽蒸发温度，无法利用汽化潜热，所以燃油的发热量是低热值。 轻柴油一般Hu=42496kJ/kg左右 重柴油一般HH=41868kJ/kg左右 (2) 汽油 对汽油机来说，与其性能有关的燃料特性为： 1）挥发性 表示液体燃料汽化的倾向。为了获得良好的着火和火焰传播，燃料-空气比一般不小于理论完全燃烧燃料-空气比的50%。燃料的挥发性必须足以满足起动，冷机暖车过程,在内的所有工况，在点火时至少要达到这个燃料-空气比。 2）抗爆性 燃料对发动机发生爆燃的抵抗能力叫做燃料的抗爆

6、性。 辛烷值：衡量汽油抗爆性好坏的指标，辛烷值越高，抗爆性越好。 辛烷值的评定：用两种标准燃料异辛烷C8H18和正庚烷C7H16，二者密度和沸点相差不多，但抗爆性相差悬殊，异辛烷抗爆性强，定其辛烷值为100，正庚烷抗爆性弱，定其辛烷值为0，将所试汽油的抗爆燃强度同这两种标准燃料的混合液的爆燃强度相比较，当两者相同时，混合液中所含异辛烷的容积百分比即为所试汽油的辛烷值。 我国汽油的牌号以辛烷值来确定，如：70，75，80，85号汽油的辛烷值分别为70，75，80，85。 车用汽油的成分：C=0.855，H=0.145 ；,车用汽油的低热值一般=43961 kJ/kg左右 。 为提高汽油的抗爆性，

7、适应汽油机提高压缩比的要求，以前一般在汽油中加入高效抗爆剂四乙铅Pb(C2H5)，但四乙铅有剧毒。为了减少铅污染，现开始使用无铅汽油。 二、气体燃料 1. 氢气 氢气是一种取之不尽，用之不竭的燃料，其单位质量的热值是所有燃料中最高的。它有较宽的着火界限和高的火焰传播速度及只需较低的点火能量。 氢可作为主要或者辅助燃料用在发动机上。 在汽油机上加氢燃烧，现有汽油机的结构可不做改动。 主要缺点：储存容积大，保存困难。 目前，已研制出一种金属氢化物的储存系统，可望使氢成为实用的发动机燃料。,2.天然气 天然气NG的主要成分为链烷烃化物的甲烷（CH4），还包含乙烷（C2H6），丙烷（C3H8）及丁烷（

8、C4H10）。丙烷和丁烷分别在690kPa和196kPa压力下可以加压成液体。 我国的液化石油气LPG除含丙烷、丁烷外，还含有丙烯（C3H6）和丁烯（C4H8）等。 天然气的热值和辛烷值均较高，作为发动机的燃料，基本可保持原发动机的功率不变并利于提高压缩比。 是一种洁净的能源，排污低，输送和使用较方便。 为使用天然气和柴油做燃料的双燃料发动机，一般以柴油为基础，当燃用气体燃料时，柴油就作为引燃用燃料。 如使用纯液化石油气作为燃料，则常以汽油机为基础，在结构上可不做改动。 3. 煤气,主要有以下几种：（1）以甲烷为主要成分的煤气 （2）以氢气与甲烷为主要成分的煤气 （3）以一氧化碳及氮为主要成分

9、的煤气 （4）以一氧化碳及氢为主要成分的煤气 （5）人造煤气（从煤中制取） 它用作汽车燃油有着与天燃气相同的优缺点。在欧美，煤气 作为汽车燃油已达实用阶段，并在逐渐普及。 4.沼气 沼气是一种生物能源，沼气中甲烷CH4的体积分数为6070%，CO2体积分数约为3040%。在大气中着火温度可达918-1123K，热值为14747-21352.6 kJ/m3。,一般将沼气和柴油同时在柴油机中使用，以沼气作为主要燃料，喷入少量柴油作引燃用。 三、代用燃料 1. 醇类燃料 有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）它们的混合气热值高，能在稀薄混合气中稳定燃烧，燃烧速度快。排放出的有害物少，是清洁燃料。

10、 从70年代开始，各国开展不少研究，目前在美国已有燃用甲醇燃料的车队。巴西根据资源特点加乙醇的汽油也已广泛使用。 2. 二甲醚（DME） 二甲醚是一种含氧燃料，化学分子式为CH3OCH3,简写为DME，用天然气和煤来制取，它的成本比柴油高，比汽油低。它是醇类化合物，十六烷值大于55，比柴油高，自燃温度508K，比柴油低，以质量计含量为：52.2的C，13.5的H，34.3的O。作为柴油机燃料，滞燃期短，雾化混合性能好，可减少NOx的,生成，降低燃烧噪声，且不会产生碳烟和微粒。DME的沸点温度248K，做柴油机燃料需低压加压，以防气阻，DME粘度低，需解决燃油系统密封和易磨损的问题。 3.植物燃

11、料 分可食用的和不可食用的两大类。 多数植物油的化学成分主要是甘油三酸酯。 植物油热值低，比重大，粘度比柴油高10倍多。所以雾化特性差，燃烧不完全。十六烷值较柴油低。 目前，植物油主要在柴油机上试用，在柴油机上即可燃用纯植物油，也可和柴油、汽油及甲醇形成混合油使用。 我国食用油基本满足生活需要，将其作为燃料使用是不可能的。但是蓖麻油、黑皂油等作为燃料不足的补充还是有意义的。,5-2 内燃机燃油喷射系统 1.柴油机对燃油系统的要求 为了使柴油机获得好的性能指标，对现代柴油机燃油系统的要求是： （1）定量供油 在柴油机不同转速、负荷下，能够精确的供给所需燃油；当负荷不变时，各循环之间保持相同的供油

12、量，使柴油机能稳定运转，对多缸柴油机，还应保持各气缸间供油量一致，以使各缸发出的功率相等。 （2）定时供油 在柴油机运行的整个负荷和转速下，应具有最佳的供油正时，包括最佳喷油开始及喷油持续时间，并且供油规律能满足燃烧过程的要求。 （3） 定质供油 喷入气缸燃油要具有高的喷射压力，以保证燃油的雾化粒度，,贯穿距离，同时油束形状及分布应与燃烧室形状和空气运动相配合，以利可燃混合气的形成。喷油开始及结束都应干脆利落，无滴油或其他不正常喷射现象。 车用柴油机的燃油喷射系统结构如图51所示 图51 柴油机燃油喷射系统 1输油泵；2高压油泵；3喷油器；4预热器； 5二级滤清器；6一级滤清器；7沉淀杯；8油

13、箱,2.机械式喷油泵分类 （1）常压或主油道式喷油系统 高压油泵泵出的油先进机体中主油道或主油管（容积较大，压力变化不大）再由主油道以常压供给高压油管喷油器。高压油路容积大，目前已淘汰。 （2）蓄压式喷油系统 将油压至15-20MPa蓄存，再用一活塞推动一柱塞（活塞面积为柱塞面积的6-7倍），柱塞将油压上升至100-150MPa，用定量电磁阀控制供油量，用定时电磁阀，控制供油定时。 （3）泵-喷嘴式喷油系统 用顶置式凸轮驱动，一般在船用大型柴油机上用，一缸一泵，泵和喷嘴一体，无高压油管，所以可以产生很大压力，100MPa以上。 （4）柱塞泵式喷油系统 用的最多，最广泛。结构：泵-油管-喷嘴 。

14、,3.柱塞式喷油泵 （）进油；（）供油过程；（）终止供油 (d) (e) (f) (d)最大供油位置；（e）正常供油位置；（f）停止供油 图52柱塞式喷油泵油量调节原理,主要作用：提高油压供油 供油调节原理见图52，当柱塞下行到柱塞顶面将套筒上的进油孔打开时，燃油从进油腔流入泵腔，如图中（a）；当柱塞继续上行到柱塞顶面盖住进油孔时，泵腔内油压开始上升，当燃油压力大于出油阀弹簧压力时，出油阀被打开，燃油经高压油管进入喷油器，当油压大于针阀开启压力时，将针阀顶起，油从油嘴中喷出，如图中（b）；当柱塞继续上行，柱塞螺旋槽的下边沿与回油孔连通，泵腔中油经直槽从回油孔中流出，泵腔压力消失，出油阀落座，针

15、阀落座，喷油停止。 （d）表示最大供油量位置（e）表示正常供油位置（f）表示停止供油。,4.出油阀 作为泵腔和高压油管之间的单向止回阀具有如下作用： 出油阀将柱塞上部泵腔容积与到喷油器的油路系统分开， 便于从油路系统中排除空气。 在柱塞吸油行程时，能防止油管中的燃油流入泵腔，使得喷油后高压油管内的压力不致过分下降，否则将减少下一循环的供油量和推迟喷油时刻。 利用出油阀的卸载作用，控制高压油管中的剩余压力，防止二次喷射和滴油等。 出油阀的结构很多，目前常用的是容积卸载出油阀和等压卸载出油阀。, 容积卸载出油阀： 此结构用得最多，具体结构见图, 卸载容积为 ， 等容积出油阀工作原理： 柱塞压油时，

16、柱塞腔压力升高， 克服弹簧力和高压油管剩余压力，使 出油阀离座，刚离座时由于卸载凸缘 的作用，燃油还无法流过出油阀座面 ，这时出油阀继续上升，直到卸载凸 缘离开阀座导向孔时，燃油才能通过 铣槽、阀的座面，流入高压油管。当 柱塞向上运动，有效行程结束时，泄 油开始，柱塞腔内燃油压力急剧下降，出油阀向下运动，当卸载凸缘的下棱边刚进入阀座的导向孔时，柱塞腔,图53等容卸载出油阀,和高压油管空间被隔开，出油阀再下降一段距离hk才落座，hk是出油阀密封带中线到卸载凸缘下棱边的高度，称为卸载行程。出油阀的导向孔直径dk，出油阀降落过程中由于卸载凸缘的存在，高压油管侧的油路中增加了一个容积 ，燃油由于增加了

17、这个容积而膨胀，压力很快下降，喷油嘴针阀迅速落座，喷油终止干脆。这种出油阀结构的卸载容积 在柴油机各工况下均不变，因此，称之为等容卸载出油阀。 减压带高度hk应适中合理选择 hk太小，高压油管中残余压力过大，针阀关不死，产生二次喷射和滴油。 hk太大，高压油管中残余压力过小，使下循环喷油更加滞后，减少下循环供油量。使高压管中的燃油减压过急，会在油管中形成零压或负压区，导致油管内壁穴蚀。,等压卸载出油阀 特点：此种出油阀可以使管内剩余压 力保持一个较佳值，避免二次喷射和油管 穴蚀。 结构与工作原理： 它由两个阀组成，一个出油阀，一个回油 阀。泵油时，柱塞腔压力升高，出油阀开 启，燃油流入高压油管

18、，当柱塞的螺旋斜 边打开回油孔泄油后，柱塞腔压力下降， 出油阀关闭，回油阀腔的回油孔与柱塞腔 图54等压卸载出油阀原理图 相通，回油阀腔压力随之下降。当高压油管压力大于回油阀腔压力时，压力克服回油阀弹簧预紧力，使回油阀开启，高压油管中部分燃油经由回油阀流回柱塞腔，直到回油阀弹簧将回油阀关闭为止，这时高压油管内的剩余压力保持为一恒定值。剩余压力大小可通过回油阀弹簧预紧力和刚度进行调节。,图55柴油机轴针式喷油器,1管接螺栓；2护帽； 3调压螺钉；4垫圈； 5进油滤心； 6进油接头； 7喷嘴紧帽；8针阀； 9垫圈；10针阀体； 11喷油器体；12顶杆； 13垫圈；14喷油器弹簧； 15、16垫圈,

19、5. 喷油器及喷油嘴 1）喷油器 结构如图55所示 ：,.孔式喷油嘴 主要作用：以一定压力及适当形态的油束喷入气缸。 工作原理：当燃油压力p0（du2du2）/4大于向下的弹簧力FZS时，针阀开启，针阀腔与压力室突然连通，容积突然增大，使针阀腔油压有微小的下降，由于继续供油，压力又上升，直到pfmav。当柱塞开始泄油，针阀腔燃油压力下降到pc时，向上的燃油压力du2pc小于向下的弹簧力FZS时，针阀立即关闭。显见p0pc（圆环形受力面积圆截面受力面积）。,图56闭式多孔喷嘴及其压力变化图,.轴针式喷油嘴,6.3 柴油机燃油喷射过程及其影响因素 一、燃油喷射过程及燃油雾化 1.燃油喷射过程,图5

20、7标准及节流式喷油嘴,图58喷油泵和喷油器压力变化曲线及针阀升程变化图,燃油喷射过程可划分为、 段 、喷油滞后阶段 从Op点（泵油始点）到On点（喷油始点）这一段泵腔压力逐渐升高，当压力pH大于油管内剩余压力pfr和出油阀弹簧压力时，出油阀打开，燃油进入油管，当针阀腔压力超过针阀开启压力p0后，针阀才打开，由此可见泵端的供油提前角H针阀端喷油提前角，有一供油滞后H-。滞后原因除燃油具有可压缩性外，还与高压油管的弹性，针阀开启压力等有关。 、主喷射阶段 从n（针阀开启点喷油始点）到KH（回油孔开始打开，停止供油点） 每循环的大部分油量在该阶段喷入燃烧室。,、自由膨胀阶段 从KH（停止供油点）针阀

21、落座止 。 当喷油泵停止供油时，出油阀立即关闭，燃油停止进入高压油管，燃油会继续膨胀，此时管内燃油压力还较高，针阀不会立刻落座，喷油仍将持续一段时间，即达针阀开始下降到关闭点。 在此阶段喷射压力下降很快，特别是喷射后期，压力更低，所以易出现不正常喷射。 1.燃油雾化 从喷嘴喷出的燃油油束，在气体介质中运动时，由于气体动力和燃油表面张力的作用，使其分裂成细小的油滴，雾化增加了表面积，从而加速了从空气中吸热与油滴的汽化过程，这是促成混合气形成的重要因素。 燃油油束的分裂：初始原因是燃油在喷油嘴内运动时产生的燃油流动的初始扰动，这种扰动造成轴对称分裂或波状分裂时油束表面的初始扭曲及油束在雾化时碎裂。

22、,关于雾化：有人认为取决于燃油流动的初始扰动； 也有人认为取决于油束与气体介质的相互作用。 （1）单个油束的结构与形状,图59单个油束结构与形状,由图510可知，初温低于800K时，实验与计算基本吻合。,图510在高温高压介质中油 束的贯穿长度,（）油束贯穿长度 在高压高温下油束的贯穿长度 计算公式（实验的初始压力6.28MPa，初始温度530900K）： L=41.8t0.375a0.092lg(t-0.409)dz0.538 (5-1) 式中，喷油时间；介质密度， kg/m3 ;dz喷孔直径，；l油束贯穿长度，。,(3)油滴平均直径 喷油过程中，主喷油阶段油束速度很高，雾化很好，喷射结束时

23、，速度低，雾化差，雾化的油滴是不均匀的，直径不一样，用平均 来描述。可用日本棚泽泰教授提出的 公式计算，即 (5-2) k0=47（连续喷射）；k0 =7.05（间断喷射）；dz：喷孔直径mm；f：燃油密度kg/m3；a：空气密度kg/m3；：喷射速度m/s；f：燃油表面张力，N/m；vf：燃油运动粘度m2/s (4)喷雾曲线 喷射到缸内油粒直径一般为2-50um。喷雾粒度和均匀度，可用喷雾特性曲线来评定。,（图中油粒相对数目等于某一直径的油滴数目比上总油滴数目） 曲线1：更陡，落在小直径范围，喷雾较细，雾化较好，表示油粒均匀。 曲线2：细度与均匀性不如曲线1。 一、喷油规律 1.几何供油规律

24、和喷油规律 几何供油规律：,单位时间（单位凸轮轴转角）喷油泵供入高压油路系统的燃油量随时间（凸轮轴转角）变化而变化的关系。 它是由供油凸轮与油泵相互间的几何关系决定的。只要知道柱塞的运动规律即可求得： mp：供油量 ； fp：油泵柱塞面积，mm2；Up：油泵柱塞速度，mm/s 喷油规律： 喷油速率 随时间t的变化而变化的关系，即 或,供油规律与喷油规律的比较如图示： 由图可知： 滞后 约9度凸轮转角。 喷油持续时间比供油持续时间延长约4度凸轮轴转角。 两者曲线形状差别较大。,其中：1）2）是因燃油的可压缩性和油管的弹性膨胀引起的； 3）是燃油可压缩性、油管的弹性膨胀和油管压力波三者作用造成供油

25、规律与喷油规律差别较大的原因。 1.喷油规律的测定 有蜂孔盘法，频闪收集法，压力升程法，冲击动量法和Bosch长管法等。 Bosch长管法能准确地直接测量出单次喷射的喷油规律波形，所以无须任何换算。再配以油管压力供油始点，针阀升程以及出油阀升程等传感器，可将表征喷射过程的各种参数与喷油规律波形同时测录下来，进行分析比较，这是其它方法所不及的。 测量方法：用较长的油管，约6-7m，使压力波来不及在喷射期间反射回来（ 喷射时间），试验时将喷油器接在背压为pz的油管一端，在油管入口处壁处贴上电阻应变片，通过示波器将压力变化测出。,测量原理：喷油嘴将喷出的燃油注入充满燃油的长管中，其喷油量是随时间而变

26、化的，这样在长管中的燃油将产生一个随时间而变化的流动速度，同时也产生相应的变化压力，此压力变化 以音速在燃油中传播。测出该压力变化即可按下式求出喷油规律： （5-3） （5-4） （5-4）代入（5-3）整理后为： （5-5） Fl：油管内径横截面积 mm2 ：音速； Uf：燃油流速 m/s； f：燃油密度 kg/m3; pf：燃油压力kg/m2 。,在测量中 可视为常数，所以 正比于pf，两者具有相同变化的曲线形状。 对（57）在喷油开始时刻tb和终止喷油时刻te积分 (56） 即称单次喷油量。 利用喷油规律曲线可以分析判断： （1）喷油始、终点和持续角是否合适？ （2）喷油规律曲线形状是否

27、满足理想放热规律的要求？ （3）有无二次喷射，断续喷射或针阀振动等不正常喷射现象？,5.3柴油机燃油的不正常喷射及其消除 在燃油喷射过程中，由于供油系统存在高压容积，特别是压力波的往复传播，当供油系统各参数之间配合不当时，有可能产生不正常喷射现象。如二次喷射，穴蚀，滴油等。 一、二次喷射 1.喷射终了针阀落座后又第二次升起形成再次喷射的现象，称二次喷射。 2.后果：二次喷射是在很低的压力下喷入气缸，会导致雾化不良，排烟增加，延长喷油持续期，后燃加重，比油耗增加，排温升高。 3.判断方法：测量针阀升程。 4.产生原因：当针阀关闭后，因压力波在油管中传播，当喷嘴端压力大于针阀开启压力时，针阀再次打

28、开 。,二次喷射一般是在发动机高转速和高负荷下容易出现。主要是由于燃油压力波动引起，与高压容积密切相关，因此，应尽量减少高压容积。消除措施： （1）采取等压出油阀 （2）增大出油阀卸载容积； （3）选择合适的截面比zfz/fT； （4）减小油管长度； （5）选择合适的针阀升程h； （6）增大出油阀弹簧的刚度。 使高压油管中的压力迅速下降，故不产生二次喷射。 二、穴蚀 1.出现部位：低压系统和高压系统与燃油接触的金属表面上。 2.形成原因：燃油在系统中形成的空穴气泡在破裂时所产生的负压造成的。,3.消除措施： 由于消除二次喷射的措施有可能引起穴蚀 , 所以应综合考虑。 关键在于zfz/fT的匹配

29、，选取合适的减压速度us使满足： 出现穴蚀的最小减压速度smin us 出现二次喷射的最大减压速度usmax。 为了满足上述条件，可采用等压卸载出油阀，保持油管压力 为一较佳值，可以避免二次喷射和穴蚀。 三、滴油现象 滴油现象是针阀副密封正常的情况下，喷油终了仍有燃油自喷孔喷出。 产生原因：由于出油阀卸载容积过小，油管压力下降较慢，使针阀落座缓慢引起。 消除方法：应加快针阀落座速度，减小落座时间。,1.断续喷射及间歇喷射 (1)断续喷射：应一次喷入气缸的燃油分成多次喷入气缸。 现象：喷油时间没延长，但针阀对阀座的撞击次数增多，降低针阀偶件寿命。 产生原因：针阀上升后，柱塞供油率小于喷嘴喷油率，

30、发生喷油器喷出的油量多于柱塞供油量。 (2)间歇喷射：多次柱塞有效行程的供油量才足以打开针阀一次。 现象：多个循环作一次功，一个循环燃烧几个循环的油，使发动机运转不稳定。 产生原因：出现在低速低负荷或怠速时，柱塞一个有效行程供油量很少，不足以打开针阀。 断续喷射及间歇喷射的消除： 使柱塞最小供油率大于喷嘴出现断续和间歇喷油的临界供油率。 尽可能减小高压容积。,三、喷油系统与柴油机的匹配 在柴油机新机型开发、老机型改进中经常碰到喷油系统的选用、修改和匹配问题。匹配质量的优劣，对柴油机整机性能具有关键性的作用。 喷油系统与柴油机匹配的原则和工作顺序如下： 了解柴油机的特征和主要参数，如机型、传动系

31、统布置、燃烧室型式、缸径和行程、运行范围、经济性和排放要求等，它们会影响喷油泵、喷油器的选型、安装和连接。 对柴油机的运行范围、常用工况进行调研和统计处理，确定喷油系统和柴油机的匹配策略和匹配点。 图514所示的是轿车柴油机匹配点选择的例子。横坐标表示转速，将运行范围分成若干小方格，每一格代表一个工况，以运行时间为基础，统计每一工况的使用频率，确定匹配点。,图514 轿车柴油机匹配点的选择, 求出各个匹配点的有关柴油机性能指标，如功率、燃油消耗率、排放限制指标等，考虑相关的法规和技术要求，进行优选和折衷处理，通过估算或模拟计算，初步确定喷油系统的主要参数，如最大循环油量、最高喷油速率、最大泵端

32、压力、喷油孔的数量和直径、出油阀参数等，为匹配试验作准备。 柴油机冷启动性能的优劣、怠速工况的稳定性、暖机时间的长短与喷油系统直接相关，上述工况的排放、噪声受到用户和社会的关注，匹配时应有适当的对策。 匹配工作有时会受到喷油系统自身零部件工作能力的制约。例如，喷油系统主要零部件的刚度和密封性决定了最高许用喷油压力，增加柱塞直径，提高喷油率有利雾化和混合，但不能超过喷油泵滚轮和凸轮表面的接触应力许用值。 匹配工作的优劣要将喷油系统、柴油机装到实验台架或配套机械上进行试验和使用考核后，才能最终确定。,喷油正时包括喷油始点和喷油持续期。确定喷油正时时，应综合考虑的柴油机主要指标和特性如下： 标定点功

33、率和全负荷扭矩特性曲线； 全工况的燃油消耗率； 整机NOx、HC、碳烟和微粒排放； 低速低负荷的运转稳定性； 最高气缸压力和最高排气温度； 空载时不着火正时范围； 整机振动和噪声； 冷启动性能。 对于转速变化范围比较大的高速柴油机，根据高速和低速时各项指标对喷油正时的要求，确定喷油提前曲线，加装喷油自动提前器。,柴油机经济性、噪声、有害气体排放在不同工况下对喷油正时的要求，往往是相互矛盾的，需要分清主次，最后确定一个包含公差带的曲线作为喷油正时的控制范围。图515(a)、(b)所示的是非增压和增压直喷式柴油机全负荷时的平均喷油正时。,图515 柴油机全负荷时平均喷油正时 (a) 非增压 (b)

34、 增压,54 汽油机的燃油供给系统 一、汽油机供油系统的类型及特征 (一)化油器燃油供给系统 化油器安装在汽油机的进气总管上，图524所示的为简单化油器示意图。由空气滤清器进入的空气压力为p0，经进气截面，流经喉管时截面减小为，流速增加，压力下降为pv ，浮子室内的燃油在压差pvp0-pv的作用下，经燃料量孔从喷油管b被吸出，喉管处的空气和燃油相对速度大，有利于燃油的分裂、雾化和混合。浮子和针阀的作用是保持浮子室油面稳定，燃油计量准确。喷油管6在喉管处的出口比浮子室的油面高510mm，这可防止汽车停在斜坡上，汽油机不工作时燃油从喷油管流出。流经喷油管燃油的多少，由喉管处的真空度（或流经喉管的空

35、气量）决定，而真空度的大小可以通过调节节气门8的开度，即可实现发动机功率的调节。,化油器进气截面 喉管最小截面 1空气滤清器； 2阻风门； 3平衡通气管； 4浮子室； 5燃料量孔； 6喷油管； 7进气管； 8节气门； 9喉管； 10针阀,图524 简单化油器的流动方案,化油器喉管处的最大真空度不大于20kPa，空气在进气管和化油器中的流动可看做不可压缩流体流动，适用伯努利方程，依照和截面可写成: (5-7) 式中，管道阻力系数；p0，v0化油器入口处空气的压力、速度；pv,vv喉管处空气的压力、速度；0化油器入口处空气密度。 因v0vv,可视v0为零，H0Hv，所以 通过化油器喉管的空气质量流

36、量: (5-8) 式中，v流量系数；Fv喉管最小截面积， m2;pv喉管真空度， Pa。,图525 简单化油器的燃油流动计算 简单化油器中燃油流动如图525所示，选取截面oo和yy，列出流动能量方程: (59),式中， v0，vy所取oo、yy截面处燃油流出速度， m/s；h0，hy所取oo、yy截面距基准面的位置高度，m；g重力加速度；f燃油密度，kg/m3；p0浮子室油面上的压力， kPa；py燃油量孔截面处压力， kPa。 经量孔流出的燃油质量流量 （510） 式中，f燃油流经量孔的流量系数；Ff燃油量孔的截面积，m2。 汽油机稳定工作时，可用曲轴转速、节气门开度、过量空气系数来描述其运

37、转状态。汽油机调整正常时，各种工况下其过量空气系数与喉管真空度pv或空气流量的关系称为化油器特性。 根据上述空气和燃油的质量流量公式可求得简单化油器特性：,（512）,图526简单化油器特性,由图可知：是pv的函数，pv。这是因为当n、 pef3（节气门开度）pv 当pvxfg无油吸出； 当pvxfg无穷大； 当pv稍大于xfg，则 项的分母很小，使该项的 值很大很大，此时混合气很稀； 另外，环境温度t0和压力p0对的影响也较大，当t0，p00；即：调好的汽油机在夏天或高原地区工作时会出现混合气变浓的情况。,简单化油器特性不符合实际发动机工况要求，实际发动机要求pv，但是它却pv；发动机启动或

38、怠速时，由于节气门开度小pv，而实际发动机希望此时提供较为浓的混合气。 在所有运转工况下均能满足汽油机对混合气要求的化油器特性，称为理想化油器特性。理想化油器特性可由汽油机燃油调节特性Nef()，gef()来求得。试验时，要保持汽油机转速和节气门开度不变，调节量针控制燃油量孔流通面积改变混合气浓度，从而得到燃油调节特性，如图5-27所示，图中n为常数，在不同节气门开度下，ne、ge随变化关系对各节气门开度的最大功率点和最低油耗点的数据描绘在f(ma)坐标系中，即可得到理想化油器特性如图528所示。,图527 发动机燃油调节特性曲线n为常数,图528中虚线表示转速一定时，随着节气门逐步开大，化油

39、器供应的经济混合气逐渐变稀，当节气门全开时为了发出最大功率，化油器供应的经济混合气需过渡到供给最大功率混合气，并要求这种过渡要圆滑，一般要求节气门在8590开始加浓过渡。 显然，简单化油器特性与理想化油器特性完全相反，主要原因是：燃油流率随喉管真空度的增加的速率超过了空气流量率增加的速度。,图528 汽油机理想化油器特性n为常数,在排放法规日益严格的限制下，部分负荷时混合气的调整以经济性为目标改变为以降低有害排放物为目标。对于排气系统带有三元催化反应器的汽油机，其调整的原则是，将混合气的燃空比精确地保持在理论值附近，保证机外净化装置的转换效率。 为了完善简单化油器功能，使之接近理想化油器特性，

40、在实际化油器中增加了如下补偿和辅助装置： 在主供油系统中设置燃油供给补偿装置，保证汽油机在主要使用工况下得到合适的可燃混合气。 设置怠速系统，在小负荷和空载时能加浓混合气，确保汽油机怠速稳定。 设置全负荷加浓系统(省油器)，从中负荷过渡到全负荷时能得到最大功率。 设置加速加浓装置，汽油机加速时可使混合气迅速加浓。 设置启动装置。 设置减小有害排放的装置。,(二)汽油喷射系统 1.汽油喷射系统的特点 与化油器式燃油供给系统相比，汽油喷射系统有如下一系列优点，因此，得到迅速推广和应用。 取消喉管，减小进气空气流动阻力，无需进气加热，可提高充气效率，有利于增加汽油机的功率； 减小或消除燃油在进气管壁

41、面的凝结，增加了进气管设计的自由度，可充分利用进气充量的惯性作用增加气缸进气量。 喷油器的布置和喷油雾化的改善，显著提高了汽油机的加速响应能力。 可组织扫气，减少扫气过程中燃油损耗，降低HC排放。 空气计量和燃油计量功能分离，提高了计量和控制精度。不同转速和负荷下燃油雾化和混合良好，可实现全工况优化； 多点喷射时，在各工况下各个气缸充量的燃油空气比可得到精确控制；, 各缸充量分配在质和量两方面的均匀性上都得到改善，可减少爆震倾向，采用较高的压缩比，提高经济性； 有利于汽油机增压。,2.汽油喷射系统的类型,汽油喷射系统可分为缸内喷射和进气管喷射两种。,进气管喷射又分为单点喷射(SPI)和多点喷射

42、(MPI)两种。,缸内喷射系统中喷油器安装在气缸盖上，油束直接喷入燃烧室内，开始喷油时间大约在进气上止点后60CA，因为油气混合时间短，所以需要较高的喷油压力，并需增加气缸内充量的湍流强度，改善雾化和混合。为保证各工况可靠点火，火花塞附近的燃空比适当，汽油机才能正常运行，这就增加了匹配的难度。缸内喷射允许大的进、排气门重叠角，有利扫气；匹配合理可以更精确地控制喷入各缸的油量，改善均匀性；能够实现稀混合气燃烧，提高热效率，降低NOx排放。稀混合气分层燃烧时不受爆燃界限的限制，可采用,高压缩比；工况变化时可用变质调节，取消节气门，减小泵气损失，特别有利于改善部分负荷特性。 进气管喷射系统中，喷油器

43、装在进气总管或支管上，进气管内气体的压力、温度较低，实现燃油喷射和雾化需要的压力差较小，因而喷油压力较低，喷油器的工作温度不高，易于保证其工作可靠性，降低生产成本。 单点喷射就是在进气总管装一个喷油器，燃油在总管雾化并和空气混合后，由各进气支管进入气缸的汽油喷射方式。它的结构和控制较简单、成本低，在经济型车用汽油机上有时采用。该系统中燃油较易在进气管壁形成油膜，油膜会影响各缸燃空比的均匀性和汽油机加速响应能力。 多点喷射就是在每一个进气支管靠近进气门的位置上各装一个喷油器的喷射方式。这种系统在汽油机运行时将根据工况将各缸所需要的燃油量喷入，油束雾化后利用进气门开启时气流的流动，与进气充量混和，

44、再流入气缸。在进行多点喷射的进气系统设计时，可以充分利用充量的动态效应，使各缸燃油在进气门前喷入，这样容易控制各缸充量分配和空燃比的均匀性。,按照喷射时间，汽油喷射系统又可分为连续喷射系统和间断喷射系统。连续喷射仅用于进气管喷射。间断喷射可分为顺序喷射(按各缸点火顺序喷油)、同时喷射(各缸同时喷油)和分组喷射(同组各缸同时喷油、不同组各缸顺序喷油)等。缸内喷射必须采用顺序喷射，这时，可以适当设计火花塞和喷油器的位置、喷射方向、燃烧室的形状，与缸内气体流动相配合，实现分层稀混合气燃烧。进气管多点喷射系统中，按顺序喷射时，各缸喷油和进气的工作频率是一致的，这有利于改善各缸工作均匀性。 按喷射压力的

45、不同，汽油喷射系统可分为高压喷射系统和低压喷射系统等。喷射压力高于环境压力，压差在200kPa以上的称为高压喷射，压差在200kPa以下的称为低压喷射。 按喷射控制装置的型式的不同，喷射系统可分为机械式，电子式和机电混合式汽油喷射系统。,图530 K型机械式汽油喷射系统,3.机械式汽油喷射系统 德国Bosch公司的K型机械式汽油喷射系统如图530所示，它由如下三部分组成。,(1) 空气流量计量 空气流经滤清器过滤后，进入空气流量计，测量其流量后，将信号送入混合气分配装置。进气空气再进入节气门，由节气门控制进入汽油机的空气量。 (2) 燃油供应 电机驱动滚子式油泵将燃油送入蓄压器，流经燃油滤清器

46、到达燃油分配器，压力调节器使进入喷油器的燃油压力不变，喷油量由混合气控制装置调节。 (3) 燃油计量和喷射 根据空气流量计输入到混合气控制装置的信号，按照燃空比的要求确定喷油量，通过喷油器，将相应量的燃油量喷入进气充量中。,56 气体燃料内燃机的燃料供给 一、气体燃料内燃机的类型和特点 (一)电火花点火式气体燃料内燃机 运行时气体燃料和空气通过气体燃料混合器进入气缸，当压缩过程进行到上止点前某一时刻时，燃烧室中的火花塞跳火，使混合气着火燃烧。内燃机按汽油机循环方式工作。常用于抗爆性能比较差的气体燃料，如焦炉煤气、城市煤气、石油伴生气等。由于压缩比较低，平均有效压力和热效率也较低。 (二)低压供

47、气压燃式双燃料内燃机 气体燃料和空气混合后进入气缸，压缩过程进行到上止点前某一时刻，占总输入热量(610)%的柴油或重油喷入燃烧室，引燃气体燃料。油束引燃可形成多个发火核心，减少了缸内火焰传播的距离，提高了燃烧速度和抗爆能力,可用于气缸直径较大的内燃机。该类型气体燃料内燃机按照柴油机的循环工作，平均有效压力和热效率较高。,(三)高压喷射压燃式双燃料内燃机 运行中空气单独入缸，压缩过程进行到上止点前某一时刻，压力达25MPa的气体燃料和引燃用的柴油同时或相继喷入燃烧室，油束局部压燃着火，点燃由气体燃料和空气混合形成的可燃混合气，实现燃烧过程。由于缸内压缩的是空气，可进一步提高压缩比，减少爆燃倾向，有