【正文】 系統(tǒng)都具備圖 2 中所有環(huán)節(jié)，尤其是虛線連接的環(huán)節(jié)和傳輸環(huán)節(jié)。這些理論就是信號的分析和處理技術(shù)。 在測試工作的許多場合中，并不考慮信號的具體性質(zhì)，而是將其抽象為變量之間的函數(shù)關(guān)系，特別是時(shí)間函數(shù)或空間函數(shù)，從數(shù)學(xué)上加以分析研究，從中得出一些具有普遍意義的理論。其中，電信號在變換、處理、傳輸和運(yùn)用等方面，都有明顯的優(yōu)點(diǎn)，因而成為目前應(yīng)用最廣泛的信號。這些物理量就是信號。 以上就是對燃油噴射系統(tǒng)作的簡單描述。當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù) 荷增大，壓力增高，達(dá)第二級開啟壓力時(shí)，進(jìn)入噴油器的正常工作狀態(tài)。低怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，噴油 壓力低，僅能使噴油器達(dá)第一級開啟壓力（一般為 14～ 16MPA），針閥升程不大于 。用孔式噴油嘴，在低怠速工況下，容易出現(xiàn)不穩(wěn)定噴射。對于不穩(wěn)定噴射，測量針閥升程和噴油歸律可以明顯判定，如針閥開啟不足，針閥的跳動無一定的規(guī)律，造成每循環(huán)噴油量的變動；更為嚴(yán)重的是有的循環(huán)針閥不能開啟，產(chǎn)生隔次噴射現(xiàn)象。在正常噴油過程中，每循環(huán)噴油量也是基本不變的。 此外，滴油現(xiàn)象的存在，從時(shí)間概念上表明，在回油孔打開后針閥是以小的落座速度緩慢地在關(guān)閉，因而有可能在落座過程中當(dāng)噴油器內(nèi)的壓力低于氣缸燃?xì)鈮毫r(shí)，針閥還沒有完全落座，燃?xì)饩蛿D開燃油進(jìn)入噴油器內(nèi)，從而導(dǎo)致過熱，噴油嘴結(jié)焦等故障，因而消除滴油現(xiàn)象和前述的二次噴射，同樣也為防止燃?xì)饣馗Z創(chuàng)造了條件。滴油現(xiàn)象特別在噴孔面積較大，出油閥減壓作用不夠時(shí)發(fā)生。因此，在采取一些消除二次噴射措施的同時(shí)，應(yīng)合理選擇參數(shù)，防止穴蝕的發(fā)生，如出油閥減壓速度不能過大等等，這在高壓噴射中需特別注意。在中、小功率柴油機(jī)中，高壓油路中的殘壓有可能常常為零。當(dāng)油壓達(dá)到一定值時(shí)，氣泡將破裂，氣泡連續(xù)產(chǎn)生和破裂的過程，將會造成能量的驟變。當(dāng)油壓突降到其相應(yīng)溫度的飽和蒸汽壓（ 1～3KPA）時(shí)，高壓油路中會產(chǎn)生油的蒸汽泡。 穴蝕 上述消除二次噴射的措施往往會促成穴蝕破壞發(fā)生。開啟壓力增大，使本來由于進(jìn)油孔的節(jié)流可以進(jìn)入高壓油管的附加油量減少，從而每循環(huán)供油供油量減少，油管內(nèi)最高壓力減??；彈簧剛度增大 ，使出油閥落座速度加快，兩者都有助二次噴射的消除。噴油速度的加快將使油管峰值壓力有所下降。其目的是在一定油管峰值壓力下，出油閥減壓容積與高壓油路容積有一個(gè)合適的比值，限制主噴射后壓力波傳播和反射 XVI 的峰值。當(dāng)噴油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)匹配不當(dāng)時(shí)，主噴射期柱塞供油結(jié)束，出油閥落座，高壓油路的燃油回流；這一膨脹壓力波傳到噴油嘴端，針閥落座，主噴射結(jié)束，同時(shí)燃油流回出油閥緊帽；因出油閥已落座，壓力上升，此壓力波再次傳到噴油嘴端時(shí)，當(dāng)盛油槽內(nèi)壓力峰值超過噴油器開啟壓力時(shí)，針閥二 次開啟，向氣缸內(nèi)噴油。判斷柴油機(jī)有無二次噴射，最直接可靠的辦法是測量針閥升程，也可以通過測取油管嘴端壓力來間接判斷，但值得注意的是嘴端測點(diǎn)至盛油槽的壓力，兩者存在著一定差異。二次噴射使整個(gè)噴油持續(xù)時(shí)間延長，二次噴射的燃油是在較低的壓力下噴入氣缸的，霧化質(zhì)量差，燃燒不完全且噴射偏離上止點(diǎn)附近，后燃嚴(yán)重，造成燃油消耗、排煙和排溫升高，性能惡化，零部件過熱甚至噴孔積碳堵塞。下面對以上講到的異常噴射情況做簡單描述。因此，對匹配優(yōu)良的柴油機(jī)不應(yīng)存在這些不正常的噴射現(xiàn)象。當(dāng)噴油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇不當(dāng)時(shí)，在某些工況可能會出現(xiàn)不正常的噴射，這些通稱為異常噴射現(xiàn)象。大功率增壓柴油機(jī)的性能在增壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)良好的條件下，主要決定于供油系統(tǒng)和燃燒室形狀之間具有良好的配合，因此在研制大功率強(qiáng)化柴油機(jī)和高速車用柴油機(jī)時(shí)，必須對供油系統(tǒng)的各種不正常噴射的情況予以極大的注意。 壓燃式內(nèi)燃機(jī)異常噴射現(xiàn)象 由于供油系統(tǒng)中的高壓容積、高壓油管長度的存 在，是產(chǎn)生各種不正常噴射的根源。多缸發(fā)動機(jī)各缸油管長度不相等，使各缸噴油規(guī)律有所差別，這也是影響多缸發(fā)動機(jī)工作不均勻的原因之一。高壓油管尺寸也必須經(jīng)過試驗(yàn)最后才能選定。所以油管內(nèi)徑的選擇應(yīng)以燃油在管路中平均流速在 20～ 40m/s 的范圍內(nèi)為宜。為了消除振動的不良影響，在有些發(fā)動機(jī)上將油管特別予以夾緊，管子夾頭的最好材料是非金屬的（我所采用的是丁晴橡膠），因?yàn)榻饘賷A頭有時(shí)會使管子表面受到損傷。高壓油管一般用厚壁鋼管制成，以適應(yīng)高壓工作，為了盡量減少管系因高壓而膨脹，油管外徑是內(nèi)徑的三倍以上。在發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)中，我們是根據(jù)燃油系統(tǒng)性能要求來確定油管內(nèi)徑、外徑及長度，這對保證良好燃燒及延長噴油嘴使用壽命有重要的作用，由于高壓油管也是整個(gè)燃油壓力系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，本課題涉及的也是對高壓油管殘留壓力的研究，因此對高壓油管應(yīng)予足夠的重視。在低速時(shí)，正相反，由于節(jié)流作用相對較小，出油閥落座時(shí)間相對增長，燃 油回進(jìn)高壓油管的現(xiàn)象比較明顯，減壓效果削弱，殘留壓力升高，因此使每循環(huán)的供油量增加。當(dāng)回油孔打開后，泵端油壓迅 XIV 速下降到油泵進(jìn)油壓力（即柴油機(jī)輸送泵的出口壓力值），在減壓帶進(jìn)入出油閥閥座以后，即開始發(fā)生減壓作用，把泵端壓力抽成真空，這時(shí)噴嘴端的燃油迅速回流填補(bǔ)，與此同時(shí)，由于減壓帶和閥座之間間隙的存在，低壓油腔內(nèi)將可能有一些燃油回流到高壓油管內(nèi)，從而使減壓作用有所削弱。 可變的減壓作用 利用出油閥減壓帶凸緣與出油閥座內(nèi)孔的不同間隙可以得到各種不同的減壓作用，間隙在小油泵上為 ～ ，在大油泵上可達(dá) 。這樣實(shí)際上就減少了噴油量，供油量隨轉(zhuǎn)速升高而減少。當(dāng)供油終了時(shí)，由于節(jié)流作用，流通截面尚未關(guān)閉就已開始減壓作用，轉(zhuǎn)速愈高，節(jié)流作用愈顯著，出 油閥的減壓作用愈早，高壓管路中的減壓容積也愈大。目前常用的校正 方法有出油閥校正和彈簧校正兩種，針對前面對于噴油泵出油閥壓力特性的描述，現(xiàn)在本文中僅對出油閥校正進(jìn)行介紹。出油閥的早開和遲閉必然使流向高壓油管的燃油量增多，而轉(zhuǎn)速愈高，柱塞的壓油速度就愈大，泵油室內(nèi)的壓力建立也愈早，壓力下降也愈遲，所以，供油量隨轉(zhuǎn)速升高而增加。理論上當(dāng)柱塞上端關(guān)閉進(jìn)、回油孔時(shí)，才開始壓油， 實(shí)際上當(dāng)柱塞上端面還未完全關(guān)閉油孔時(shí)，由于節(jié)流作用，被柱塞排擠的油量來不及通過油孔流出致使泵油室內(nèi)壓力升高，出油閥提早開啟。由于柴油機(jī)負(fù)荷變化是靠改變供油量來實(shí)現(xiàn)，即平均有效壓力（或扭矩）大致與每循環(huán)供油量成正比，所以噴油泵的速度特性直接影響柴油機(jī)的速度特性。從在供油提前角都相同的 情況下的試驗(yàn) XIII 結(jié)果可以看出，由于出油閥高壓儲油容積減小，噴油延遲角也減小，因此，最佳供油提前角也減小。 出油閥緊帽的高壓儲油容積在整個(gè)高壓系統(tǒng)的容積中占有相當(dāng)?shù)谋戎?，可以通過出油閥緊帽內(nèi)徑的改變或改變減容器尺寸，來改變出油閥緊帽的高壓儲油容積。通過合理選擇減壓帶高度 h，可以消除噴油器滴油的現(xiàn)象，而出油閥的升程、開啟壓力等也影響燃油噴射過程，所以出油閥對柴油機(jī)性能也有一定影響。我們把出油閥使高壓油管中壓力驟然下降的作用稱作出油閥的減壓作用。柱塞在有效行程結(jié)束時(shí)，泵油室中油壓迅速下降，出油閥開始下降。這樣，在柱塞吸油行程時(shí)，出油閥就阻止高壓油管中的燃油倒流入泵油室，從而保證柱塞有一定的供油量。那就是出油閥對燃油壓力的影響。選取供油持續(xù)角和在有效行 程期間的柱塞平均速度后，噴油泵參數(shù)根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料或理論公式初步選定后，還要進(jìn)行試驗(yàn)，才能最后確定。增加柱塞直徑將使驅(qū)動力明顯增加（驅(qū)動力與柱塞直徑平方成正比），而加大柱塞速度又會使柱塞容易磨損及傳動機(jī)構(gòu)的動力負(fù)荷增大，因此柱塞直徑和柱塞速度要合理選擇，既要有良好的性能，又要保證有足夠的使用壽命。同時(shí)從改善性能的角度考慮，為了保證迅速燃燒，高速柴油機(jī)全負(fù)荷時(shí)的噴油持續(xù)角不希望大于 25℃ A，中速柴油機(jī)的噴油持續(xù)角不應(yīng)大于 30～ 40℃ A，因此也就要求供油持續(xù)角不能過大。 XII 當(dāng)柱塞的直徑增大時(shí)，噴油延遲角及噴油持續(xù)時(shí)間都減小，但供油速度增大，使噴初期油速率也較大，噴油規(guī)律曲線變高，所以一般說來，柱塞直徑加大經(jīng)濟(jì)性好，但運(yùn)轉(zhuǎn)粗暴。由于每循環(huán)供油量與柱塞的直徑有關(guān)，所以在確定了每循環(huán)供油量后就可通過相應(yīng)的公式計(jì)算出柱塞的直徑。初步選擇噴油泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)的主要依據(jù)是柴油機(jī)的每循環(huán)供油量。 當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，一方面噴油延遲角加大，另一方面混合氣形成和燃燒的時(shí)間（以秒計(jì)）縮短，為了保證在上止點(diǎn)附近燃燒，就需要供油相應(yīng)提前一些，因此，最佳供油提前角是隨柴油機(jī)轉(zhuǎn)速升高而增大的。 最佳供油提前角都是調(diào)試過程中由試驗(yàn)最 后選定。雖然最高燃燒壓力較低，但雖然燃油消耗率和排氣溫度增高，發(fā)動機(jī)過熱。 供油提前角對柴油機(jī)性能影響很大，主要是影響經(jīng)濟(jì)性、壓力升高 率Δ p/Δψ和最高燃燒壓力。因此，用靜態(tài)法測出的供油提前角與實(shí)際噴油提前角之間可能有較大的差別，其差別取決于噴油延遲角θ x即 θ =θ s+θ x θ — 供油提前角 θ s— 噴油提前角 θ x— 噴油延遲角 θ x 與許多因素有關(guān)。 直接影響燃燒性能的是噴油提前角，因?yàn)闇y量噴油提前角必須有一套電氣 XI 設(shè)備來測量噴油器針閥開啟時(shí)刻，這是動態(tài)測量，比較麻煩，所以平時(shí)柴油機(jī)測試，就是測量供油提前角，產(chǎn)品說明書上給用戶的提前角的數(shù)據(jù)都是指供油提前角。供油時(shí)刻可由供油提前角予以調(diào)整，而供油持續(xù)時(shí)間則和柱塞直徑、凸輪外形等因素有關(guān)。以上問題將在下面的文章中予以說明。燃燒過程加快，就可能采取推遲噴油的措施來降低有害排放物，而又不使燃油經(jīng)濟(jì)惡化。 噴油泵的參數(shù)選擇及其對柴油機(jī)性能的影響 提高噴油壓力的措施很多，如增大柱塞直徑；采用較陡的油泵 凸輪廓線，提高柱塞供油速度；減少高壓系統(tǒng)的阻力，以減少高壓燃料的能量損失；減小噴孔直徑等。 由于上述的壓力波動現(xiàn)象存在，使實(shí)際噴油過程與柱塞的供油過程很不一致。所以，在整個(gè)供油過程期間，壓力波往復(fù)傳播多次反射，高壓油管中的壓力也就隨 時(shí)間和地點(diǎn)而變。如果第一個(gè)壓力波不足以升起針閥，則壓力波全部被反射，向噴油泵端傳播，反射波經(jīng)過 L/a 到達(dá)噴油泵端與該處新產(chǎn)生的壓力波疊加起來，又被反射向噴油器一端傳播。當(dāng)出油閥開啟時(shí)，高壓油管中靠近噴油泵一端的燃油產(chǎn)生的壓力波向噴油器一端傳播。這種傳播速度應(yīng)該在純油狀態(tài)下；但在實(shí)際情況下其值應(yīng)為 700～1200m/s，聲速在傳播中是變化的。這種局部壓力的瞬時(shí)提高，都以壓力波的形式沿高壓油管向噴油器一端傳播。在供油過程中，出油閥開啟之前，柱塞運(yùn)動僅使泵油室中燃油壓力升高；出油 閥開啟的瞬間，在高壓油管靠近噴油泵一端的燃prR rRErr ??????? ???????? ?22 22 X 油受到自泵油室來的燃油壓力沖擊，其附近區(qū)域產(chǎn)生局部的壓力升高，出油閥開啟后，柱塞運(yùn)動將燃油擠向高壓油管。當(dāng)油管中壓力變化為△ P 時(shí)，管子內(nèi)徑改變量為： 式中 r— 高壓油管的內(nèi)半徑 R— 高壓油管的外半徑 u— 泊桑系數(shù)，鋼 u= E— 彈性模數(shù)，鋼 E= 1011 N / m2 由上式可知，壓力變化愈大，管子內(nèi)徑愈大，管子愈長，則容積變化也愈大。燃油的可壓縮性 可用壓縮系數(shù)β表示 ? ?12121 PPV VV ???? m2/N 或?qū)懗? VdPdV??? m2/N 壓力變化愈大或容積愈大，則體積變化也愈大。由于高壓系統(tǒng)中燃油壓力變化大和變化快的特點(diǎn)，就產(chǎn)生了下面三種現(xiàn)象： IX 燃油的可壓縮性 當(dāng)壓力變化不大時(shí)，可以認(rèn)為液體是不可壓縮的，但在柴油機(jī)的燃油系統(tǒng)中，由于壓力變化幅度大，燃油的可壓縮性就必須加以考慮。 壓力波動的分析 在高速柴油機(jī)中，燃油噴射的持續(xù)時(shí)間很短，只有 15度～ 35 度曲軸轉(zhuǎn)角。應(yīng)該指出，由于最高噴油壓力的出現(xiàn)是瞬時(shí)的，因此應(yīng)用平均有效壓力（即在噴油持續(xù)期內(nèi)通過噴孔的平均壓降）來判斷噴油過程的好壞更為合理。所以近年來在柴油機(jī)上有提高噴油壓力的趨勢，甚至采用高壓噴射。隨著噴油壓力提高，可以使油束出口 速度增加，降低油滴的平均直徑，使油滴蒸發(fā)加快，加速油束在空氣中的擴(kuò)散，使空氣卷入的相對速度增加，同時(shí)噴射持續(xù)期縮短，這樣就大大提高了混合氣形成速率，從而改善燃燒性能。噴油壓力直接影響噴油持續(xù)時(shí)間和燃油霧化質(zhì)量。 噴油器中噴油壓力的影響： 在燃油噴射過程中，燃油壓力是變化的。由于噴油器總成的主要組成是噴油嘴偶件，而噴油嘴偶件又有不同的結(jié)構(gòu)形式，所以噴油器總成也有不同的結(jié)構(gòu)形式。 當(dāng)高壓燃油經(jīng)高壓油道進(jìn)入噴油嘴偶件盛油槽部位而壓力積蓄到能克服調(diào)壓彈簧對針閥的壓緊力時(shí)，針閥被升起，高壓油進(jìn)入嘴端的高壓腔經(jīng)噴孔霧化而噴射到氣缸的燃燒室內(nèi)。 （或者不借助于）空氣渦流將燃油噴注并力求均勻分布到氣缸的燃燒室內(nèi)，特別對于無渦流的開式燃燒室，噴油器總成的安裝精度是一個(gè)很值得重視的問題。噴油器的高壓油道通過高壓油管與噴油泵總成的出油閥接頭相連接，回油油路相互連接直接回到油箱。所以噴油器是影響柴油機(jī)設(shè)計(jì)指標(biāo)和使用性能的關(guān)鍵部件之一。如果噴油不良，油束和燃燒室配合不好，則混合氣形成惡化，燃燒變壞，性能下降。噴油器總成在 發(fā)動機(jī)上的安裝及噴油器總成的噴射性能直接影響柴油發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性、使用性能及可靠性。 噴油規(guī)律是指在噴油過程中，每秒或每度泵軸轉(zhuǎn)角從噴油器噴出的燃油量隨時(shí)間或泵軸轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系。）泵軸或 mm3/s）隨凸輪軸轉(zhuǎn)角ψ（或時(shí)間 t）的變化關(guān)系。因此油管的殘留壓力是整個(gè) 噴油過程的一個(gè)組成部分，對整個(gè)噴射過程有著十分重要的作用。 從上述噴油過程的概述可知