燃料供給調(diào)節(jié)系統(tǒng)構(gòu)成

在壓燃式內(nèi)燃機(jī)出現(xiàn)早期，燃油噴射是通過高壓空氣實(shí)現(xiàn)的。1927年，德國博世(Bosch)公司開始專業(yè)生產(chǎn)以螺旋槽柱塞旋轉(zhuǎn)方式調(diào)整供油量的機(jī)械式噴油泵，這種噴油泵的工作原理至今仍用于多數(shù)壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃料供給系統(tǒng)中。圖6—1所示為典型的燃料供給與調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡圖。

燃料供給調(diào)節(jié)

整個(gè)系統(tǒng)由低壓油路(油箱8、輸油泵5、燃料濾清器3及低壓油管)、高壓油路(噴油泵6、高壓油管13、噴油器11)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)(離心式調(diào)速器9、自動(dòng)供油提前器7)組成；其核心部分是高壓油路所組成的噴油系統(tǒng)，人們也把這種傳統(tǒng)的燃料供給系統(tǒng)稱之為泵-管-嘴系統(tǒng)。

壓燃式內(nèi)燃機(jī)是在氣缸內(nèi)部形成混合氣，即在活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，燃料供給與調(diào)節(jié)系統(tǒng)將燃料以高壓、在極短的時(shí)間內(nèi)噴入氣缸，實(shí)現(xiàn)燃油與空氣的混合和燃燒。因此，對燃料供給與調(diào)節(jié)系統(tǒng)，無論是在制造與調(diào)整精度，還是在與整機(jī)的參數(shù)匹配方面均有十分嚴(yán)格的要求，為了保證壓燃式內(nèi)燃機(jī)在動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放與噪聲等方面達(dá)到優(yōu)良的性能，對其燃料供給與調(diào)節(jié)系統(tǒng)提出以下要求：

1)能產(chǎn)生足夠高的噴油壓力，以保證燃料良好的霧化混合與燃燒，且燃油油束需與內(nèi)燃機(jī)燃燒室和氣流運(yùn)動(dòng)相匹配，保證油氣混合均勻。

2)對每一個(gè)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況(一定的轉(zhuǎn)速與負(fù)荷組成一個(gè)工況)，精確控制每循環(huán)噴入氣缸的燃油量，且噴油量能隨工況變化而自動(dòng)變化。在工況不變時(shí)，各循環(huán)之間的噴油且應(yīng)當(dāng)一致。對多缸內(nèi)燃機(jī)而言，各缸的噴油量應(yīng)當(dāng)相等。

3)在內(nèi)燃機(jī)所運(yùn)轉(zhuǎn)的工況范圍內(nèi)，盡可能保持最佳的起始噴油時(shí)刻、噴油持續(xù)時(shí)間與噴油規(guī)律，以保證良好的燃燒并取得優(yōu)良的綜合性能。

內(nèi)燃機(jī)燃料供給與調(diào)節(jié)系統(tǒng)是內(nèi)燃機(jī)最重要的系統(tǒng)之一，其主要功能是為內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)混合氣形成與燃燒提供所需的燃料。由于它對內(nèi)燃機(jī)的燃燒及其主要性能指標(biāo)具有直接影響，因此人們在強(qiáng)調(diào)這個(gè)系統(tǒng)的重要性時(shí)，有時(shí)把它喻為內(nèi)燃機(jī)的“心臟”。視燃料種類及其著火原理的不同，壓燃式內(nèi)燃機(jī)與點(diǎn)式內(nèi)燃機(jī)燃料供給與調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理也有很多不同。燃料供給調(diào)節(jié)

在這種系統(tǒng)中，噴油泵有柱塞式噴油泵和轉(zhuǎn)子分配式噴油泵兩種。

對柱塞式噴油泵，每個(gè)柱塞元件對應(yīng)于一個(gè)氣缸，多缸內(nèi)燃機(jī)所用的柱塞數(shù)和氣缸數(shù)相等且合為一體，構(gòu)成合成式噴油泵；

對小型單缸和大型多缸內(nèi)燃機(jī)，常采用每個(gè)柱塞元件獨(dú)立組成一個(gè)噴油泵，稱之為單體噴油泵。

轉(zhuǎn)子分配式噴油泵是用一個(gè)或一對柱塞產(chǎn)生高壓油向多缸內(nèi)燃機(jī)的氣缸內(nèi)噴油，這種泵主要用于小缸徑高速壓燃式內(nèi)燃機(jī)上，其制造成本較低。

在上述泵—管—嘴燃料供給系統(tǒng)中，由于有高壓油管的存在，使噴油系統(tǒng)在內(nèi)燃機(jī)上的布置比較方便與靈活，加上已積累了長期制造與匹配的理論與經(jīng)驗(yàn)，因此，目前仍在各種壓燃式內(nèi)燃機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。

也正由于高壓油管的存在，降低了整個(gè)燃料供給系統(tǒng)高壓部分的液力剛性，難于實(shí)現(xiàn)高壓噴射與理想的噴油規(guī)律，也使這種傳統(tǒng)燃料供給系統(tǒng)的應(yīng)用前景受到一定限制。

為了滿足壓燃式內(nèi)燃機(jī)不斷強(qiáng)化及日益嚴(yán)格的排放與噪聲法規(guī)的要求目前正在大力發(fā)展各種高壓、電控的燃料噴射系統(tǒng)，如采用短油管的單體泵系統(tǒng)、泵噴嘴與PT系統(tǒng)、蓄壓式或共軌系統(tǒng)等等。

噴油系統(tǒng)機(jī)構(gòu)

噴油過程

柱塞封閉進(jìn)、回油孔開始壓油到柱塞斜槽上邊緣與回油孔相通開始回油所經(jīng)歷的升程，稱之為噴油泵柱塞的有效行程he，它的大小與循環(huán)供油量有關(guān)．決定了噴油器循環(huán)噴油量的大小。

幾何供油規(guī)律和噴油規(guī)律

幾何供油規(guī)律是指從幾何關(guān)系上求出的單位凸輪轉(zhuǎn)角(或單位時(shí)間)噴油泵供入高壓油路中的燃油量隨凸輪轉(zhuǎn)角(或時(shí)間t)的變化關(guān)系。它完全由柱塞的直徑和凸輪型線的運(yùn)動(dòng)特性決定。

幾何供油規(guī)律

式中，AP為柱塞面積，AP=；dp為拄塞直徑；ωP為有效行程段的柱塞速度。

噴油規(guī)律是指在噴油過程中，單位凸輪轉(zhuǎn)角(或單位時(shí)間)從噴油器噴入氣缸的燃油量隨凸輪轉(zhuǎn)角(或時(shí)間t)的變化關(guān)系，即

噴油規(guī)律

噴油規(guī)律的確定

試驗(yàn)測定法：壓力升程法、博世長管法

計(jì)算法

計(jì)算法是對噴油系統(tǒng)建立物理數(shù)學(xué)模型，用質(zhì)量守恒定律分別建立柱塞腔、出油閥緊帽腔、針閥體的盛油槽及壓力室內(nèi)的燃油連續(xù)性方程；用牛頓定律建立出油閥、針閥的運(yùn)動(dòng)方程及高壓油管內(nèi)的一元可壓縮不定常流的燃油運(yùn)動(dòng)方程和連續(xù)性方程，根據(jù)已知的噴油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)、噴油泵升程隨轉(zhuǎn)角變化的關(guān)系，用數(shù)值計(jì)算的方法編程，在計(jì)算機(jī)上聯(lián)立求解?？傻贸鲋弧⒊鲇烷y緊帽腔、針閥體的盛油槽、壓力室和高壓油管任意位置的壓力變化及出油閥、針閥的達(dá)功規(guī)律，并得出噴油規(guī)律的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算精度已能滿足工程應(yīng)用的要求。目前這一方法已是國內(nèi)外對噴油系統(tǒng)性能預(yù)測的基本方法，可利用此方法對燃料供給系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化。2100433B

常用的燃料流量控制策略有泵控和閥控兩種控制方式，由于兩種方法控制思想的不同，各自對應(yīng)的燃料供給系統(tǒng)的元件組成及其工作特點(diǎn)也各不相同。

泵控方式是通過改變變量泵的排量進(jìn)行流量調(diào)節(jié)的方式，屬于容積控制方式，因此其沒有節(jié)流口損失，效率高，節(jié)能性好，同時(shí)避免了燃油管道兩相流問題，減小了控制難度，且系統(tǒng)抗負(fù)載的剛度大。但由于泵控系統(tǒng)中變量裝置慣量較大，因此動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差，而且通常發(fā)動(dòng)機(jī)的供油泵和燃燒室之間管路較長，燃料供給動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性會(huì)受到管路動(dòng)態(tài)的影響。因此，當(dāng)采用泵控方式進(jìn)行燃料流量調(diào)節(jié)時(shí)，為達(dá)到響應(yīng)速度快的目的，則要求管道的長徑比要小。此外，泵控系統(tǒng)還具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高等缺點(diǎn)，因此更適合用于大功率，要求效率高的場合。

閥控方式是在回路中設(shè)置各種控制閥，并通過他們的配合進(jìn)行流量調(diào)節(jié)的方式，屬于節(jié)流控制方式，因此其具有節(jié)流損失和溢流損失，能量損失大，效率低，但閥控系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，控制精度高，并可采用多個(gè)調(diào)節(jié)閥分別控制多條支路的流量，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。基于以上優(yōu)點(diǎn)，采用流量調(diào)節(jié)閥式的燃料調(diào)節(jié)器是實(shí)現(xiàn)快速、精確燃料供給流量調(diào)節(jié)的關(guān)鍵。閥控系統(tǒng)更適合小功率，對效率要求不高的場合。

對于超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供給系統(tǒng)，由于其工作壓力較低，功率較小，對燃料流量調(diào)節(jié)的精度和響應(yīng)速度有一定要求，而且燃油泵和燃燒室之間的管路較長，因此更合適采用閥控方式對燃油流量進(jìn)行控制。

由于超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)采用再生式主動(dòng)熱防護(hù)的冷卻方式，因此燃油流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)表面被加熱，采用閥控方式進(jìn)行燃料流量控制時(shí)，則研究高溫燃料流量調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性是實(shí)現(xiàn)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃料流量自動(dòng)調(diào)節(jié)和精確控制的關(guān)鍵。

燃料調(diào)節(jié)裝置燃料控制系統(tǒng)的任務(wù)

通過控制進(jìn)入鍋爐的燃料量(如:油、煤等)維持過熱器出口汽壓,以保證在不同負(fù)荷下鍋爐的安全運(yùn)行,汽壓變化時(shí)表示鍋爐的蒸汽產(chǎn)量和負(fù)荷的耗汽量不適應(yīng),這時(shí)必須相應(yīng)地改變?nèi)剂系墓?yīng)量,以改變鍋爐的產(chǎn)汽量,維持燃燒過程的能量平衡。

燃料調(diào)節(jié)裝置燃料量控制系統(tǒng)的燃料信號

控制系統(tǒng)與燃燒過程是可以相互獨(dú)立運(yùn)行的，對于燃燒過程而言，可以迅速有效地改變進(jìn)入爐膛的燃料量，以適應(yīng)負(fù)荷的變化，這對于維持主汽壓力的穩(wěn)定是有利的。但對于燃料量的測量上是一個(gè)特殊的問題，要準(zhǔn)確測量進(jìn)入爐膛的瞬時(shí)煤粉量尚有難度。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用的方法是兩種間接法：最常見的是采用給粉機(jī)轉(zhuǎn)速信號代替給粉量的方法，因?yàn)樵谡?理想)情況下,給粉機(jī)的出力與轉(zhuǎn)速成正比。給粉機(jī)轉(zhuǎn)速容易測量、反應(yīng)速度快，因此，采用給粉機(jī)轉(zhuǎn)速信號代表給粉量是中儲(chǔ)式熱風(fēng)送粉鍋爐燃料控制系統(tǒng)常用方法之一。另外一種是以熱量信號代表燃料量信號的燃料控制系統(tǒng)，熱量信號是由蒸汽流量信號和汽包壓力的微分信號組成,在蓄熱系統(tǒng)準(zhǔn)確求出后，它能較準(zhǔn)確代表進(jìn)入鍋爐的燃料量，并能克服給粉機(jī)轉(zhuǎn)速信號代表給粉量的一些缺點(diǎn)。

柴油發(fā)電機(jī)柴油燃料貯存與供給系統(tǒng)是柴油機(jī)的一個(gè)重要組成部分。柴油發(fā)電機(jī)柴油燃料貯存與供給系統(tǒng)的功用是：

1. 貯存燃料，對燃料進(jìn)行過濾和輸送；根據(jù)柴油機(jī)的不同工況，將相應(yīng)的燃油定時(shí)、定量、以一定壓力及噴油質(zhì)量噴入燃燒室，迅速形成良好的混合氣并燃燒；

2. 柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)負(fù)荷變化調(diào)節(jié)供油量，穩(wěn)定柴油機(jī)轉(zhuǎn)速；

3. 將燃燒后的廢氣排出氣缸。