柴油機(jī)供給系統(tǒng)課件

柴油機(jī)供給系統(tǒng)

柴油機(jī)使用的燃料是柴油，與汽油相比，柴油粘度大，蒸發(fā)性差，一般來(lái)說(shuō)不可能通過(guò)化油器在氣缸外部與空氣形成均勻的混合氣，故采用高壓噴射的方法。在壓縮行程接近終了時(shí)把柴油噴進(jìn)氣缸，直接在氣缸內(nèi)形成混合氣，并借缸內(nèi)的空氣高溫自行發(fā)火燃燒。由此決定了柴油機(jī)供給系的組成、構(gòu)造及其工作原理。返回結(jié)束柴油機(jī)供給系的組成結(jié)束返回第一節(jié)柴油機(jī)供給系的功用和組成一功用和要求

要求：1.根據(jù)負(fù)荷、轉(zhuǎn)速的不同供給相應(yīng)的燃油量

2.燃料在規(guī)定的時(shí)刻噴入到氣缸內(nèi)（定時(shí)）

3.噴入氣缸（燃燒室）內(nèi)的燃油應(yīng)成露狀

4.保證一定的供油規(guī)律和持續(xù)時(shí)間

5.能自動(dòng)調(diào)節(jié)供油二組成（一）燃油供給裝置：柴油箱、輸油泵、低壓油管、柴油濾清器、噴油泵、高壓油管、噴油器和回油管組成。（二）空氣供給裝置：空氣濾清器、進(jìn)氣管、氣缸蓋內(nèi)的進(jìn)氣道。（三）混合氣形成裝置：燃燒室（四）廢氣排出裝置；氣缸蓋內(nèi)的排氣道、排氣管以及排氣消聲道。結(jié)束返回第二節(jié)噴油器一功用：將燃油霧化成教細(xì)的顆粒，并把它分布到燃燒室中。二要求：噴油器應(yīng)具有一定的噴射壓力和射程，以及合適的噴注椎角。此外，噴油器應(yīng)該在規(guī)定的時(shí)刻迅速地切斷燃油的供給，不發(fā)生滴漏現(xiàn)象。三類(lèi)型：其中，常見(jiàn)的型式有兩種：孔式噴油器和軸針式。（一）孔式噴油器如圖5-5

特色：噴孔數(shù)多，孔徑小主要用于具有直接噴射燃燒室的柴油機(jī)。噴孔數(shù)和噴孔角度的選擇視燃燒室的形狀、大小及空氣渦流情況而定。（二）軸針式噴油器特色：自?xún)羝涔ぷ髟砼c孔式相同。其構(gòu)造特點(diǎn)是針閥下端的密封面以下還延伸出一個(gè)軸針，其形狀可以是倒椎形或圓柱形。結(jié)束返回四噴油器的型號(hào)表示1：噴嘴型式（ZS-軸針式、ZK-孔式、ZCK-長(zhǎng)形孔式）2：軸針式（噴射錐角）、多孔式（噴射夾角）3：系列尺寸，是指針閥體大端的外部直徑

R-16mm、S-17mm、P-22mm、U-30mm、V-42mm、W-50mm4：設(shè)計(jì)編號(hào)：孔數(shù)、孔徑（軸針直徑）對(duì)于節(jié)流式，還需加“Ｊ”。例如：ZCK154S432其意義為：長(zhǎng)形孔式，噴孔夾角154o，S-17mm，4個(gè)孔徑，孔徑0.32mm。2134結(jié)束返回第三節(jié)噴油泵一功用：定時(shí)、定量地向噴油器輸送高壓燃油。多缸柴油機(jī)應(yīng)保證：1.各缸的供油次序應(yīng)符合所要求的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)火次序。2.各缸供油量均勻，不均勻度在標(biāo)定工況下不大于3%~4%。3.各缸供油提前角一致，相差不大于0.5°曲軸轉(zhuǎn)角二分類(lèi)：按噴油泵的作用原理不同可分為三類(lèi)，柱塞式噴油泵、噴油泵—噴油器和轉(zhuǎn)子分配式噴油泵如圖所示

三主要零件分類(lèi)

1.柱塞副偶件——柱塞套、柱塞芯

見(jiàn)圖柱塞套偶件的結(jié)構(gòu)

2.出油閥偶件

見(jiàn)下圖

3.供油時(shí)間的調(diào)整包括供油起始角、噴油提前角（遲后）、供油提前角。結(jié)束返回柱塞套和柱塞型式結(jié)束返回出油閥偶件結(jié)束返回第四節(jié)調(diào)速器一發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性《圖發(fā)動(dòng)機(jī)10-11》二工作指標(biāo)（一）瞬時(shí)調(diào)速率（二）穩(wěn)定調(diào)速率（三）不靈敏度書(shū)258頁(yè)結(jié)束返回三分類(lèi)：

（一）按調(diào)速器的功能分：定速（或稱(chēng)單程）調(diào)速器、兩速（或稱(chēng)兩極）調(diào)速器、全速（或稱(chēng)全程）調(diào)速器（二）按轉(zhuǎn)速傳感原理分：機(jī)械離心式調(diào)速器、氣動(dòng)式調(diào)速器、復(fù)合調(diào)速器。四機(jī)械式離心式調(diào)速器的工作原理（一）單程調(diào)速器工作原理圖4-29

（二）全程調(diào)速器工作原理結(jié)束返回第五節(jié)柴油機(jī)供給系的輔助裝置一柴油濾清器二輸油泵作用：保證柴油在低壓油路內(nèi)循環(huán)，并供應(yīng)足夠數(shù)量及一定壓力的柴油給噴油泵，其輸油量應(yīng)為全負(fù)荷最大噴油量的3~4倍。輸油泵有活塞式、膜片式、齒輪式和葉片式等幾種。活塞式噴油泵的結(jié)構(gòu)如圖5-49結(jié)束返回第六節(jié)新應(yīng)用車(chē)用壓縮天然氣/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供給系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)研究通過(guò)對(duì)壓縮天然氣(CNG)/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供給系統(tǒng)總體方案的研究,以及對(duì)摻燒CNG策略分析研究,提出了一種雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供給系統(tǒng)。1

前言世界石油資源短缺和生態(tài)環(huán)境保護(hù)是人類(lèi)面臨的主要問(wèn)題,這必將對(duì)傳統(tǒng)的石油燃料發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)起挑戰(zhàn),天然氣、液化石油氣由于其低排放的環(huán)保功效,低燃料費(fèi)用和合理的資源配置,近年來(lái)在國(guó)際上日益受到重視,世界各國(guó)都在致力于氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)。氣體燃料主要是天然氣,是繼煤和石油之后的第三大能源,我國(guó)天然氣資源比較發(fā)達(dá),經(jīng)過(guò)資源評(píng)價(jià),其總資源量可達(dá)38×104億m3,其中陸地上有29.9×104億m3,主要分布在四川、陜北、青海、新疆。海上有8.1×104億m3,主要在東海、南海和渤海。2000年我國(guó)天然氣產(chǎn)量將達(dá)到300億m3,輸氣管道將達(dá)到1萬(wàn)km。預(yù)計(jì)2010年產(chǎn)量將達(dá)到1000億m3,這些為我國(guó)大量發(fā)展天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)提供了資源條件,對(duì)改善西部的能源結(jié)構(gòu)有深遠(yuǎn)意義。在我國(guó),城市大氣污染物的60%來(lái)自車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣排放,特別是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)束返回

中所含顆粒物較高,通常情況下為汽油機(jī)的50倍以上,所以很多城市大氣中懸浮顆粒物超標(biāo),與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)的尾氣排放有密切關(guān)系,其中可吸入顆粒物對(duì)人體有致癌作用,危害較大,細(xì)顆粒是導(dǎo)致心血管和呼吸疾病的主要原因。所以使用低排放發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于改善空氣質(zhì)量,特別是解決大中型城市的空氣污染問(wèn)題有其實(shí)際意義。天然氣是以甲烷為主占(90%以上)其分子量小,H/C值高達(dá)4左右,并且有較高的辛烷值、熱值高、抗爆性能好、著火溫度高的特點(diǎn)。由于壓縮天然氣(CNG)在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)與空氣混合時(shí)同為氣態(tài),與柴油相比混合氣更均勻,燃燒也更完全。因此天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)與使用普通燃料(如汽油或柴油)的發(fā)動(dòng)機(jī)相比可明顯降低有害物,特別是顆粒排放物的含量,另外可以完全消除鉛、苯和芳香烴等嚴(yán)重危害物。天然氣作為“綠色燃料”是大有可為的?？梢?jiàn),改變城市車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料結(jié)構(gòu),充分利用中國(guó),特別是西部地區(qū)豐富的天然氣資源,開(kāi)發(fā)適合中國(guó)道路和交通環(huán)境的車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)是一項(xiàng)十分緊迫而有重大意義的課題。結(jié)束返回2CNG柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案構(gòu)想

近來(lái)我國(guó)天然氣車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展迅速,特別是在CNG/汽油發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)方面投入了巨大的力量,并具備了較為成熟的技術(shù),僅四川省,這種采用火花塞點(diǎn)燃天然氣的發(fā)動(dòng)機(jī)約裝車(chē)5000輛。但是對(duì)于壓燃式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)使用天然氣,目前尚處于研究階段,根據(jù)我國(guó)的使用情況,有大量的在用柴油發(fā)動(dòng)機(jī),和大批生產(chǎn)的車(chē)用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)不可能退出和放棄不斷迅速發(fā)展的天然氣市場(chǎng),所以開(kāi)發(fā)適用于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)和用戶(hù)需求的CNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)便成為當(dāng)務(wù)之急。2.1

CNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案要求總的原則是:(1)

柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)基本不變,CNG裝置選配。

(2)

動(dòng)力性與柴油機(jī)基本相當(dāng)。

(3)

排氣煙度明顯好于柴油機(jī)。

(4)

轉(zhuǎn)換操作性好。

(5)

裝車(chē)可駕駛性強(qiáng),不改變司機(jī)的駕駛習(xí)慣。

(6)

制造成本低,配套適應(yīng)性強(qiáng)。

(7)

可用于在用車(chē)輛改造。

(8)可用100%柴油運(yùn)轉(zhuǎn)。結(jié)束返回2.2

CNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案策略(1)

天然氣采用進(jìn)氣管預(yù)混合如果將CNG直接噴入氣缸,需要對(duì)原柴油機(jī)結(jié)構(gòu)作較大改造,機(jī)構(gòu)復(fù)雜,費(fèi)用高。因此采用CNG從進(jìn)氣管進(jìn)入與空氣預(yù)混合的方式摻燒CNG比較符合對(duì)現(xiàn)有柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的改造。

(2)

柴油引燃由于天然氣燃點(diǎn)很高,不能在現(xiàn)有柴油機(jī)的壓縮比下壓燃,而柴油機(jī)沒(méi)有汽油機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng),若加裝點(diǎn)火裝置,則對(duì)原機(jī)的改動(dòng)更加復(fù)雜,燃燒室形狀、壓縮比、燃料供給系統(tǒng)都要改,實(shí)際上運(yùn)動(dòng)件、固立件都要改變,往往是不現(xiàn)實(shí)的。而柴油引燃,充分考慮了柴油機(jī)的特點(diǎn),壓縮比高,充分利用CNG良好的抗爆性能,獲得滿(mǎn)意的動(dòng)力性能。柴油引燃,點(diǎn)火能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于火花點(diǎn)火時(shí)的能量,從而保證著火穩(wěn)定,避免失火,且甲烷相對(duì)較慢的火焰?zhèn)鞑ニ俣?可以降低未燃甲烷的排放量,提高動(dòng)力性。另外壓燃使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠恢復(fù)柴油狀態(tài),這在加氣站分布不均勻的情況下,是必然的選擇。結(jié)束返回(3)

采用以型板為特征的機(jī)械控制式雙燃料供給系統(tǒng)

目前對(duì)于雙燃料的供給系統(tǒng),就燃料系統(tǒng)的控制方式而言,可以選擇電子控制或者機(jī)械控制。電子控制在柴油機(jī)領(lǐng)域已經(jīng)得到很大的發(fā)展,但是難以適合機(jī)械控制的傳統(tǒng)柴油機(jī),而且昂貴的電控系統(tǒng)勢(shì)必增加改裝成本。還有一種簡(jiǎn)單電控加上機(jī)械控制方式

[1],這種方式以少量柴油作為引燃油,雙燃料運(yùn)行時(shí),柴油量固定不變,只控制CNG供給量。這種方式難以在整個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi)優(yōu)化CNG/柴油比例。此外這種系統(tǒng)的成本仍然較高。簡(jiǎn)單的機(jī)械控制方案

[2],采用杠桿聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)將CNG供給量與油門(mén)相聯(lián)接。這種方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)控制CNG/柴油比例,因而不能應(yīng)用于實(shí)際改裝。綜合以上分析討論,確定總體方案策略為:以合適的機(jī)械控制方式的雙燃料供給系統(tǒng)改裝非電控柴油機(jī)。以合適柴油替代率、有效地降低煙度為目標(biāo),綜合考慮實(shí)際使用效果,使得CNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)具有低成本,滿(mǎn)足綜合的技術(shù)指標(biāo),并且具有良好的操作使用性能。為此,提出一種以型板為特征的機(jī)械控制式雙燃料供給系統(tǒng)。結(jié)束返回3

CNG/柴油雙燃料供給系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)3.1

雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)由在柴油機(jī)上增加CNG供給系統(tǒng)組裝而成。雙燃料供給系統(tǒng)包括柴油供給系統(tǒng)和CNG供給系統(tǒng)。雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的柴油供給方式與原柴油機(jī)完全相同。如圖1所示,CNG由氣瓶經(jīng)過(guò)手動(dòng)截止閥流至減壓器。在減壓器中,CNG的壓力由20MPa降至-0.1～1.2kPa。發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)水經(jīng)過(guò)減壓器,提供熱量以免減壓節(jié)流時(shí)產(chǎn)生的低溫冷凍現(xiàn)象。由減壓器出來(lái)的CNG氣體,經(jīng)過(guò)由型板控制的CNG調(diào)節(jié)閥,進(jìn)入安裝在進(jìn)氣總管上的文丘里混合器,CNG隨同空氣預(yù)混合后進(jìn)入氣缸,由噴入缸內(nèi)的柴油引燃。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí),利用安裝在進(jìn)氣管上文丘里混合器喉口處的真空度變化,CNG的供給量隨轉(zhuǎn)速變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)。發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷變化時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)帶動(dòng)機(jī)械相聯(lián)的型板,型板按照預(yù)先設(shè)定的型板曲線(xiàn)作為控制規(guī)律,改變CNG調(diào)節(jié)閥的流通截面,從而控制通過(guò)CNG調(diào)節(jié)閥的CNG供給量。圖1

CNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)示意圖1-充氣閥;2-手動(dòng)截止閥;3-鋼瓶組;4-減壓器;5-調(diào)節(jié)器;6-控制型板;7-油泵;

8-混合器;9-排氣消聲器結(jié)束返回3.2

系統(tǒng)特點(diǎn)

(1)

型板是雙燃料供給系統(tǒng)的技術(shù)思想核心。型板使得機(jī)械方式能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)先設(shè)定的柔性控制,將柴油機(jī)油門(mén)與拉桿之間的線(xiàn)性變化關(guān)系,轉(zhuǎn)換成為按照型板控制規(guī)律設(shè)定的非線(xiàn)性關(guān)系。從而能夠根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的各種工況,優(yōu)化CNG/柴油雙燃料供給比例。(2)

由型板控制的CNG調(diào)節(jié)閥,其流通截面的變化規(guī)律與型板的控制規(guī)律曲線(xiàn)相匹配,控制更為精確,能夠達(dá)到更佳的雙燃料使用效果。(3)

型板控制方案從結(jié)構(gòu)上保證了雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)良好的過(guò)渡工況性能和操縱使用性能,各種工況圓滑自然過(guò)渡,圓滿(mǎn)解決了CNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、怠速、起步、工況突變等問(wèn)題。(4)

結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單,便于改裝,成本低、操作使用與柴油機(jī)幾乎完全相同。結(jié)束返回4

優(yōu)化CNG/柴油摻燒比例

型板的型線(xiàn)規(guī)律是由各個(gè)負(fù)荷工況下CNG/柴油的摻燒比例所確定的。柴油機(jī)摻燒CNG后,要求在全部的工況范圍內(nèi)滿(mǎn)足排放、動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和操作性能。因此,優(yōu)化CNG/柴油摻燒比例是工作量非常龐大的試驗(yàn)研究過(guò)程。研究重點(diǎn)是柴油機(jī)摻燒CNG的高負(fù)荷特性和低負(fù)荷特性4.1

CGN/柴油摻燒比例的優(yōu)化策略根據(jù)試驗(yàn)研究,確定如下CNG/柴油摻燒比例的優(yōu)化策略。

(1)

怠速工況時(shí)完全燃用柴油?？梢员苊獾∷俨环€(wěn)定和“死火”現(xiàn)象?？煞乐箵綗鼵NG引起噴油器損壞。不會(huì)出現(xiàn)公共汽車(chē)停站時(shí)排放未燃CNG而產(chǎn)生的異味,同時(shí)還方便柴油狀態(tài)與雙燃料狀態(tài)之間的切換。

(2)

從低負(fù)荷到中間負(fù)荷工況逐步增加CNG摻燒比例,并且滿(mǎn)足圓滑過(guò)度。

(3)

全負(fù)荷工況在保證可靠性前提下,保持適當(dāng)?shù)腃NG摻燒比例。全負(fù)荷工況摻燒CNG可以充分體現(xiàn)CNG低排放的特點(diǎn),炭煙排放可明顯下降,經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性均有改善。

(4)

CNG摻燒比例約在50%。高負(fù)荷工況時(shí),摻燒CNG后經(jīng)濟(jì)性改善,這是由于預(yù)混合的氣體燃料混合充分,空氣利用率較高,改善了燃燒,此時(shí)可適當(dāng)增大CNG摻燒量。低負(fù)荷工況時(shí),摻燒CNG后經(jīng)濟(jì)性沒(méi)有改善,這是由于低負(fù)荷時(shí)摻燒CNG燃燒緩慢所致,此時(shí)可適當(dāng)控制CNG的摻燒量。結(jié)束返回5

結(jié)論及展望(1

以文丘里管及型板控制為特征的CNG/柴油雙燃料供給系統(tǒng),是非電控雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的有效技術(shù)方案。能夠根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況變化,在整個(gè)工況范圍內(nèi)優(yōu)化CNG/柴油供給量比例,滿(mǎn)足排放、經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、可靠性和操縱性等諸多方面的要求。(2)

該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠,成本低,容易安裝,可以有效降低安裝成本和使用維護(hù)成本。具有良好的實(shí)際操作性能和良好的過(guò)渡工況性能,特別對(duì)于城市公交汽車(chē)而言,很好地解決了起動(dòng)、怠速、起步和工況突變等問(wèn)題。此外,不改變司機(jī)人員的操作習(xí)慣。(3)

所采用的CNG摻燒比例策略,能夠充分發(fā)揮CNG燃料的優(yōu)點(diǎn)。能夠同時(shí)滿(mǎn)足城市公共汽車(chē)對(duì)排放、經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和