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内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）
毕业设计（论文）
开题报告
题 目 学 院 机 电 与 汽 车 工 程 专 业 热 能 与 动 力 工 程 （内燃机） 学 生 学 号 指导教师 王 春 发
一、选题目的与意义 目的：本设计题目旨在使内燃机专业学生结合内燃机设计、内燃机构造等方面的知识，对柴油机喷油器进行设计计算，训练学生机械设计、结构强度分析及机械制图等方面的综合能力，为今后的工作奠定基础。 意义：喷油器是内燃机的重要组成部分，其设计的合理性直接关系到内燃机的动力性、经济性和排放性能。随着内燃机高功率、高速化，人们对喷油器的性能指标（贯穿距离、喷雾锥度、喷雾质量等）的要求越来越高。好的喷油器设计可以使发动机具有低油耗、低排放和高动力性等特点，全面提高发动机的性能水平。 喷油器泄露故障一般分为内部泄漏和外部泄露两种情况。喷油器内部泄露的原因多是其在使用中早期磨损，造成其在系统压力的作用下，不断向进气歧管内泄露燃油。喷油器外部泄露多发生在喷油器和油轨连接处，多是密封面密封不言。若汽油泄漏在进气歧管外部，油滴在上，遇热后会在发动机舱内蒸发，一旦出现电火花，随时都会引起火灾，后果很严重。当喷油器发生内部泄漏后，会造成喷油器喷射出的燃油雾化不好，引起发动机运转不平稳，混合气燃烧不完全，排气管冒黑烟的现象，并会导致车辆的燃油消耗量明显增加。当喷油器发生外部泄漏故障后，会导致发动机起动困难、怠速熄火、动力性下降、耗油量增加、运转喘振和加速不良等故障的发生。另外，当喷油器与进气管连接处的密封面破损后，还会导致泄漏，致使额外的空气进入发动机燃烧室，造成混合气偏稀，引发发动机运转异常。如何能解决此类问题将是一大进步。 二、国内外研究现状 喷油器是电控燃油喷射系统的一个关键的执行器。它的作用是将电动燃油泵提供的压力油定时定量地喷入进气管中，与进气形成符合发动机运行工况要求的合适浓度的可燃混合气。喷油器是电喷系统中一个非常重要的执行器。通过控制喷油器可以实现对喷油量和喷油正时的控制。 在国外柴油机的发展已有一百年多的历史, 其技术发展可分为三个阶段。第一阶段:20 世纪20 年代中期以德国Bosch 公司为代表的机械式喷油系统代替了蓄压式供油系统,这样柴油机在车辆上的应用就产生了。第二阶段:50 年代初废气涡轮增压技术,奠定了它在该行业中的动力装置的基础。第三个阶段:80 年代至今, 现代微机作为电控单元的电控技术在柴油机上的应用, 就有了现代先进汽车柴油机电控系统的产生和发展, 使柴油机在动力性、经济性、排放及噪声指标等具有了强有力的竞争能力,柴油机技术的发展因而进入了一个新的历史阶段。
仅1993 年统计,德国Bosch 公司的电控分配泵和电控直列泵在市场上已超25 万台,美国底特律柴油机公司DDEC电控泵喷嘴系统生产了10 万多台,还有日本一些公司生产的可变预行程的TICS 直列泵已达2 万多台,其中绝大部分是电控的。另外如美国Caterpillar 公司、日本Nippon 公司、德国Denso 公司都进行了共轨电控燃油喷射系统研究,并相继投入到生产中。到目前为止,各国已研制并生产各种柴油机电子控制系统, 有力的缓解了当前的世界性能源危机和汽车污染。一些汽车工业发达国家的柴油机电控技术水平目前已相当发达。目前欧美国家中100％重型车、90% 轻型车采用柴油机,欧洲的柴油轿车在轿车保有量中比例超过40%,新车产量比例超过50%。博世公司对中国市场的保守预测是,到2015 年,柴油车所占比例能达到25％,而同样到2015 年据有些文章[2]介绍在美国轻型车辆和轿车领域,柴油车的市场份额将提高到大约1 5 % 。 目前国内的柴油机电控燃油喷射技术比国外又落后很多,我国汽车工业与国际水平还存在相当大的差距,对电控柴油机技术的应用还是不完善。我国的柴油机电控技术起步较晚,自20 世纪80 年代中期以后,许多科研单位和院校进行了该项技术的研究, 并有了一定成果。在位置控制系统方而, 国内研究的是比较多的。如长春汽车研究所对直列泵的可变预行程控制进行了研究,实现了CA6110 系列柴油机的调速控制;北京理工大学用电磁阀通过液压伺服机构来驱动齿条实现了直列泵的喷油量控制;东汽公司在 CUMMINS6BT 上进行的基于调节齿杆位置控制油量的调速器系统也取得了一定成效[3]。在开发高压共轨系统及其与柴油机匹配技术方面目前正处于研制开发阶段, 目前主要研究工作是柴油机电控喷射系统的研究与开发。国内这方面研究的重点大学如吉林工业大学等以及长春和无锡的等70 个研究所分别在循环供(喷)油量和供(喷)正时的“位置控制”、“时间控制”和“共轨式系统\等各个方面进行了开发和试验研究工作, 并取得了显着成果。国内既积极引进国外先进技术又努力自主开发,04年底威孚集团和Bosch 公司联合组建了博世汽车柴油系统股份有限公司,该公司以Bosch 公司技术为依托在无锡生产高压共轨系统。Bosch 公司满足欧Ⅲ排放标准的高压共轨系统已投入使用国内市场。国内在一些关键技术问题如高速电磁阀的研究、泵油量的控制、执行机构的开发、泄漏问题、各学科分工合作等还不怎么成熟和完善。目前相关企业正在致力于做一些共轨电控及其标定系统研制开发、零部件的优化调整、燃油特性分析和燃油系统的模拟计算等方面工作。 喷油器实际上是一个电磁阀，主要由针阀、衔铁和电磁线圈组成。当电控单元发出喷油脉冲信号使电磁线圈通电时，电磁线圈产生的电磁力将衔铁和针阀吸
[1]
起，阀门打开，燃油便通过喷油器喷出，与进气歧管内的空气混合后进入气缸。当电源被切断后，针阀便在回位弹簧的作用下关闭，停止喷油。喷油量与喷油器喷油的时间(即针阀打开的时间)成正比，而针阀打开的时间又由MCU输出的电脉冲宽度控制。喷油器是一种加工精度非常高的精密器件，因此要求它的动态流量范围大、抗堵塞、抗污染能力强以及雾化性能好。为了满足这些性能要求，有各种不同结构型式的电控喷油器，我们一般常见的有轴针式、球阀式等。 现代轿车发动机具有较低的燃油消耗率和较高的功率，各种型号发动机的进气空气流量范围扩大，因此喷油器的动态流量范围必须随之增大。减轻针阀质量并提高弹簧预紧力，对获得宽广的动态流量范围十分有效。同时用球阀简化计量部分的结构，有助于提高喷油量的精度。此外，喷油器体和盖用高导磁不锈钢制成，提高了耐腐性[4]。 近年来, 日趋苛刻的排放法规使降低发动机有害排放量成为内燃机行业关注的焦点。发动机制造 厂商提供的产品既要满足排放法规的要求, 又要满足用户对经济性、可靠性的要求。柴油机燃油喷射系统即可满足上述要求。为了满足欧洲Ⅲ和美国1998年排放法规, 未来的燃油喷射系统将具备如下特性[5]: ( 1) 较高的、灵活可调的平均有效喷射压力p jm; ( 2) 低的初期喷油速率或预喷射功能; ( 3) 快速停油功能; ( 4) 灵活的喷油定时控制; ( 5) 完善的柴油机电控功能。 高的平均有效喷射压力对于同时降低NOx 和微粒排放是十分有效的。灵活可调的p jm、喷油规律可控及喷油定时的灵活控制能使燃油喷射过程在所有工况范围内满足燃烧的需求。在燃油喷射技术中,预喷射对优化发动机性能的显着作用已为众多的研究所证实 [6,7]。Shimada 等人[8]的研究表明: 为了避免预喷射对碳烟排放的不利影响, 采用小喷孔、精确控制预喷射量及预喷射相位是十分关键的。1994 年有许多这方面的研究报导[9～12] , 其结论是: 最佳的喷油规律是在喷油初期采用较低的喷油速率或少量的预喷射, 以控制NOx 的排放, 在喷油中期采用较高的喷油速率以控制微粒的排放。 众多研究已形成一致的观点: 采用共轨式燃油喷射系统是实现喷油定时、p jm 、预喷射及喷油速率灵活控制的有效途径。BKM 公司的Ser -vojet 电控单体喷油器是一种中压蓄压式共轨燃油喷射系统[13] 。与增压式燃油喷射系统相比,
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