柴油機供給系統

柴油機使用的燃料是柴油，與汽油相比，柴油粘度大，蒸發性差，一般來說不可能通過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把柴油噴進氣缸，直接在氣缸內形成混合氣，并借缸內的空氣高溫自行發火燃燒。由此決定了柴油機供給系的組成、構造及其工作原理。返回結束柴油機供給系的組成結束返回第一節柴油機供給系的功用和組成一功用和要求

要求：1.根據負荷、轉速的不同供給相應的燃油量

2.燃料在規定的時刻噴入到氣缸內（定時）

3.噴入氣缸（燃燒室）內的燃油應成露狀

4.保證一定的供油規律和持續時間

5.能自動調節供油二組成（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、進氣管、氣缸蓋內的進氣道。（三）混合氣形成裝置：燃燒室（四）廢氣排出裝置；氣缸蓋內的排氣道、排氣管以及排氣消聲道。結束返回第二節噴油器一功用：將燃油霧化成教細的顆粒，并把它分布到燃燒室中。二要求：噴油器應具有一定的噴射壓力和射程，以及合適的噴注椎角。此外，噴油器應該在規定的時刻迅速地切斷燃油的供給，不發生滴漏現象。三類型：其中，常見的型式有兩種：孔式噴油器和軸針式。（一）孔式噴油器如圖5-5

特色：噴孔數多，孔徑小主要用于具有直接噴射燃燒室的柴油機。噴孔數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：自凈其工作原理與孔式相同。其構造特點是針閥下端的密封面以下還延伸出一個軸針，其形狀可以是倒椎形或圓柱形。結束返回四噴油器的型號表示1：噴嘴型式（ZS-軸針式、ZK-孔式、ZCK-長形孔式）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：設計編號：孔數、孔徑（軸針直徑）對于節流式，還需加“Ｊ”。例如：ZCK154S432其意義為：長形孔式，噴孔夾角154o，S-17mm，4個孔徑，孔徑0.32mm。2134結束返回第三節噴油泵一功用：定時、定量地向噴油器輸送高壓燃油。多缸柴油機應保證：1.各缸的供油次序應符合所要求的發動機發火次序。2.各缸供油量均勻，不均勻度在標定工況下不大于3%~4%。3.各缸供油提前角一致，相差不大于0.5°曲軸轉角二分類：按噴油泵的作用原理不同可分為三類，柱塞式噴油泵、噴油泵—噴油器和轉子分配式噴油泵如圖所示

三主要零件分類

1.柱塞副偶件——柱塞套、柱塞芯

見圖柱塞套偶件的結構

2.出油閥偶件

見下圖

3.供油時間的調整包括供油起始角、噴油提前角（遲后）、供油提前角。結束返回柱塞套和柱塞型式結束返回出油閥偶件結束返回第四節調速器一發動機的速度特性《圖發動機10-11》二工作指標（一）瞬時調速率（二）穩定調速率（三）不靈敏度書258頁結束返回三分類：

（一）按調速器的功能分：定速（或稱單程）調速器、兩速（或稱兩極）調速器、全速（或稱全程）調速器（二）按轉速傳感原理分：機械離心式調速器、氣動式調速器、復合調速器。四機械式離心式調速器的工作原理（一）單程調速器工作原理圖4-29

（二）全程調速器工作原理結束返回第五節柴油機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循環，并供應足夠數量及一定壓力的柴油給噴油泵，其輸油量應為全負荷最大噴油量的3~4倍。輸油泵有活塞式、膜片式、齒輪式和葉片式等幾種。活塞式噴油泵的結構如圖5-49結束返回第六節新應用車用壓縮天然氣/柴油雙燃料發動機燃料供給系統總體設計研究通過對壓縮天然氣(CNG)/柴油雙燃料發動機的燃料供給系統總體方案的研究,以及對摻燒CNG策略分析研究,提出了一種雙燃料發動機燃料供給系統。1

前言世界石油資源短缺和生態環境保護是人類面臨的主要問題,這必將對傳統的石油燃料發動機發起挑戰,天然氣、液化石油氣由于其低排放的環保功效,低燃料費用和合理的資源配置,近年來在國際上日益受到重視,世界各國都在致力于氣體燃料發動機的開發。氣體燃料主要是天然氣,是繼煤和石油之后的第三大能源,我國天然氣資源比較發達,經過資源評價,其總資源量可達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年我國天然氣產量將達到300億m3,輸氣管道將達到1萬km。預計2010年產量將達到1000億m3,這些為我國大量發展天然氣發動機提供了資源條件,對改善西部的能源結構有深遠意義。在我國,城市大氣污染物的60%來自車用發動機的尾氣排放,特別是柴油發動機結束返回

中所含顆粒物較高,通常情況下為汽油機的50倍以上,所以很多城市大氣中懸浮顆粒物超標,與柴油發動機車的尾氣排放有密切關系,其中可吸入顆粒物對人體有致癌作用,危害較大,細顆粒是導致心血管和呼吸疾病的主要原因。所以使用低排放發動機對于改善空氣質量,特別是解決大中型城市的空氣污染問題有其實際意義。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。由于壓縮天然氣(CNG)在發動機內與空氣混合時同為氣態,與柴油相比混合氣更均勻,燃燒也更完全。因此天然氣發動機與使用普通燃料(如汽油或柴油)的發動機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、苯和芳香烴等嚴重危害物。天然氣作為“綠色燃料”是大有可為的。可見,改變城市車用發動機的燃料結構,充分利用中國,特別是西部地區豐富的天然氣資源,開發適合中國道路和交通環境的車用發動機是一項十分緊迫而有重大意義的課題。結束返回2CNG柴油雙燃料發動機總體方案構想

近來我國天然氣車用發動機發展迅速,特別是在CNG/汽油發動機開發方面投入了巨大的力量,并具備了較為成熟的技術,僅四川省,這種采用火花塞點燃天然氣的發動機約裝車5000輛。但是對于壓燃式柴油發動機使用天然氣,目前尚處于研究階段,根據我國的使用情況,有大量的在用柴油發動機,和大批生產的車用柴油發動機不可能退出和放棄不斷迅速發展的天然氣市場,所以開發適用于國內市場和用戶需求的CNG/柴油雙燃料發動機便成為當務之急。2.1

CNG/柴油雙燃料發動機總體方案要求總的原則是:(1)

柴油機的結構基本不變,CNG裝置選配。

(2)

動力性與柴油機基本相當。

(3)

排氣煙度明顯好于柴油機。

(4)

轉換操作性好。

(5)

裝車可駕駛性強,不改變司機的駕駛習慣。

(6)

制造成本低,配套適應性強。

(7)

可用于在用車輛改造。

(8)可用100%柴油運轉。結束返回2.2

CNG/柴油雙燃料發動機總體方案策略(1)

天然氣采用進氣管預混合如果將CNG直接噴入氣缸,需要對原柴油機結構作較大改造,機構復雜,費用高。因此采用CNG從進氣管進入與空氣預混合的方式摻燒CNG比較符合對現有柴油發動機的改造。

(2)

柴油引燃由于天然氣燃點很高,不能在現有柴油機的壓縮比下壓燃,而柴油機沒有汽油機的點火系統,若加裝點火裝置,則對原機的改動更加復雜,燃燒室形狀、壓縮比、燃料供給系統都要改,實際上運動件、固立件都要改變,往往是不現實的。而柴油引燃,充分考慮了柴油機的特點,壓縮比高,充分利用CNG良好的抗爆性能,獲得滿意的動力性能。柴油引燃,點火能量遠遠高于火花點火時的能量,從而保證著火穩定,避免失火,且甲烷相對較慢的火焰傳播速度,可以降低未燃甲烷的排放量,提高動力性。另外壓燃使發動機能夠恢復柴油狀態,這在加氣站分布不均勻的情況下,是必然的選擇。結束返回(3)

采用以型板為特征的機械控制式雙燃料供給系統

目前對于雙燃料的供給系統,就燃料系統的控制方式而言,可以選擇電子控制或者機械控制。電子控制在柴油機領域已經得到很大的發展,但是難以適合機械控制的傳統柴油機,而且昂貴的電控系統勢必增加改裝成本。還有一種簡單電控加上機械控制方式

[1],這種方式以少量柴油作為引燃油,雙燃料運行時,柴油量固定不變,只控制CNG供給量。這種方式難以在整個負荷范圍內優化CNG/柴油比例。此外這種系統的成本仍然較高。簡單的機械控制方案

[2],采用杠桿聯動機構將CNG供給量與油門相聯接。這種方式無法實現控制CNG/柴油比例,因而不能應用于實際改裝。綜合以上分析討論,確定總體方案策略為:以合適的機械控制方式的雙燃料供給系統改裝非電控柴油機。以合適柴油替代率、有效地降低煙度為目標,綜合考慮實際使用效果,使得CNG/柴油雙燃料發動機具有低成本,滿足綜合的技術指標,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械控制式雙燃料供給系統。結束返回3

CNG/柴油雙燃料供給系統方案設計3.1

雙燃料發動機雙燃料發動機由在柴油機上增加CNG供給系統組裝而成。雙燃料供給系統包括柴油供給系統和CNG供給系統。雙燃料發動機的柴油供給方式與原柴油機完全相同。如圖1所示,CNG由氣瓶經過手動截止閥流至減壓器。在減壓器中,CNG的壓力由20MPa降至-0.1～1.2kPa。發動機的循環水經過減壓器,提供熱量以免減壓節流時產生的低溫冷凍現象。由減壓器出來的CNG氣體,經過由型板控制的CNG調節閥,進入安裝在進氣總管上的文丘里混合器,CNG隨同空氣預混合后進入氣缸,由噴入缸內的柴油引燃。發動機轉速變化時,利用安裝在進氣管上文丘里混合器喉口處的真空度變化,CNG的供給量隨轉速變化而自動調節。發動機的負荷變化時,發動機油門帶動機械相聯的型板,型板按照預先設定的型板曲線作為控制規律,改變CNG調節閥的流通截面,從而控制通過CNG調節閥的CNG供給量。圖1

CNG/柴油雙燃料發動機系統示意圖1-充氣閥;2-手動截止閥;3-鋼瓶組;4-減壓器;5-調節器;6-控制型板;7-油泵;

8-混合器;9-排氣消聲器結束返回3.2

系統特點

(1)

型板是雙燃料供給系統的技術思想核心。型板使得機械方式能夠實現預先設定的柔性控制,將柴油機油門與拉桿之間的線性變化關系,轉換成為按照型板控制規律設定的非線性關系。從而能夠根據發動機的各種工況,優化CNG/柴油雙燃料供給比例。(2)

由型板控制的CNG調節閥,其流通截面的變化規律與型板的控制規律曲線相匹配,控制更為精確,能夠達到更佳的雙燃料使用效果。(3)

型板控制方案從結構上保證了雙燃料發動機良好的過渡工況性能和操縱使用性能,各種工況圓滑自然過渡,圓滿解決了CNG/柴油雙燃料發動機的起動、怠速、起步、工況突變等問題。(4)

結構非常簡單,便于改裝,成本低、操作使用與柴油機幾乎完全相同。結束返回4

優化CNG/柴油摻燒比例

型板的型線規律是由各個負荷工況下CNG/柴油的摻燒比例所確定的。柴油機摻燒CNG后,要求在全部的工況范圍內滿足排放、動力性、經濟性、可靠性和操作性能。因此,優化CNG/柴油摻燒比例是工作量非常龐大的試驗研究過程。研究重點是柴油機摻燒CNG的高負荷特性和低負荷特性4.1

CGN/柴油摻燒比例的優化策略根據試驗研究,確定如下CNG/柴油摻燒比例的優化策略。

(1)

怠速工況時完全燃用柴油。可以避免怠速不穩定和“死火”現象。可防止摻燒CNG引起噴油器損壞。不會出現公共汽車停站時排放未燃CNG而產生的異味,同時還方便柴油狀態與雙燃料狀態之間的切換。

(2)

從低負荷到中間負荷工況逐步增加CNG摻燒比例,并且滿足圓滑過度。

(3)

全負荷工況在保證可靠性前提下,保持適當的CNG摻燒比例。全負荷工況摻燒CNG可以充分體現CNG低排放的特點,炭煙排放可明顯下降,經濟性和動力性均有改善。

(4)

CNG摻燒比例約在50%。高負荷工況時,摻燒CNG后經濟性改善,這是由于預混合的氣體燃料混合充分,空氣利用率較高,改善了燃燒,此時可適當增大CNG摻燒量。低負荷工況時,摻燒CNG后經濟性沒有改善,這是由于低負荷時摻燒CNG燃燒緩慢所致,此時可適當控制CNG的摻燒量。結束返回5

結論及展望(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,是非電控雙燃料發動機的有效技術方案。能夠根據發動機工況變化,在整個工況范圍內優化CNG/柴油供給量比例,滿足排放、經濟性、動力性、可靠性和操縱性等諸多方面的要求。(2)

該系統結構簡單可靠,成本低,容易安裝,可以有效降低安裝成本和使用維護成本。具有良好的實際操作性能和良好的過渡工況性能,特別對于城市公交汽車而言,很好地解決了起動、怠速、起步和工況突變等問題。此外,不改變司機人員的操作習慣。(3)

所采用的CNG摻燒比例策略,能夠充分發揮CNG燃料的優點。能夠同時滿足城市公共汽車對排放、經濟性、動力性和