发布时间 : 星期一 文章2.7T车用柴油机热力计算及高压共轨供油系统设计1更新完毕开始阅读169176c16137ee06eff918a0
中南大学学士学位论文 4 高压共轨供油系统设计
性。例如用来实现废气再循环(EGR)、增压压力调节、车速控制和电子防盗锁等。
CAN总线系统可与车辆的其他电子系统（例如ABS系统、变速器电子控制系统）进行数据交换。诊断接口可在车辆检修时输出系统存储的运行数据和故障代码。
高压共轨系统的结构包括：燃油系统和电控系统。燃油系统包括：邮箱、管路、过滤器、齿轮泵、燃油计量单元、柱塞泵、共轨管、喷油器。电控系统包括：ECU、传感器、执行器[15]。
4.2 选型与计算
4.2.1 喷油泵的选型与计算
喷油泵的功用为：提高柴油压力，按照柴油机的工作顺序，负荷大小，定时定量地向喷油器输送高压柴油，并保证各缸供油压力均等。
喷油泵要求：
⑴泵油压力要保证喷射压力和雾化质量的要求。 ⑵供油量应负荷柴油机工作所需的精确数量。
⑶保证柴油机的工作顺序，在规定的时间内准确供油。 ⑷供油量和供油时间可调整，并保证各缸供油均匀。 ⑸供油规律应保证柴油燃烧安全。
⑹供油开始和结束，动作敏捷，断油干脆，避免滴油。 喷油泵形式
柴油机的喷油泵按照其工作原理不同可分为柱塞式喷油泵、喷油泵-喷油器和转子分配式喷油泵三类。按结构分为单体泵和合成泵。柱塞式喷油泵的每个柱塞元件对应于一个气缸，多缸柴油机所用的柱塞数和气缸数相同且合为一体，构成合成式柱塞泵。对于小型单缸和大型多缸柴油机，常采用每个柱塞元件独立组成一个喷油泵，称之为单体式喷油泵。柱塞式喷油泵是目前发展最为成熟与应用最为广泛的一种喷油泵。分配式喷油泵是用一个或者一对柱塞产生高压油向多缸柴油机的气缸内喷油，主要应用在小缸径高速柴油机上，其制造成本较低，泵喷嘴是将喷油器和喷油泵合成一体，单独地安装在每一个气缸盖上，多用于高强化柴油机上。
1.喷油泵泵体材料一般选用锻钢、铸铁、铝铸件等，柱塞一般用表面渗碳钢、镍铬表面渗碳钢、氮化钢等。柱塞套一般采用表面渗碳钢、镍铬表面渗碳钢等。硬度都为洛氏（60-70）HRC。各种阀采用特殊工具钢、镍铬钢、表面渗碳钢、氮化钢等。
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2.喷油泵的供油量。循环中喷射的燃油体积为Vn，泵的容积效率为η，则泵的有效行程体积V??Vn/?H。
3.喷油泵柱塞的行程内径比。由于柱塞的直径大时，泄露就多，此外，作用在凸轮上的力也大，所以，采用较小的柱塞直径和较长的行程比较有利。可是，行程加长，柱塞的速度变大，就有烧粘的危险，因此也要加以限制。
目前，对车用柴油机采用的喷油泵是用负荷弹簧和旋转轴凸轮使柱塞运动的滑阀式喷油泵。
燃油泵组的计算在于确定柱塞的直径和行程。泵的这些主要结构参数在柴油机额定功率的工况上决定于泵的循环供油量。
循环供油量也即在一个循环之内排出的燃料量，以体积单位（mm3/循环）表示：
Vn?geNe? (4-1)
120ni?j由于燃料被压缩和经过不密封处的泄露，以及由于高压油管的变形，喷油泵的供油量应该大于循环供油量Vn的值。
前面已指出的因素对循环供油量的影响以油泵供油系数来衡量，供油系数是循环供油量的体积对柱塞几何有效行程的体积之比值：
ηH?Vn/V? (4-2)
式中，V??fnSa是油泵理论循环供油量，fn为柱塞横截面面积(mm3)，Sa为柱塞有效行程(mm)。
所以，燃油泵组的理论供油量V??Vn/?H
对于车用柴油机，在额定负荷时，ηa的值在0.7~0.9的范围内变化。
燃油泵组总的供油量考虑到燃料的漏失，柴油机的超负荷和保证在低温时起动可靠按下式确定
Vb?(2.5~3.2)V? (4-3)
这一燃油量应该等于相应柱塞全行程的体积。 泵的主要尺寸由下式确定
?dSVb?nn (4-4)
43式中，dn和Sn分别是柱塞直径和全行程，mm。 柱塞直径
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dn?34Vb (4-5)
?Sn/dn比值Sn/dn变化在1.0~1.7范围之间。
在小直径时，在套筒中柱塞的加工和配合都比较困难。 柱塞全行程（毫米）
Sn??Sn/dn?dn (4-6)
在选取柱塞直径时，其有效行程
Sa?Vτ (4-7) fn取燃料的密度ρτ?0.842g/cm3 喷油泵的供油系数ηH=0.75 喷油泵组总供油量系数去3.1
柱塞行程对直径的比值去等于Sn/dn?1
表4-1 喷油泵参数计算结果
转速n
800
2000
3300
3500
循环供油量Vn（mm3/循环） 理论供油量Vt（mm3/循环） 喷油泵组总供油量Vb（mm3/循环）
柱塞直径dn(mm) 柱塞有效行程Sn(mm)
37.5 50.0 155.0 5.8 1.9
34.3 45.7 141.6 5.8 1.9
28.9 38.5 119.3 5.8 1.9
29.0 38.6 119.8 5.8 1.9
4.2.2 喷油器的选型与计算
喷油器安装在气缸盖上，其作用是将高压燃油雾化成容易着火和燃烧的喷雾，并使喷雾和燃烧室大小、形状相配合，分散到燃烧室各处，和空气充分混合。喷油器除了影响燃油的雾化质量、贯穿度及分布等喷雾特性外，还对喷油压力、喷油始点、喷油延续时间和喷油率特性有重大影响。所以，喷油器对柴油机的性能起着决定性作用。
由于各种柴油机的气缸盖结构、燃烧室结构、燃烧方式差别较大，喷油器也就有多中结构形式，按不同特性可分为如下分类:
按喷油嘴的类型分为开始喷油器和闭式喷油器。
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按喷油器在气缸盖上安装方式分为插入式和螺纹拧入式。
按调压弹簧的布置分为调压弹簧上置式挺杆结构和调压弹簧下置式即低惯性结构两种。
按喷油嘴冷却方式分为非冷却和强制冷却式。
本次选用多孔喷油嘴，常用2~7孔，一般不超过10孔。喷孔直径范围为0.15~1.0mm，但在0.2mm以下加工困难，容易堵塞，很少用。喷孔长径比一般为3~6，当长径比小于5时，喷孔流量系数为0.6~0.7，喷孔进油侧倒角时流量系数可增至0.8~0.9，而孔式喷油嘴除单孔外都不倒角，该系数随长径比增加而减少。 孔式喷油嘴的主要问题之一是喷孔结炭。因此喷油嘴工作温度应尽量低于燃油的裂解温度，一般控制在220?C以下。孔式喷油嘴有标准型和长型之分。而以长型用得较多。其特点是，针阀导向面上移，减少受热面积，且较细的阀杆具有弹性，使针阀不易卡死，座面密封性也较好，为了控制喷油嘴的工作温度，必要时可采用强制冷却。
综上，本次选用长型喷油嘴[16]。
喷油器的功用是根据柴油机燃烧室的容积均匀地分布燃料和雾化燃油，它有闭式和开始两种类型。在闭式喷油器中雾化喷孔与高压油管只是在供油期间相连通着的。
计算喷油器的目的是要确定喷油孔直径。
在四冲程柴油机一个工作过程中（循环供油量）由喷油器喷出的燃料体积：
Vn?geNe?103/?30ni?j? (4-8)
燃料流出的时间（秒）
?t?Δ?/?n?6? (4-9)
式中，??为曲轴转角。
根据柴油机混合气行程的形式确定供油量的延续时间??a在表面幽默蒸发形成混合气时，曲轴转角???15?~25?，而在容积式形成混合气时，需要更高地喷射速度，???10?~20?。
燃料经过喷嘴孔流出的平均速度按下式确定：
ω???2/ρj??P??Pn????12 (4-10)
式中，P?为燃料平均喷射压力，
P''0?PzPn?，
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