0030-柴油機(jī)噴油器的設(shè)計(jì)

0030-柴油機(jī)噴油器的設(shè)計(jì),柴油機(jī),噴油器,設(shè)計(jì) 1 燃油系統(tǒng)的組成和要求 1.1 燃油供給系統(tǒng)的分類 燃油供給系統(tǒng)在柴油機(jī)發(fā)展的過程中經(jīng)歷了長期演變，出現(xiàn)了各種不同的類型。現(xiàn)代柴油機(jī)主要采用機(jī)械噴射系統(tǒng)，其中以噴油泵與噴油器用高壓油管連接，泵油柱塞定行程、溢流孔調(diào)節(jié)或節(jié)流調(diào)節(jié)的泵控式燃油供給系統(tǒng)廣泛應(yīng)用。此外，也采用了噴油泵與噴油嘴制造為一體的泵噴嘴系統(tǒng)。近年來出現(xiàn)了某些新型的供油系統(tǒng)，如高壓燃油共軌噴射系統(tǒng)。 1.2 燃油供給系統(tǒng)的基本性能指標(biāo) 燃油供給系統(tǒng)的基本性能指標(biāo)是： 1 每缸每工作循環(huán)的噴油量、供油系數(shù)、供油量及其變化范圍；2 各缸噴油量的不均勻度；3 噴油延續(xù)時間、最佳供油提前角、噴油提前角；4噴油延續(xù)時間；5 燃油噴霧特性；6 噴油規(guī)律；7 噴油穩(wěn)定性；8 供油特性；9 速度特性；10 使用壽命。 1.3 燃油供給系統(tǒng)地組成。 柴油機(jī)燃油供給系統(tǒng)的組成一般由燃油箱、低壓輸油泵、濾清器、高壓噴油泵、噴油器以及中間連接的低壓油管和高壓油管等重要部件組成（圖1-1） 圖1-1 燃油系統(tǒng)的組成 1-油箱 2-分配開關(guān) 3-加溫裝置 4-手動輸油泵 5-粗濾清器 6-低壓輸油泵 7-精濾清器 8-噴油泵 9-噴油器 10-放氣裝置 11-噴油井 12-溢流管 13-低壓油管 14高壓油管 1.4 燃油供給系統(tǒng)的基本功用及要求。 燃油供給系統(tǒng)應(yīng)該按照柴油機(jī)的工作需要，將適量的燃油、在適當(dāng)?shù)臅r候以適當(dāng)?shù)目臻g狀態(tài)噴入燃燒室，造成混合氣形成與燃燒最有利的條件，以實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)在功率、扭矩、轉(zhuǎn)速、油耗、噪聲、排污以及啟動和怠速等方面的要求。 燃油供給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)力求做到： （1） 正確計(jì)量供油，并保持各個氣缸油量均勻和各循環(huán)油量穩(wěn)定。 （2） 保證合適的噴射正時。 （3） 噴霧特性與燃燒室配合良好，油束的霧化、分散、分布和貫穿適度。 （4） 噴油規(guī)律同混合氣形成與燃燒過程配合良好，取得合適的燃燒速率、壓力增長率和最高爆發(fā)力。 （5） 供油設(shè)備工作可靠、使用壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、零件工藝性好、維修保養(yǎng)容易。 2 閉式柴油機(jī)噴油器的結(jié)構(gòu)和工作原理 2.1 噴油器的結(jié)構(gòu)分類 由于各種柴油機(jī)的氣缸蓋結(jié)構(gòu)、燃 燒室的形狀和燃燒方式差別較大，噴油器也有多種結(jié)構(gòu)形式，按不同特征可作如下分類： 按噴油嘴的類型分：開式噴油器和閉式噴油器。 按噴油器在氣缸蓋上的安裝方式分：插入式----按壓緊方式又有法蘭式和壓板式兩種；螺紋擰入式----又分用螺旋套擰緊和噴油嘴外的螺紋擰緊兩種。 按調(diào)壓彈簧的布置分：調(diào)壓彈簧上置式即長挺桿結(jié)構(gòu)和調(diào)壓彈簧下置低慣性結(jié)構(gòu)兩種。按噴油嘴冷卻方式分：非冷卻式和強(qiáng)制冷卻式。 柴油機(jī)工作時，燃燒室內(nèi)的燃油和進(jìn)入燃燒室內(nèi)的空氣，在燃燒室的內(nèi)部形成可燃性混合氣體，在氣缸內(nèi)靠活塞的上行壓縮而點(diǎn)燃、膨脹做功，這種發(fā)動機(jī)稱為壓燃式發(fā)動機(jī)。壓燃式發(fā)動機(jī)以供給柴油為主。這種柴油機(jī)按一定的噴油規(guī)律噴油的部分較噴油器，或者叫霧化器。也有采用噴油器噴油，用火花 塞點(diǎn)燃的發(fā)動機(jī)，如柴油轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)。 2.2 閉式噴油器的結(jié)構(gòu) 在閉式噴油器中，噴油嘴的高壓油腔與燃燒室之間由針閥隔開；針閥在調(diào)壓彈簧的預(yù)緊力作用下壓在針閥體的座面上。針閥與針閥體的接觸部分又經(jīng)過精確配合的密封帶，因此在針閥開啟之前與關(guān)閉之后，不會有漏油現(xiàn)象發(fā)生。只有當(dāng)供油壓力大于調(diào)壓彈簧預(yù)緊力時， 針閥開啟，方開始噴油。這樣就能保證燃油的霧化質(zhì)量。實(shí)質(zhì)上噴油嘴就相當(dāng)于一個液力自動控制閥，（如圖2-1） 針閥由彈簧壓緊在閥座上，燃油壓力只與作用于針閥的一端。當(dāng)油壓達(dá)到開啟壓力時，彈簧力被克服，針閥升起。 圖2-1 噴油器的構(gòu)造 1-噴油器體 2-針閥體 3-噴油器螺母 4-結(jié)合座 5-挺桿 6-調(diào)壓彈簧 7-調(diào)壓螺母 8-定位座 9-緊固螺母 則 （2-1） 壓力室中燃油壓力下降后，針閥又在彈簧力作用下落座使噴油終止。則關(guān)閉壓力 為： （2-2） 式中F-----彈簧預(yù)緊力 閉式噴油嘴針閥的開啟與關(guān)閉由燃油壓力控制，針閥一旦開啟，承壓面積增加，因而使針閥的升速加快。 實(shí)際上由于摩擦和慣性，針閥開啟壓力約為上式中的1.5倍左右，關(guān)閉壓力亦小于上式中的。 閉式噴油嘴可以保證針閥在一定壓力下開啟，霧化質(zhì)量好，針閥關(guān)閉迅速，不易滴漏和燃?xì)獾沽鳌? 孔式噴油嘴有單孔和多孔?？讛?shù)、孔徑、孔長及其布置，壓力室的直徑和長度等應(yīng)根據(jù)發(fā)動機(jī)燃燒室結(jié)構(gòu)和混合氣形成過程的要求決定。 單孔噴油嘴通常用于具有強(qiáng)渦流的燃燒室。多孔式噴油嘴常用于直接噴射式柴油機(jī)，常用2—7孔，一般不超過10孔。噴孔直徑范圍為0.15—1.0mm，但0.2mm以下加工困難，噴孔長徑比一般為3—5，當(dāng)長徑比小于5時，噴孔流量系數(shù)為0.6—0.7，噴孔進(jìn)油側(cè)倒角時流量系數(shù)可增至0.8—0.9。而孔式噴油嘴除了單孔外都不倒角。該系數(shù)隨長徑比增加而減少。 孔式噴油嘴的主要問題之一是噴孔結(jié)碳。因此噴油嘴工作溫度應(yīng)盡量低于燃油的裂解溫度，一般控制在220以下。孔式噴油嘴有標(biāo)準(zhǔn)型和長型之分。長型噴油嘴的導(dǎo)向部分升高而遠(yuǎn)離燃燒室，針閥導(dǎo)向部分的下部是一段非配合細(xì)長桿。桿和針閥體之間可將間隙加大，使燃油在其中流動，就有冷卻作用。因此，可以大大減少針閥卡死的可能性。另外，由于細(xì)長桿有很好的彈性，在微小變形的情況下仍能夠保證針閥的密封性。長型噴油嘴可適應(yīng)熱負(fù)荷較高的柴油機(jī)，但其工藝性較差，座面和中空的同心度不容易保證。短型噴油嘴的針閥，只有導(dǎo)向作用而沒有接近燃燒室的細(xì)長桿。由于導(dǎo)向部分直接靠近燃燒室，因此，他的工作條件不如長型噴油嘴。多數(shù)短型噴油嘴針閥在其導(dǎo)向部分帶兩道儲油槽以減少漏油量和加強(qiáng)潤滑。但實(shí)踐證明，這種結(jié)構(gòu)也帶來一種缺點(diǎn)，因?yàn)閮傻纼τ筒圻吘壍哪ハ髅毯茈y清除，這會造成工作時拉傷導(dǎo)向面，甚至卡住針閥。另外，擠入槽內(nèi)的研磨膏不易清理。事實(shí)上針閥的潤滑即使沒有儲油槽也是充分的。因?yàn)閲娪妥煜虏康娜加驮诟邏合乱徊糠謬姵?，還有相當(dāng)數(shù)量的燃油從針閥于針閥體間擠到上部，然后才經(jīng)噴油器的泄油孔或回油孔溢出，因此，針閥于針閥體的配合徑面經(jīng)常浸在燃油中。 2.3 噴油器的功用 柴油機(jī)燃油供給系統(tǒng)，必須通過噴油器這個部件，將供給系統(tǒng)的燃料，噴到燃燒室內(nèi)。 一個在柴油機(jī)上能夠正常工作的噴油器，必須應(yīng)該滿足下列幾個最基本的條件： 2.3.1 噴霧作用 噴油器應(yīng)當(dāng)保證所噴出的燃料有細(xì)小而均勻的霧粒，并且能將這些霧粒準(zhǔn)確地，均勻分布到燃燒室內(nèi)，以形成優(yōu)良的混和氣。 2.3.2 定時作用 噴油的開始與結(jié)束，都必須有準(zhǔn)確的時間。因此，噴油器針閥開啟和關(guān)閉，都應(yīng)當(dāng)非常準(zhǔn)確、迅速，并且不允許有燃油的滴漏現(xiàn)象發(fā)生。 2.3.3 壓力控制 噴油器應(yīng)當(dāng)在一定的壓力控制下開始噴油。當(dāng)噴射終了時，壓力的下降應(yīng)保持在一定的范圍內(nèi)，不允許過大。如果壓力過大，則噴油器在超過規(guī)定的低壓下供油，會造成混和物的形成過程惡化，燃燒不良，影響柴油機(jī)的性能。噴油器噴射完畢壓力下降過大的原因，主要是噴油器本身設(shè)計(jì)所決定的。諸如：各油孔、室的比例選擇；調(diào)壓彈簧的剛性；針閥的行程；噴油器的制造、裝配都有直接關(guān)系。另外，還和外界因素有關(guān)。實(shí)驗(yàn)證明，如果高壓油管過長，噴油泵內(nèi)出油閥的減壓帶過大，也會引起噴油器壓力下降過大。 2.3.4 計(jì)量作用 向燃燒室供給的油量，除要由噴油泵供給和控制外，噴油器也可以起到計(jì)量和控制作用。對于多缸柴油機(jī)來說，保證各缸供油量的均勻性和準(zhǔn)確性是十分重要的。如V12150L型柴油機(jī)在選擇標(biāo)準(zhǔn)噴油器時，當(dāng)噴油泵轉(zhuǎn)速在n=850r/min,柱塞在1000個行程時，各噴油器的供油量相差不能超過2g。另外，不允許有兩次噴射現(xiàn)象產(chǎn)生。 3 噴油器與燃燒室的匹配 隨著柴油機(jī)研究過程的不斷進(jìn)展，對噴油器以及整個燃油噴射系統(tǒng)提出了越來越嚴(yán)格的要求。如不同的燃燒系統(tǒng)，要求匹配不同的噴油器。因此，噴油器與所采用的燃燒系統(tǒng)應(yīng)有很好的匹配。借以達(dá)到改善柴油機(jī)性能的目的。 柴油機(jī)所采用的燃燒室是多種多樣的。按其工作原理可以分為：噴射式和分開式兩大類。直接噴射式又包括開式和半分開式兩種燃燒室；分開式包括渦流式與燃燒室兩種燃燒室。 由于具有直接噴射式燃燒室的柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性好，啟動也較容易等特點(diǎn)，因此，越來越廣地應(yīng)用在運(yùn)輸車輛、工程機(jī)械以及固定式柴油機(jī)上。 3.1 開式燃燒室與噴油器的匹配 柴油機(jī)燃燒室口徑與缸徑D之比，的稱為開式燃燒室。（圖3-1） 圖3-1 開式燃燒室 開式燃燒室，多用于缸徑較大的柴油機(jī)（D>150mm），采用弱渦流或無渦流。根據(jù)這些特點(diǎn)，對噴油器提出了如下的要求： 1 由于弱渦流或無渦流，油束的偏轉(zhuǎn)很?。灰虼?，噴油器要求多個噴孔。實(shí)驗(yàn)證明，一般采用6—10孔，孔徑在0.2mm左右較為適宜。孔徑太小容易堵塞。特別當(dāng)采用重型柴油機(jī)時，噴孔直徑應(yīng)當(dāng)適當(dāng)加大。 2 由于弱渦流或無渦流，整個燃燒系統(tǒng)對穿透過渡及霧化不良的敏感性增加。這要求通過加大燃燒室的口徑和提高噴射壓力來提高霧化的細(xì)微度。若要求油粒達(dá)到10—15的細(xì)微度，噴射壓力要求達(dá)到200—400kg/cm. 3 噴油器的安裝位置，應(yīng)該在氣缸蓋上，居于燃燒室的中心較好。噴射角度多孔的噴油器設(shè)計(jì)在140—160。 這種直接噴射式燃燒室，一般油耗在200—280的范圍內(nèi)。它比分開式油耗降低將近5—15%。 3.2 半分開式燃燒室與噴油器的匹配。 燃燒室口徑與缸徑D之比，/D=0.35—0.65的燃燒室，稱為半分開式燃燒室。目前經(jīng)常采用的有淺“”型、深“”型、平底型及球形等（圖3-2）。 圖3-2 半分開式燃燒室 =2左右為深“”型。深“”一般用于小缸徑的柴油機(jī)燃燒室。深度加 圖3-2 燃燒室的類型 大可以縮短噴孔與燃燒室壁的距離，增加燃料沖擊壁面的比例。但如果太深，會造成活塞的長度增加和引起活塞的過熱。 “”型燃燒室的應(yīng)用比較廣泛。一般用于缸徑D小于150毫米的中小型柴油機(jī)上，通常有不等程度的進(jìn)氣渦流?！啊毙腿紵液蛧娪推鞯钠ヅ淝闆r與其它類型的燃燒室和噴油器的匹配情況有很多共同之處?，F(xiàn)將噴油器的安裝、位置、及其噴孔參數(shù)的選擇敘述如下： 3.2.1 噴油嘴的凸出高度 噴油嘴凸出高度，指噴孔中心到氣缸蓋燃燒室底平面的距離（圖3-3）。為測方 便起見，通常測量其從噴油嘴頂部到氣缸蓋燃燒室底部的距離。此時應(yīng)注意減少一節(jié)從針閥體噴孔中心到其頂點(diǎn)的一個高度。噴油嘴凸出的高度應(yīng)當(dāng)合適，高度太小，油線容易噴射到缸蓋的底面，因缸蓋溫度低，會造成燃油溫度過低而影響混合；凸出的高度過大，則噴油嘴很容易產(chǎn)生過熱現(xiàn)象。此值應(yīng)該通過多次實(shí)驗(yàn)確定，一般為2—4mm?！啊毙腿紵覍@個數(shù)值的要求應(yīng)該更加嚴(yán)格。英國雷卡多公司推薦3mm的最佳位置。 圖3-3 噴油嘴安裝位置 3.2.2 噴油器相對于氣缸中心線的偏移 從有利于油氣進(jìn)行混合的觀點(diǎn)出發(fā)，要求噴油器中心線最好能與氣缸的中心線重合，使各油束到燃燒室壁的距離相等。但對于兩個氣門結(jié)構(gòu)的氣缸蓋，這樣的布置有困難，經(jīng)常采用的辦法是把噴油器向一側(cè)偏移。一般柴油機(jī)設(shè)計(jì)時將噴油器相對氣缸中心線的偏移量定為5—10D%。若小于5D%時，對柴油機(jī)的性能不會發(fā)生什么影響；而超過10D%則從結(jié)構(gòu)上是不允許的。 由于氣門的偏移量有限，在氣缸蓋的總體布置時，噴油器必須向氣門偏移的另一側(cè)偏移才行，偏移量為如圖（圖3-4） 圖3-4 w型燃燒室活塞偏置 噴油器的偏移量最大允許為10D%。過大則會與氣道的布置發(fā)生干涉，而過小，由于和氣門的距離太近，容易使缸蓋產(chǎn)生熱裂現(xiàn)象。這是必須引起設(shè)計(jì)方面注意的。就是在氣門布置上有條件可以使噴油器不偏移時，為了防止缸蓋的熱裂現(xiàn)象發(fā)生，以偏移量為3—5D%為佳。 由于噴油嘴偏離柴油機(jī)氣缸中心線，從而導(dǎo)致“”型以及平底型燃燒室在活塞頂上也要偏離一個的距離，以保證燃燒室內(nèi)噴霧的均勻性?！啊毙腿紵一钊萌鐖D（圖3-4）。 由于燃燒室的偏置，導(dǎo)致活塞的結(jié)構(gòu)不對稱，當(dāng)柴油機(jī)在工作狀況時活塞熱量分布不均勻，變形不一致，給柴油機(jī)的使用造成了一些麻煩。由于活塞結(jié)構(gòu)的布對稱，壁的厚薄不均勻，也給活塞采取冷卻措施造成了一些困難。則活塞結(jié)構(gòu)的不對稱，也給工藝方面帶來了復(fù)雜性。因此，在總體設(shè)計(jì)時，燃燒室對氣缸中心的偏移量不應(yīng)大于5D%。經(jīng)驗(yàn)證明小于5D%時，對柴油機(jī)的性能影響不大。 3.2.3噴油器的安裝斜角 為了有利安裝和拆卸，在氣缸蓋上安裝噴油器時，一般傾斜一個角度（圖3-3）。這個角度一般設(shè)計(jì)在20—25的范圍內(nèi)。太小時，有的柴油機(jī)安裝噴油器很困難，而過大導(dǎo)致噴油器的噴油錐角加大，噴孔加工困難（圖3-5）。 圖3-5 噴孔錐角 常用的噴孔錐角為140--150。這樣，一般不會使噴孔發(fā)生“背鉆”。設(shè)計(jì)成“背 鉆”會給鉆頭沿針閥體的后端往前鉆，如圖3-5所示右側(cè)的一個噴孔與水平面成偏高2的角，即出現(xiàn)2“背鉆”現(xiàn)象。因此，最大斜角設(shè)計(jì)為30—50。 3.2.4 噴孔的位置 按著上述布置兩個氣門時的缸蓋結(jié)構(gòu)要求，噴油器相對于氣缸中心線有一定的偏移。而燃燒室為了適應(yīng)噴油器的偏移，進(jìn)行相應(yīng)的偏移后，噴油器仍然不在燃燒室的中心。為了減少各個噴孔到燃燒室壁距離的不等程度以及不使距燃燒室壁近的油束噴到燃燒室壁上，噴孔必須沿閥體的圓周方向作不均勻的分布（圖3-6）。最常用的4孔噴油器，距離燃燒室壁近的兩個噴孔之間的夾角>90，但是不能。否則燃燒室將有一邊不能實(shí)現(xiàn)油、氣的良好混合。而離燃燒室壁較遠(yuǎn)的，油束較長的兩個噴孔之間的夾角應(yīng)<90。 圖3-6 噴孔的不對稱分布 3.2.5 噴孔參數(shù)的選配 由于進(jìn)氣渦流的存在，一般采用較少的噴孔（3—5孔，4孔最常用）；較大的孔徑（0.3mm以上）；噴孔夾角為140—150。 噴孔的參數(shù)應(yīng)該與燃燒室形狀及其渦流強(qiáng)度相適應(yīng)。噴孔數(shù)量與渦流強(qiáng)度的具體關(guān)系是：在噴射期間（以曲軸轉(zhuǎn)角表示），渦流強(qiáng)度應(yīng)使空氣旋轉(zhuǎn)一個相鄰油束間的夾角。設(shè)為噴孔數(shù)，則渦流的回轉(zhuǎn)速度與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速之比等于之比。由此看出，渦流的強(qiáng)度越高，噴孔數(shù)可以減少。在采用強(qiáng)渦流、少噴孔的噴油器及“” 型燃燒室時，特別是對車輛用的柴油機(jī)，要注意到高低速的適應(yīng)性問題，即低速容易造成油束穿透過度而油束偏轉(zhuǎn)不足，高速時則油束穿透不足而偏轉(zhuǎn)較大：如照顧高速性能，則低速性較差。為改善這情況，國內(nèi)外均作了大量的工作，并設(shè)計(jì)了許多新的燃燒系統(tǒng)?！啊毙腿紵乙话阋钥臻g混合為主，但近來也有加大油膜混合比例而去得較好效果的。例如對一臺四沖程的柴油機(jī)采用“”型燃燒室，缸徑135mm, 沖程150mm，四氣門，雙螺旋進(jìn)氣道，額定轉(zhuǎn)速為2200r/min，由于渦流強(qiáng)度比例較弱，采用的噴油嘴進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，性能較差，特別是低速性能差。這顯然是由于渦流強(qiáng)度低，油束偏轉(zhuǎn)以以及燃油穿透過渡等因素造成的。由于進(jìn)氣道的修改有困難，希望尋求一種新的燃燒方式，以適應(yīng)給定的渦流狀況。因此設(shè)計(jì)了一種“F”燃燒室。 圖3-7中是一般較深的“”型燃燒室。F燃燒室其開口與深度之比為4:6；他的基本設(shè)計(jì)思想是減少空間混合，使穿透過渡的燃油撞擊反彈并且沿壁面吹起。但是燃燒機(jī)理還在探討中。因此，噴油器采用較多的噴孔為宜。后來改用噴油嘴的同一個噴油器進(jìn)行匹配；在同一單缸機(jī)上對兩種燃燒室和其匹配的噴油器分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；結(jié)果證明優(yōu)于。 圖3-7 兩種燃燒室的對比 3.3 低慣量多孔式噴油器的優(yōu)點(diǎn) 此次設(shè)計(jì)改進(jìn)的噴油器為低慣量多孔式噴油器，其特點(diǎn)是調(diào)壓彈簧靠近噴油嘴，挺桿等運(yùn)動部件質(zhì)量和慣性小，減輕針閥對針閥座面的撞擊和挺桿的跳躍使針閥運(yùn)動對油壓變化反應(yīng)靈敏，特別是噴射終了針閥的關(guān)閉性能可以得到很大的改善。對防止針閥座面穴蝕；避免燃?xì)獾沽髟斐捎妥炷z結(jié)、卡死，以及由于針閥反應(yīng)不靈敏可能造成的后期噴射等不良現(xiàn)象都有了明顯的提高。 在低慣量噴油器中調(diào)壓彈簧的工作條件和負(fù)荷情況也可以得到改善。因?yàn)閺椈煽梢郧秩氩裼椭?，運(yùn)動件質(zhì)量小，針閥運(yùn)動速度和挺桿的超越升程在彈簧中引起的附加應(yīng)力小等特點(diǎn)。 3.4 噴油器設(shè)計(jì)的其他問題 3.4.1 燃油流道 為了減少燃油流動阻力和損失，要求燃油流道截面積從高壓油管端到噴孔處逐漸縮小。由于加工需要，中間部分流道往往比要求的要大。 有時采用定位銷將噴油器體上的油孔和噴油嘴油孔對準(zhǔn)以減少噴油嘴端面環(huán)行槽截面積或者取消環(huán)行槽。如圖3-8虛線所示： 圖3-8 噴油嘴的通油孔可以采用1—3個，但以兩孔為多。 噴油嘴座面流通截面積通常是噴孔總截面積的1.5—2.5倍，當(dāng)座面流通面積小于噴孔總面積的1.5倍時油流將在座面處產(chǎn)生較大的流動阻力。座面流通截面積過大，使針閥升程增加帶來不利的后果。 噴油器縫隙式濾清器的徑向間隙一般為0.025—0.04mm，其總流通截面積與噴孔總截面積之比為8—12。 壓力室橫截面積為噴孔總面積的4--8倍，即： 式中： ——壓力室直徑 ——噴孔直徑 ——孔數(shù) 3.4.2 燃油倒流 燃油倒流系數(shù)指針閥落座過程中氣缸熾熱燃?xì)獾沽魅雵娪妥烨?。它可使油嘴腔?nèi)的燃油分解碳化，導(dǎo)致座面密封性破壞、針閥變形卡死，不能繼續(xù)工作。 為防止燃?xì)獾沽骺梢圆捎梅N種措施，例如：減小噴油器挺桿等運(yùn)動質(zhì)量，提高針閥運(yùn)動對燃油壓力變化的反應(yīng)速度; 減小針閥升程，縮短針閥落座時間。采用緩沖式出油閥，合理設(shè)計(jì)柱塞偶件的卸油通道，使針閥落座末期油壓下降率減緩；在座面沖擊力允許范圍內(nèi)適當(dāng)加大針閥承壓面積比，使針閥關(guān)閉壓力高于最高燃?xì)獗l(fā)力。隨著氣缸內(nèi)最高燃?xì)鈮毫Φ脑龈?，承壓面積比有增大的趨勢。 3.4.3 噴油嘴熱負(fù)荷 噴油嘴的可靠性和耐久性只有在一定的溫度范圍內(nèi)才能得到保障。溫度過高會使座面硬度下降而產(chǎn)生下陷，密封性破壞、膠結(jié)、積碳，噴孔堵塞，針閥卡滯以及柴油機(jī)油耗上升，冒煙、功率下降等；如果溫度過低，則燃燒時產(chǎn)生的三氧化二硫會腐蝕油嘴。 噴油嘴最高溫度的限制還與燃油的種類有關(guān)。有的燃油在左右開始分解。 噴油嘴溫度與柴油機(jī)的強(qiáng)化程度、燃燒室的類型以及在氣缸蓋上的安裝位置和安裝間隙有關(guān)，通常安裝間隙為0.3mm—0.4mm。當(dāng)噴油器在氣缸蓋上偏心安裝時局部間隙可能增加到0.8mm或者更大，使噴油嘴溫度大大增加，并造成油嘴圓周上的溫度分布不均勻，引起熱變性不均勻。間隙小時，包含在間隙中的燃?xì)鉄崛萘啃?，影響也小? 減小噴油嘴熱負(fù)荷的有效措施是減小安裝間隙，并保證與安裝孔同心；減小油嘴與燃?xì)庹娼佑|的面積以及它在燃燒室內(nèi)伸出的長度。 在某些發(fā)動機(jī)上采用鋼屏來保護(hù)噴油嘴的，屏罩嵌入氣缸蓋上，保證正常的安裝間隙。這種方法可以使噴油嘴降低20—40 。 噴油嘴安裝在氣缸上可以采用緊帽的端面密封，也可以采用墊片密封，一般采用紫銅墊片，同時可以減輕油嘴受熱。 風(fēng)冷發(fā)動機(jī)的熱負(fù)荷更高，可以借助進(jìn)氣道的空氣冷卻或者采用風(fēng)扇冷卻噴油器體，或者用鋼套圍住噴油嘴的伸出部分，以減少輻射。 4. 多孔式噴油嘴噴孔參數(shù)的選擇和噴油器體設(shè)計(jì) 此次改進(jìn)設(shè)計(jì)的噴油器配云南昆明內(nèi)燃機(jī)動力有限公司所設(shè)計(jì)的4—90105型中冷渦輪增壓型柴油機(jī)，此款柴油機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)如表4-1： 表4-1柴油機(jī)技術(shù)參數(shù)表 形式 直立、直列、水冷、四沖程、中冷 缸數(shù)—缸徑行程 4—90105 氣缸套形式 濕式 燃燒室形式 直噴w型燃燒室 活塞總排量（L） 2.672 吸氣方式 渦輪增壓 最低空載穩(wěn)定轉(zhuǎn)速（r/min） 750 壓縮比 17：1 標(biāo)定功率/轉(zhuǎn)速（Kw/r/min） 48/3200 最低燃油消耗率（g/kwh） 217 最大扭矩/轉(zhuǎn)速（N/m/r/min 206N/m/2000—2200r/min 冷卻方式 強(qiáng)制循環(huán)水冷 排放 歐II（見附表） 多孔式噴油嘴的噴孔參數(shù)，主要是指孔數(shù)、孔徑與夾角；可以簡寫為（孔數(shù)孔徑夾角）。這些參數(shù)主要取決于燃燒室的形式，燃燒時內(nèi)的空氣流動情況及其噴油量等。 4.1 噴孔總截面積 噴孔的總截面積與噴油器的噴油量，噴射延續(xù)時間和噴射壓力是相互聯(lián)系的，設(shè)計(jì)時必須全面考慮。從熟知的托里西里(Torricelli)定律可以推導(dǎo)出這些關(guān)系的基本液壓公式： （4-1） 即： 式中： ——額定循環(huán)供油量（） ——噴孔系數(shù)（一般取=0.65—0.75） C——噴孔處燃料的平均流速（一般C=200—300） ——噴射延續(xù)時間（） ——噴油泵凸輪軸轉(zhuǎn)角計(jì)的噴射延續(xù)角（） ——噴油泵凸輪軸的額定轉(zhuǎn)速（） 設(shè)計(jì)計(jì)算： 額定循環(huán)供油量 = 噴孔流速系數(shù)取0.7 C——噴孔燃料平均流速C=250 ——噴射延續(xù)時間 由圖4-1得： 圖4-1 針閥升程 == 代入式(4-1)得： = 4.2 噴孔直徑與孔數(shù) 噴孔總截面積確定后，根據(jù)燃燒室與進(jìn)氣渦流情況及其同類柴油機(jī)確定孔數(shù)和噴射角度，并計(jì)算出噴孔直徑 (4-2) 設(shè)計(jì)噴油嘴噴孔數(shù) 代入式(4-2) 得： 4.3 多孔噴油嘴的最小流通截面 多孔式噴油嘴的最小截面，指噴孔以前油路中的最小流通截面。即當(dāng)針閥下落密封座之前，在座面處（圖4-1）。由尺寸H控制的一個環(huán)形臺體的環(huán)面積。為了減少噴射終了壓力的下降，最小流通截面至少應(yīng)為噴孔總截面積的兩倍。根據(jù)噴油嘴的幾何尺寸及針閥和針閥座的錐度差，當(dāng)不考慮針閥和針閥體的錐角差異時， 圖4-2 多孔噴油嘴的最小流通截面 即：，最小流通截面可 采用下列簡化公式： (4-3) 式中： ——針閥升程 = ——針閥座面錐角 = ——針閥體座面嘴角 ——針閥體壓力室直徑 ——針閥密封帶直徑 代入式(4-3) 得： = 4.4 座面應(yīng)力 座面應(yīng)力是噴射終了針閥落座時撞擊針閥體座面而產(chǎn)生的應(yīng)力。它對座面磨損影響很大。影響座面應(yīng)力大小的因素很多：如針閥最大升程時的彈簧作用力；針閥座面下油壓的下降速度；針閥的摩擦阻力；燃油黏度；座面錐角差異以及針閥的剛度等。而在設(shè)計(jì)的時侯這些因素不可能全部考慮進(jìn)去，計(jì)算結(jié)果也代表不了應(yīng)力的絕對值，只是一個相對的評價方法。 座面應(yīng)力為： 式中： F——撞擊作用力 F= (4-4) 式中：F——使針閥落座的彈簧作用力 ——針閥最大升程(mm), 參考圖4-3，取=。 圖4-3 針閥升程最佳值 E——彈性模數(shù)，對鋼E= ——針閥開啟壓力（Pa） = ——針閥配合外圓直徑（mm） =4mm ——針閥密封處直徑（mm） ——座面密封帶到調(diào)壓彈簧下座面距離（mm） 由表4-2得： =46.7mm ——座面密封帶到針閥體大外圓肩部的距離(mm) 由表4-3得： =30mm ——長度內(nèi)的平均截面(mm) 表4-2 S 1 7.25 3.625 1 13.14 2 2.15 1.075 2.5 2.89 3 4.00 2 12 48 4 3.69 1.845 0.5 1.7 5 3.38 1.69 2 5.71 6 3.25 1.625 26 68.66 7 2.76 1.363 1.3 2.413 8 1.50 0.75 1 0.618 9 0.80 0.4 0.4 0.064 總和 143.195 ==9.99 mm ——長度內(nèi)的平均橫截面（mm） 表4-3 S 1 9.15 3.8 20.93 3.16 8 138.56 2 7.1 3.8 12.6 3.61 22 197.78 ==35.2 mm A——座面乘壓面的投影面積 A= 式中：——針閥體壓力室直徑（mm）=1mm 針閥座面應(yīng)力的計(jì)算： F——使針閥落座的彈簧作用力 = 代入式(4-4) 得：F——撞擊作用力 F= = = A——座面乘壓面的投影面積 A= = =2.36mm =2.36 座面應(yīng)力= 材料得許用應(yīng)力為835，因此材料選取是合格的。 4.5 針閥關(guān)閉時間的計(jì)算 針閥關(guān)閉時間，即針閥從最高位置到落座所需要的時間?？s短針閥關(guān)閉時間，可以縮短噴油延續(xù)時間并減少燃?xì)飧Z入噴油嘴內(nèi)部的可能性。 從公式： 及 可以導(dǎo)出： (4-5) 式中：——噴油器運(yùn)動零件的質(zhì)量（kg） 經(jīng)計(jì)算，挺桿和針閥的總質(zhì)量為. ——針閥的最大升程（mm）= F——作用在針閥上的力（） (4-6) 式中：——針閥開啟壓力針閥受壓面積； = ——彈簧剛度升程； = =43.2 ——燃燒壓力針閥受壓面積； = = =5.929 代入式(4-6)得： =188.5+5.93+43.2 =237.6 代入式(4-6)得： 針閥關(guān)閉時間： = =1.27 在柴油機(jī)轉(zhuǎn)速時，曲軸的轉(zhuǎn)角為： =2.44 4.6 噴油器調(diào)壓彈簧的計(jì)算 調(diào)壓彈簧是噴油器的重要零件之一，它直接控制噴射壓力及噴油霧化情況，從而影響著柴油機(jī)的燃燒過程與燃油消耗量。 調(diào)壓彈簧的工作特點(diǎn)是在很小壓縮位移下，具有相當(dāng)高的負(fù)荷與頻率，當(dāng)針閥上升時，載荷的工作時間只是千分之幾秒，相當(dāng)于的曲軸轉(zhuǎn)角。彈簧的壓縮位移等于針閥升程，在0.3—1.1mm的范圍。 噴油器工作的可靠性，很大程度上決定于調(diào)壓彈簧的工作性能，它的工作條件繁重、作用重大，故必須予以特別重視。因此，除按一般彈簧設(shè)計(jì)方法計(jì)算外，還應(yīng)特別注意應(yīng)力校核、材料選擇以及工藝方法的制定等。 通常針閥直徑采用6mm時，建議彈簧直徑選取2mm—3.5mm，彈簧剛度。 4.6.1 應(yīng)力校核 (4-7) 式中：——彈簧中徑（mm） =5.45mm ——曲度系數(shù) = (4-8) 其中：——彈簧繞旋比 C= 代入式(4-8) ——彈簧鋼絲直徑（mm）；=2mm ——彈簧負(fù)載（N） 當(dāng)針閥未上升時，彈簧僅承受預(yù)緊力為： 式中： ——針閥開啟壓力（Pa） ——針閥承受面積 其中： ——針閥配合外圓直徑（） ——針閥密封處直徑（） 因此： 當(dāng)針閥上升時，彈簧所承受的動負(fù)荷為： 式中：——針閥的最大運(yùn)動速度 ——針閥運(yùn)動的平均速度 針閥升起之前調(diào)壓彈簧應(yīng)力： 針閥上升后的應(yīng)力： 針閥上升后的最大動應(yīng)力： 經(jīng)計(jì)算：靜應(yīng)力與動應(yīng)力之比：，在允許范圍0.3----0.8內(nèi)。 4.6.2 材料的選擇與熱處理 對于高速柴油機(jī)，一般采用高強(qiáng)度的50CrVA鋼絲來制造調(diào)壓彈簧，它不僅有較高的強(qiáng)度，而且也有良好的韌性，在硬度較高的條件下對缺口敏感性較低，用這種材料或者類似這種材料制造的調(diào)壓彈簧，一般要經(jīng)過淬火、回火處理。為了提高疲勞強(qiáng)度還要進(jìn)行噴丸處理。 §4.7漏油量的計(jì)算 針閥和針閥體間微量滲漏是必要的，以便潤滑并防止擦傷咬死。但滲漏應(yīng)最小，以免過大降低噴射壓力，造成霧化不良。滲漏的因素除針閥和針閥體的間隙過大外，還與密封長度、直徑、噴射壓力、燃油的粘度、和密度有關(guān)。 滲漏的經(jīng)驗(yàn)公式為： (4-9) 式中：——針閥與針閥體徑向間隙 ——針閥與針閥體配合直徑 ——噴射壓力 ——粘度 ——比重 ——密封長度 此次所涉及的噴油器參數(shù)如下： =8.3 代入式(4-9) 得：每個噴油器理論漏油量為： 每個噴油器實(shí)際漏油量應(yīng)為： 附表 歐Ⅱ型式認(rèn)證和生產(chǎn)一致性排放限值 車輛類別 基準(zhǔn)質(zhì)量（RM）kg 限值g/km CO HC＋NOx PM 汽油機(jī) 柴油機(jī) 汽油機(jī) 非直噴柴油機(jī) 直噴柴油機(jī) 非直噴柴油機(jī) 直噴柴油機(jī) 第一類車 _ 全部 2.2 1.0 0.5 0.7 0.9 0.08 0.10 第二類車 1級 RM≤1250 2.2 1.0 0.5 0.7 0.9 0.08 0.10 2級 1250＜RM≤1700 4.0 1.25 0.6 1.0 1.3 0.12 0.14 3級 1700＜RM 5.0 1.5 0.7 1.2 1.6 0.17 0.20 結(jié) 論 本次P型噴油器的設(shè)計(jì)，P型噴油器的結(jié)構(gòu)，其主要分為以下二個部分： 一， 噴油器體。 噴油器體是整個噴油器的基礎(chǔ)零件.它的作用是噴油器固定在柴油機(jī)燃燒室所需的正確位置,作為燃料通向噴油嘴的通道,以及儲存其他零件. 二， 針閥偶件。 噴油器中最重要的部件是噴油嘴,噴油嘴的作用是將噴油泵輸送來的高壓油定時、定量地以霧化狀態(tài)噴入燃燒室與空氣均勻混合，已達(dá)到完全燃燒的目的。 最后，通過本次的設(shè)計(jì)工作，使我明白了機(jī)械設(shè)計(jì)或產(chǎn)品開發(fā)不能簡單照搬，也不是墨守成規(guī)閉門造車，我們要有開闊的視野和發(fā)散性的思維，要有膽大心細(xì)的思維方式，可以根據(jù)實(shí)際情況的差異做出不同的，具有設(shè)計(jì)性的設(shè)計(jì)和創(chuàng)造。這次設(shè)計(jì)結(jié)合了課堂中所學(xué)的諸多課程，如機(jī)械設(shè)計(jì)、互換性與公差測量技術(shù)、材料工程以及金屬工藝等學(xué)科。 但是，在設(shè)計(jì)的過程中，我們也借用了一些別人已經(jīng)存在的科技成果，同時我們也加入了一部分我們自己的勞動成果，也許我們自己的勞動成果不是十分的完美，或許這也不科學(xué)，更不合理，但是畢竟是我們的第一次嘗試，對于我們來說這是十分重要的，難能可貴的一次經(jīng)歷和學(xué)習(xí)！總之，在這次的柴油機(jī)P型噴油器的設(shè)計(jì)過程中，不僅使我學(xué)到了知識，同時也使我的思維和視野有所開闊，使我受益菲淺。 謝 辭 時光飛逝，四年的大學(xué)學(xué)習(xí)生涯就要結(jié)束了，在這短暫而漫長的四年里，使我更進(jìn)一步的熟悉和掌握了如何去學(xué)習(xí)、生活，和工作。同時，也是校園讓我們學(xué)會了學(xué)習(xí)，學(xué)會了思考，學(xué)會了做人，雖其短暫，但是在這四年里所學(xué)的知識必將可以使我受用終生。 在這大學(xué)生涯即將結(jié)束的最后半年的畢業(yè)實(shí)習(xí)與畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，不僅是對我們每一個人的一次全面的考查，同時也是對我們所學(xué)習(xí)和掌握知識的一次實(shí)際而綜合運(yùn)用，這不僅僅是只是一次知識的檢驗(yàn)，更是對我們認(rèn)識問題、分析問題、解決問題的綜合能力的鍛煉與培養(yǎng)。同時對于我們來說，這也是一次難能可貴的在校學(xué)習(xí)的經(jīng)歷，一次知識和經(jīng)驗(yàn)的積累的機(jī)會。 為此，我更應(yīng)該感謝給予我這個機(jī)會的人，是他們給予了我這次學(xué)習(xí)的機(jī)會，同時也是他們給予我了關(guān)懷與支持，正是在他們的關(guān)心、支持與幫助下，我的大學(xué)學(xué)習(xí)，生活，以及這次畢業(yè)設(shè)計(jì)才能完滿結(jié)束，為我大學(xué)生涯畫上一個完美的句號。 在這里，我首先要感謝母校，是母校為我提供了這個平臺，給予我了夢寐已久的學(xué)習(xí)和生活的機(jī)會，從而是我的人生更加精彩。 其次，要感謝的是我的指導(dǎo)老師，在這幾個月的畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的日子里，對我們的耐心的關(guān)懷與輔導(dǎo)。在這四年的大學(xué)生涯中，以前學(xué)的專業(yè)知識，對于我們來說象一盤散沙，雜亂無章沒有系統(tǒng)性。但是在熊老師的悉心輔導(dǎo)下，使我們對自己的知識進(jìn)行了整理、組織和裝配，使我的知識結(jié)構(gòu)更加明朗化、體系化了。與此同時，還要感謝校圖書館、CAD制圖室，以及與之相關(guān)的所有老師們，他們在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中給予了我莫大的支持和幫助。 同時，我還要感謝同組的成員，以及關(guān)心和支持我的所有的同學(xué)，在我們共同學(xué)習(xí)、和生活的日子里，大家共同努力，克服困難，不斷提出和完善新的設(shè)計(jì)思路和方法，使我們的學(xué)習(xí)、生活和本次畢業(yè)設(shè)計(jì)工作得以順利而完滿的結(jié)束；生活上互相幫助，彼此間留下了最珍貴而溫馨的友誼。是你們讓我擁有了一段美好的大學(xué)生活。 最后，我要感謝所有的教過我的老師和輔導(dǎo)員，感謝您們的辛勤培育和無微不至的關(guān)懷，是你們的高尚品德和人格魅力影響了并改變了我。在以后的學(xué)習(xí)、生活、工作中，我將牢記您們的諄諄教誨，不斷學(xué)習(xí)，不斷進(jìn)步。在此,衷心地祝福和感謝你們!!! 參考文獻(xiàn) [1] 高書堂、高國強(qiáng).柴油機(jī)燃油系統(tǒng)和匹配.北京：北京理工大學(xué)出版社，2005，4 [2] 徐家龍. 柴油機(jī)電控噴油技術(shù).北京：人民交通出版社，2004，6 [3] 陳紅均. 船舶柴油機(jī).武漢：武漢河運(yùn)?？茖W(xué)校，1987，12 [4] 柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊編輯委員會. 柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊（中冊）.北京：中國農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社，1984，12 [5] 王世英. 8NVD48A-2U柴油機(jī)操作管理保養(yǎng)說明書.長江航運(yùn)管理局， 1982。 [6] 孫銀城. 噴油器. 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