摘 要

燃油喷射系统同其他系统共同组成了柴油机，作为一种重要组成结构，喷射系统直接对整台发动机的功能影响、经济性提高以及排放得降低都起到不可或缺的作用。通过利用喷油器，燃油被直接喷入气缸内或是气道内为进行下一冲程燃烧做准备，而燃油喷射的压力、喷射的状态、喷射器的形状都对之后柴油机的燃烧有着不同程度的影响，柴油机拥有合适的喷射状态往往能提高整台机器的运转性能，并且能节约燃油的消耗，起到环保优化的作用。由此可见，柴油机喷射性能的研究和分级无疑对柴油机的开发和利用具有重要的意义和价值。

本论文主要针对不同类型喷射器对燃油雾化程度的影响展开研究，通过比较市面上现有柴油机喷射器的参数和使用效果，得出喷油器形状与喷射压力之间的相关关系，并对此作出解释和研究。

关键词：柴油机，喷射器，柴油雾化

Analysis and Research on the ejection performance of diesel engine

Abstract

The fuel injection system is an important component of the diesel engine. As an important structure, the injection system plays an indispensable role in the function of the engine, the improvement of the economy and the reduction of the emission. By using the injector, the fuel is directly injected into the cylinder or in the airways to prepare for the next stroke combustion, and the pressure, the state of the injection, the shape of the ejector have varying degrees of influence on the combustion of the diesel engine, and the diesel engine has the right injection status to improve the whole machine. Operation performance, and can save fuel consumption, play a role in environmental protection optimization. It can be seen that the research and classification of diesel engine performance is of great significance and value to the development and utilization of diesel engines.

This paper mainly focuses on the influence of different types of ejectors on the degree of fuel atomization. By comparing the parameters of the existing diesel ejectors and the use effect on the market, the relationship between the shape of the injector and the injection pressure is obtained, and the explanation and research are made.

Key Words：Diesel engine, ejector, diesel atomization

目录

Abstract ii

第一章 引 言 5

1.1 研究背景 5

1.2 相关研究现状 5

1.3 课题主要工作 6

1.4 论文组织结构 7

第二章 相 关 理 论 7

2.1 柴油机燃油喷射系统 7

2.1.1 机械式直列柱塞泵 8

2.1.2 泵喷嘴 9

2.1.3 高压共轨 9

2.2 柴油机喷油器 10

2.3 柴油喷油规律 11

2.3.1 喷油泵凸轮廓线 12

2.3.2 柱塞直径 12

2.3.3 出油阀直径 12

2.3.4 喷油嘴结构 12

2.3.5 喷孔直径 13

2.3.6 高压油管长度与内径 13

2.3.7 转速 13

2.3.8 负荷 13

2.3.9 喷射背压 13

2.3.10 出油阀的减压容积与高压系统中燃油的压缩容积匹配 13

2.3.11 出油阀弹簧刚度 13

2.3.12 针阀升程 14

2.3.13 柱塞有效行程 14

2.3.14 出油阀减压容积 14

第三章 对柴油机燃油喷射系统及其相关部件的优化 14

3.1 压力和针阀升程曲线的优化 14

3.1.1 压力和针阀升程曲线的优化 错误!未定义书签。

3.2 燃油喷射系统的优化 15

3.3 喷油规律控制 16

3.4 喷油嘴偶件的结构优化 18

第四章 实验与分析 20

4.1 燃油流道 20

4.2 优化喷射系统参数 21

4.2.1 优化供油凸轮型线形状 21

4.2.2 优化喷孔直径即数量 22

第五章 总结与展望 22

5.1 论文总结 22

5.2 进一步研究工作 23

第一章 引 言

1.1 研究背景

1892年，德国工程师鲁道夫·迪塞尔首次发明了运用柴油为燃料的发动机，从那以后柴油机便在各种动力设备界掀起了不同程度的波澜。通常情况下，柴油比汽油更廉价更容易获得，并且燃料粘度也大于汽油，较相同情况下柴油更不易挥发，自燃温度也要低于汽油的燃点。这为柴油机采用压力点火式点火提供了有力的支持，也造就了柴油发动机气缸盖的布局空间更加精简，供油系统相对简单的优点。除此之外，就柴油的燃烧环境和燃烧效应来分析，柴油机的热效率也高于汽油机。当柴油机一经问世，其扭矩大、耗油量低、燃料质量差等优点，都显示了发动机的辉煌发展前景。但是由于柴油发动机采用压燃式的点火方式，汽缸盖上去除了火花塞这一部件，使用的燃料为低质量的柴油，柴油机的工作环境和工作压力都将得到巨大的考验，对于机械的相关组成部件都要求具有较高的结构强度和刚度，所以这都导致了柴油发动机的重和大两个特点。并且由于劣质燃油需要通过高压经由喷射器注入气缸内，喷油器自身的结构和形状直接影响着柴油进入燃烧室的状态，以及之后的整个燃烧状态。高粘度的残渣型燃料经加热后仍具有180—500CST，对此就对柴油机燃油喷油器的构造做出了相对标准较高的要求；同时，由于喷油器的针阀头部直接处在燃烧中，难免会产生积碳。所以对喷油器而言，要求能够提高喷射性能的同时，还要考虑到工件工作时的恶劣环境，对其的研究是及其必要的。

1.2 相关研究现状

随着人类社会的不断进步和人们对柴油机性能的不断挖掘和研究，柴油机排放物中的有害物质含量越来越高。对于柴油机的优化技术的要求也愈发严格，降低柴油机排放标准的手段也越来越着眼于开发和研究新的柴油机燃油喷射系统上。柴油机的喷油压力不断在提高，从原来的50MPa逐渐增长到如今的200 MPa，复杂多变的燃烧环境将不可避免地要求燃料喷射系统具有多个喷射和可控的喷射规律。为此，注射系统本身的有效运行尤为重要。为了追求更深层次的增强燃油喷射系统的性能和效率，如今已经开发出来的电控喷射阀技术、可变喷嘴面积喷油技术、新型致动器技术、高压共轨技术等技术都在不断加深对柴油机更优机械效率的挖掘。燃油喷射过程中的可控性的研究方向，是为了能在在柔性喷射控制中找到燃料排放和燃料经济性的最佳组合。目前，对柴油机的限制要求更多的是将排放限制在考虑值之中，并要求燃油耗、产生的噪音和成本的减少。

如图所示 ，目前所采用的解决方法是运用ECU技术，通过中央控制单元，来控制柴油从油泵到共轨管或其他储存压力燃油的地方到喷油器，并使柴油在离开喷嘴后雾化，由此增大与空气的接触面积，形成可燃烧的燃油气，这个过程通过程序按照一定的压力和时间顺序自动进行，由此以达到精确和定点喷油的效果，这种设计取代了传统的喷油泵共有方式，使柴油机燃耗更低，燃油利用率更高，排放更环保。其中这种改进的基本要求是为了使用ECU技术来提高最大喷射压力或提高校准速度。而可控多点燃油喷射系统的发展得益于最大喷射压力的增加、多喷射技术的研发和主喷射规律的控制技术的发展。此为，人们还在不断研究燃油喷射系统的喷射精度的提升，诸如执行器采用新的电磁铁和压电晶体技术、喷油嘴的可变喷射面积设计、ECU对尾气排放的后处理控制策略等等；而在日益增长的尾气排放标准要求下，人们对机油和柴油的混合问题也提出了探讨，除了单方面的柴油燃烧不良所产生的污染，还有机油中含有的硫化物也会影响之后的碳烟排放和氧化催化器的正常工作。

1.3 课题主要工作

基于对柴油机燃油喷射系统的研究，本文着重探讨柴油机喷油器对燃油燃烧效应的影响，因此，燃油流道以及柴油喷油器的结构将会是研究的重点。

具体研究工作如下：

(1) 燃油喷射系统中影响柴油机燃烧性能的因素有哪些；

(2) 喷油泵、喷射器运用在柴油机的现状及其工作原理；

(3) 对柴油喷射装置的结构的研究；

(4) 对供油单元以及喷油器的实验对柴油机喷射性能的影响及优化。

1.4 论文组织结构

第一章 引言：阐述本论文的研究背景，以及目前相关的研究现状，明确课题研究的主要工作，梳理此论文的组成及结构。

第二章 相关理论技术：介绍本论文所涉及的相关知识。

第三章 柴油机燃油喷射系统及其相关部件优化：利用国内外相关数据，对柴油机喷射器、燃油喷射系统、喷油控制规律进行相关研究和分析，从中得出优化策略和策略，然后大量的比较可能的解决方案。

第四章 实验分析：燃油流道，供油凸轮以及喷油孔参数对燃油喷射的优化；

第五章 总结：对本论文的研究内容进行工作总结，针对论文的不足提出进一步研究目标，并提出柴油机燃油喷射系统的未来发展方向。

第二章 相 关 理 论

2.1 柴油机燃油喷射系统

燃油喷射系统是一种燃料供给装置，其中一定量的燃料通过预先设定好的压力，经过一定的定时单元，按照喷油规律将燃油经由喷油器直接注射到发动机的气缸内或者进气道内的燃油供给装置中。柴油机燃油喷射系统根据不同的判断方式由不同的分类名称，诸如柴油喷射系统、汽油喷射系统、气体燃料喷射系统等根据喷射的燃料种类来分的；还有通过控制方式来细分的，诸如电子控制式、机械控制式、机电混合控制式。

自1897年第一台柴油机问世之后，柴油机的燃烧系统由此出现了很大的变化。燃料供给系统在此之前是机械式泵-管-喷嘴型结构的位置式控制喷射系统，随着科技的发展，人们对机械设计的研究，柴油机燃油喷射系统逐渐变为采用泵管喷嘴式或者泵喷嘴组合型的新型控制方法，可以同时或逐一对时间和压力进行控制。燃油的注射压力也提高了很多，燃油最高喷射压力由原本的二十到二十四兆帕快速飞升到如今的两百兆帕以上。上面提到的泵管嘴系统和泵喷嘴系统以及共轨式系统这两种喷射系统都是根据喷油控制的结构特点来分的。

2.1.1 机械式直列柱塞泵

根据燃油喷射系统的结构，燃料喷射泵可以分成三大类，分别是柱塞式喷油泵、喷油泵喷射器和转子分配器式喷油泵。在此之中，柱塞式喷油泵是最早开始运用到柴油机上的，并且应用范围最为广泛，这种结构特点是具有较高的可靠性；喷油泵—喷油器是把喷油泵和喷油器做成一个整体部件，这一部件直接安装在汽缸盖上，通过机构直接去掉了高压油管，以此消除了采用高压油管所带来的不利之处。与此同时，这种另加驱动机构的做法还带来了一种新优势，因为转子分配式喷油泵只有一对柱塞，每当转子运转时燃油将会自动的进行增压和分配，这种结构具有质量小、占用空间小、制作成本较低、机器运行便捷等特点。

喷油泵的启动与关闭是通过发动机曲轴齿轮带动供油凸轮的转动，按凸轮的型线给予喷油泵一定的喷油规律来完成的。因此供油的开始时间，持续时间都是由凸轮的弧度决定，当活塞快到压缩冲程上止点时，供油凸轮随凸轴传动而运动，继而顶开柱塞，燃油释放随压力开始流过喷油嘴进入到燃烧室中；当柴油机继续运行至下个冲程时，活塞下行，供油凸轮继续旋转，柱塞复位，供油停止。

喷油泵中有一对关键零件，即柱塞套筒耦件，这一对配件要求加工十分精密，并且个体之间能相互耦合。柱塞上有一条倾斜槽，套筒上有与之对应的小孔称为吸入口，这个吸入口时刻充满着燃油，如果柱塞套筒的两个吸入口正好重合时，套筒吸入口内的燃油便会进入到柱塞套内，如果凸轮轴继续旋转，柱塞继续上移，柱塞的倾斜槽便会与套筒的吸入口失去同步位置，吸入口此时被封死，这时燃油既不能吸入也不能被压出，当柱塞继续上升时，柱塞内的油压会上升，随着燃油压力的增长超过一定设定值时，单向阀就会被顶开，燃油进入喷油嘴中，再从喷油嘴进入气缸燃烧室。

2.1.2 泵喷嘴

电控泵喷嘴喷射系统的结构是将柱塞套筒偶件和喷油器偶件组合安装在一起，整合成一个个壳体内，这种结构统称为柴油机燃料喷射系统泵喷嘴。由此一来结构中就没有来高压油管长度。泵喷嘴被直接安装在缸盖上，柴油机上的各个缸都有安装有一个，因为高压油管的省去，高压油管中由于压力波和燃油压缩所造成的不良影响也随着种结构的出现而克服，燃油在柴油机喷油系统管道乃至容积室内的高压容积大大减少，因此柴油机安装了泵喷嘴系统可以产生高的喷射压力以供使用。和带喷嘴的分配式喷射系统一样，泵喷嘴同时具有以下特点。
    1）可以产生必须的燃油喷射压力。
    2）喷油量随时间和进程正确的控制。
    与此同时，泵喷嘴还具有着其他分配系统所不具备的优点，如果发动机的每个气缸都安装一个泵喷嘴，这将意味着整个柴油机燃油喷射系统不再需要长高压管或分配式射流泵结构，由此节省了许多机械空间。另外，去掉高压油管还有效的降低了高压系统的死容积，这对系统的高压化非常有利。与以往传统的柱塞式喷油泵不同，泵喷嘴采用了电控电磁阀作为控制燃油喷射的机构，通过电子信号，电磁阀有效迅速的将喷油泵和低压系统开启或关闭，电磁阀的使用使整个操作过程更加精确和高效，对燃油的使用情况也更加准确。

2.1.3 高压共轨

高压共轨系统同时由高压油泵、高压油轨、电控喷油器、高压油管等几个结构组成，其中高压油泵作为一种动力单元为整个系统中的燃油提供压力，使其成为高压油并移至高压油轨中储存起来。电控喷油器则根据电子控制单元所发出的电子控制信号指示电磁阀的控制器，从而实现喷油阀的开与关，经过这一流程，高压油轨中的柴油便会依据之前设置好的程序，自动的选取最佳的喷油时间、喷油量和喷油率注射到柴油发动机的燃烧室中进行燃烧。不同于以往之前的柴油机燃油喷射系统，高压共轨系统独特的将喷射压力的产生过程和燃油喷射过程独立为两个部分，接收电控信号的电磁阀喷油器替换了原始的机械式喷油器，储存燃油内的压力则源于一个径向柱塞式高压泵，因此压力大小完全与柴油机的转速分开了，而且两者之间的参数可在一定范围内自由设定。高压共轨中的燃油压力通过一个电磁压力调节阀控制，在发动机的不同工作情况下，调节阀可进行连续的压力控制。电控单元作为整个高压共轨系统的核心，其作用是用于为电磁阀提供脉冲信号，让其能以预订的方式来控制整个燃油喷射过程。高压油轨内的油压和电控电磁阀开启的时间长短共同影响着燃油释放到燃烧室内的量；除此之外，喷油量还受透过喷油嘴液体流动的特性共同影响。随着喷射压力的产生和喷射过程的分开，燃油喷射状态的可控性也随之得到了极大的提升。喷油器上的电磁阀通过电子信号的控制可以在极短的时间内设定好柴油发动机机的喷射时间、喷油量的大小和喷射的速度。另外，喷油电磁阀还可以自由调节燃油在预喷射过程和后喷射过程中燃油喷射量的大小，以及与主喷射的间隔时间，以此适应在不同工况下的运转工作。高压油泵上的压力调节电磁阀用以调节共轨腔内的油压，由此适应发动机负荷变化不同状况下的经济性和排放性的要求，整个柴油机的低速性能得到了改善和提升。值得一提的是高压油轨腔内的燃油一直处于一种高压状态，而这种高压油是可以直接用于喷射的，喷油器内的增压装置也因此而取消，柴油发动机机又节约出来了一部分机械空间；共轨腔内的燃油持续处于高压状态，这就导致驱动高压油泵的驱动力矩将要远小于传统的油泵。

2.2 柴油机喷油器

柴油机喷油器是一种加工精度很高的精密装置，柴油机喷油器在工作时需要大的动态流量范围、较强的封闭和防污染阻力以及良好的雾化性能。其作用是将燃料雾化并送至燃烧室和空气形成可燃气体，柴油雾化程度与燃烧程度密切相关，因此喷射器的加工技术水平、结构的设计和材料的选择直接影响空气和柴油的混合程度，进而影响整机的运行。由于雾化性能差，开放式喷油器使用的很少，而封闭式喷油器越来越多地应用于各种柴油机上。在封闭的喷射器中，高压油室和喷嘴外的燃烧室通过针阀分开。由于调压弹簧的预紧力，针阀受力向下压在针阀阀体的阀座表面上。针阀与针阀阀体之间有一个精确的配合，因此针阀打开前后不会发生漏油现象。每当供油压力大于压力调节弹簧的预紧力时，针阀便会打开，燃油开始喷射。这时燃油就会以一定的雾化状态射入燃烧室中。从本质上来说喷油嘴其实就相当于一个液力自动控制阀。

通过弹簧施压于针阀，使其紧靠在阀座上，燃油压力此时只作用在针阀的一端。当喷嘴开启压力达到时，弹簧弹力被克服，针阀升起。

则 （1-1）

其中dn——针阀面积，ds——燃油接触针阀面积

当喷嘴压力室内燃油压力下降，此时油压不足以支持针阀继续抵抗弹簧力作用，针阀回落到阀座上，喷油停止。则此时关闭压力为：

以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。

相关图片展示：