柴油机P型喷油器设计

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目录
中文摘要……………………………………………………………………………1
Abstract ……………………………………………………………………………2
1燃油系统的组成和要求………………………………………………………1
1.1燃油供给系统的分类………………………………………………………1
1.2燃油供给系统的基本性能指标……………………………………………1
1.3燃油供给系统地组成……………………………………………………… 1
1.4燃油供给系统的基本功用及要求……………………………………………1
2闭式柴油机喷油器的结构和工作原理…………………………………………3
2.1喷油器的结构分类…………………………………………………………3
2.2闭式喷油器的结构…………………………………………………………3
2.3喷油器的功用…………………………………………………………………5
2.3.1喷雾作用…………………………………………………………………5
2.3.2定时作用………………………………………………………………5
2.3.3压力控制………………………………………………………………5
2.3.4计量作用…………………………………………………………………5
3喷油器与燃烧室的匹配…………………………………………………………6
3.1开式燃烧室与喷油器的匹配………………………………………………6
3.2半分开式燃烧室与喷油器的匹配…………………………………………7
3.2.1喷油嘴的凸出高度……………………………………………………7
3.2.2喷油器相对于气缸中心线的偏移……………………………………8
3.2.3喷油器的安装斜角…………………………………………………8
3.2.4喷孔的位置……………………………………………………………9
3.2.5喷孔参数的选配…^…………………………………………………10
3.3低惯量多孔式喷油器的优点……………………………………………10
3.4喷油器设计的其他问题…………………………………………………11
3.4.1燃油流道……………………………………………………………11
3.4.2燃油倒流……………………………………………………………12
3.4.3喷油嘴热负荷………………………………………………………12
4.多孔式喷油嘴喷孔参数的选择和喷油器体设计……………………………13
4.1喷孔总截面积…………………………………………………………13
4.2喷孔直径与孔数…………………………………………………………14
4.3多孔喷油嘴的最小流通截面……………………………………………15
4.4座面应力…………………………………………………………………16
4.5针阀关闭时间的计算……………………………………………………18
4.6喷油器调压弹簧的计算…………………………………………………19
4.6.1应力校核……………………………………………………………20
4.6.2材料的选择与热处理………………………………………………21
4.7漏油量的计算……………………………………………………………21
附表………………………………………………………………………………23
结论………………………………………………………………………………24
谢词………………………………………………………………………………25
参考文献…………………………………………………………………………26

随着柴油机性能和结构等各方面的改进，喷油器已经被很多人所重视，在技术方面也取得了显著的进步。但是它仍然是柴油机的一个比较薄弱的环节，容易损坏，并且使用量很大。
本文参考了有关柴油机和燃油供给系统的许多文献以及喷油器生产厂家多年来在实际生产中积累的实践经验，我从喷油器的自身到燃油供给系统进行了相关分析，对喷油器的结构、工作原理和应用进行了详细说明。利用以上理论对对现行使用的喷油器进行可行性的结构改造，最终使所设计的P型喷油器排放达到欧洲排放标准。
关键词：柴油机、喷油器、针阀、针阀体。

燃油系统的组成和要求
1.1燃油供给系统的分类
燃油供给系统在柴油机发展的过程中经历了长期演变，出现了各种不同的类型。现代柴油机主要采用机械喷射系统，其中以喷油泵与喷油器用高压油管连接，泵油柱塞定行程、溢流孔调节或节流调节的泵控式燃油供给系统广泛应用。此外，也采用了喷油泵与喷油嘴制造为一体的泵喷嘴系统。近年来出现了某些新型的供油系统，如高压燃油共轨喷射系统。
1.2燃油供给系统的基本性能指标
燃油供给系统的基本性能指标是：
1每缸每工作循环的喷油量、供油系数、供油量及其变化范围；2各缸喷油量的不均匀度；3喷油延续时间、最佳供油提前角、喷油提前角；4喷油延续时间；5燃油喷雾特性；6喷油规律；7喷油稳定性；8供油特性；9速度特性；10使用寿命。
1.3燃油供给系统地组成。
柴油机燃油供给系统的组成一般由燃油箱、低压输油泵、滤清器、高压喷油泵、喷油器以及中间连接的低压油管和高压油管等重要部件组成。

燃油供给系统的基本功用及要求。
燃油供给系统应该按照柴油机的工作需要，将适量的燃油、在适当的时候以适当的空间状态喷入燃烧室，造成混合气形成与燃烧最有利的条件，以实现柴油机在功率、扭矩、转速、油耗、噪声、排污以及启动和怠速等方面的要求。
燃油供给系统的设计应力求做到：
（1）正确计量供油，并保持各个气缸油量均匀和各循环油量稳定。
（2）保证合适的喷射正时。
（3）喷雾特性与燃烧室配合良好，油束的雾化、分散、分布和贯穿适度。
（4）喷油规律同混合气形成与燃烧过程配合良好，取得合适的燃烧速率、压力增长率和最高爆发力。
（5）供油设备工作可靠、使用寿命长、结构简单、紧凑、零件工艺性好、维修保养容易。

闭式柴油机喷油器的结构和工作原理
2.1喷油器的结构分类
由于各种柴油机的气缸盖结构、燃
烧室的形状和燃烧方式差别较大，喷油器也有多种结构形式，按不同特征可作如下分类：
按喷油嘴的类型分：开式喷油器和闭式喷油器。
按喷油器在气缸盖上的安装方式分：插入式----按压紧方式又有法兰式和压板式两种；螺纹拧入式----又分用螺旋套拧紧和喷油嘴外的螺纹拧紧两种。
按调压弹簧的布置分：调压弹簧上置式即长挺杆结构和调压弹簧下置低惯性结构两种。按喷油嘴冷却方式分：非冷却式和强制冷却式。
柴油机工作时，燃烧室内的燃油和进入燃烧室内的空气，在燃烧室的内部形成可燃性混合气体，在气缸内靠活塞的上行压缩而点燃、膨胀做功，这种发动机称为压燃式发动机。压燃式发动机以供给柴油为主。这种柴油机按一定的喷油规律喷油的部分较喷油器，或者叫雾化器。也有采用喷油器喷油，用火花塞点燃的发动机，如柴油转子发动机。
2.2闭式喷油器的结构
在闭式喷油器中，喷油嘴的高压油腔与燃烧室之间由针阀隔开；针阀在调压弹簧的预紧力作用下压在针阀体的座面上。针阀与针阀体的接触部分又经过精确配合的密封带，因此在针阀开启之前与关闭之后，不会有漏油现象发生。只有当供油压力大于调压弹簧预紧力时，针阀开启，方开始喷油。这样就能保证燃油的雾化质量。实质上喷油嘴就相当于一个液力自动控制阀，（如图2-1）
针阀由弹簧压紧在阀座上，燃油压力只与作用于针阀的一端。当油压达到开启压力时，弹簧力被克服，针阀升起。
图2-1喷油器的构造
1-喷油器体2-针阀体3-喷油器螺母4-结合座
5-挺杆6-调压弹簧7-调压螺母8-定位座9-紧固螺母
则（2-1）
压力室中燃油压力下降后，针阀又在弹簧力作用下落座使喷油终止。则关闭压力
为： （2-2）
式中F-----弹簧预紧力
闭式喷油嘴针阀的开启与关闭由燃油压力控制，针阀一旦开启，承压面积增加，因而使针阀的升速加快。
实际上由于摩擦和惯性，针阀开启压力约为上式中的1.5倍左右，关闭压力亦小于上式中的。
闭式喷油嘴可以保证针阀在一定压力下开启，雾化质量好，针阀关闭迅速，不易滴漏和燃气倒流。
孔式喷油嘴有单孔和多孔。孔数、孔径、孔长及其布置，压力室的直径和长度等应根据发动机燃烧室结构和混合气形成过程的要求决定。
单孔喷油嘴通常用于具有强涡流的燃烧室。多孔式喷油嘴常用于直接喷射式柴油机，常用27孔，一般不超过10孔。喷孔直径范围为0.151.0mm，但0.2mm以下加工困难，喷孔长径比一般为35，当长径比小于5时，喷孔流量系数为0.60.7，喷孔进油侧倒角时流量系数可增至0.80.9。而孔式喷油嘴除了单孔外都不倒角。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碳。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以下。孔式喷油嘴有标准型和长型之分。长型喷油嘴的导向部分升高而远离燃烧室，针阀导向部分的下部是一段非配合细长杆。杆和针阀体之间可将间隙加大，使燃油在其中流动，就有冷却作用。因此，可以大大减少针阀卡死的可能性。另外，由于细长杆有很好的弹性，在微小变形的情况下仍能够保证针阀的密封性。长型喷油嘴可适应热负荷较高的柴油机，但其工艺性较差，座面和中空的同心度不容易保证。短型喷油嘴的针阀，只有导向作用而没有接近燃烧室的细长杆。由于导向部分直接靠近燃烧室，因此，他的工作条件不如长型喷油嘴。多数短型喷油嘴针阀在其导向部分带两道储油槽以减少漏油量和加强润滑。但实践证明，这种结构也带来一种缺点，因为两道储油槽边缘的磨削毛刺很难清除，这会造成工作时拉伤导向面，甚至卡住针阀。另外，挤入槽内的研磨膏不易清理。事实上针阀的润滑即使没有储油槽也是充分的。因为喷油嘴下部的燃油在高压下一部分喷出，还有相当数量的燃油从针阀于针阀体间挤到上部，然后才经喷油器的泄油孔或回油孔溢出，因此，针阀于针阀体的配合径面经常浸在燃油中。

孔式喷油嘴喷孔参数的选择和喷油器体设计
此次改进设计的喷油器配云南昆明内燃机动力有限公司所设计的490 105型中冷涡轮增压型柴油机，此款柴油机的设计参数如表4-1：
表4-1柴油机技术参数表

A1喷油器体

弹簧

定位销00

结合座

喷油器螺母

调整垫片00

针阀体00

针阀

挺杆