畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 題 目 學(xué) 院 機(jī) 電 與 汽 車(chē) 工 程 專(zhuān) 業(yè) 熱 能 與 動(dòng) 力 工 程 （內(nèi)燃機(jī)） 學(xué) 生 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 王 春 發(fā) 一、選題目的與意義 目的：本設(shè)計(jì)題目旨在使內(nèi)燃機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生結(jié)合內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)、內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造等方面的知識(shí)，對(duì)柴油機(jī)噴油器進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，訓(xùn)練學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析及機(jī)械制圖等方面的綜合能力，為今后的工作奠定基礎(chǔ)。 意義：噴油器是內(nèi)燃機(jī)的重要組成部分，其設(shè)計(jì)的合理性直接關(guān)系到內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能。隨著內(nèi)燃機(jī)高功率、高速化，人們對(duì)噴油器的性能指標(biāo)（貫穿距離、噴霧錐度、噴霧質(zhì)量等）的要求越來(lái)越高。好的噴油器設(shè)計(jì)可以使發(fā)動(dòng)機(jī)具有低油耗、低排放和高動(dòng)力性等特點(diǎn)，全面提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能水平。 噴油器泄露故障一般分為內(nèi)部泄漏和外部泄露兩種情況。噴油器內(nèi)部泄露的原因多是其在使用中早期磨損，造成其在系統(tǒng)壓力的作用下，不斷向進(jìn)氣歧管內(nèi)泄露燃油。噴油器外部泄露多發(fā)生在噴油器和油軌連接處，多是密封面密封不言。若汽油泄漏在進(jìn)氣歧管外部，油滴在氣缸體上，遇熱后會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)蒸發(fā)，一旦出現(xiàn)電火花，隨時(shí)都會(huì)引起火災(zāi)，后果很?chē)?yán)重。當(dāng)噴油器發(fā)生內(nèi)部泄漏后，會(huì)造成噴油器噴射出的燃油霧化不好，引起發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，混合氣燃燒不完全，排氣管冒黑煙的現(xiàn)象，并會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛的燃油消耗量明顯增加。當(dāng)噴油器發(fā)生外部泄漏故障后，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難、怠速熄火、動(dòng)力性下降、耗油量增加、運(yùn)轉(zhuǎn)喘振和加速不良等故障的發(fā)生。另外，當(dāng)噴油器與進(jìn)氣管連接處的密封面破損后，還會(huì)導(dǎo)致進(jìn)氣系統(tǒng)泄漏，致使額外的空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，造成混合氣偏稀，引發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)異常。如何能解決此類(lèi)問(wèn)題將是一大進(jìn)步。二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 噴油器是電控燃油噴射系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵的執(zhí)行器。它的作用是將電動(dòng)燃油泵提供的壓力油定時(shí)定量地噴入進(jìn)氣管中，與進(jìn)氣形成符合發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況要求的合適濃度的可燃混合氣。噴油器是電噴系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的執(zhí)行器。通過(guò)控制噴油器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油量和噴油正時(shí)的控制。 在國(guó)外柴油機(jī)的發(fā)展已有一百年多的歷史, 其技術(shù)發(fā)展可分為三個(gè)階段。第一階段:20 世紀(jì)20 年代中期以德國(guó)Bosch 公司為代表的機(jī)械式噴油系統(tǒng)代替了蓄壓式供油系統(tǒng),這樣柴油機(jī)在車(chē)輛上的應(yīng)用就產(chǎn)生了。第二階段:50 年代初廢氣渦輪增壓技術(shù),奠定了它在該行業(yè)中的動(dòng)力裝置的基礎(chǔ)。第三個(gè)階段:80 年代至今, 現(xiàn)代微機(jī)作為電控單元的電控技術(shù)在柴油機(jī)上的應(yīng)用, 就有了現(xiàn)代先進(jìn)汽車(chē)柴油機(jī)電控系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展, 使柴油機(jī)在動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放及噪聲指標(biāo)等具有了強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)能力,柴油機(jī)技術(shù)的發(fā)展因而進(jìn)入了一個(gè)新的歷史階段。僅1993 年統(tǒng)計(jì),德國(guó)Bosch 公司的電控分配泵和電控直列泵在市場(chǎng)上已超25 萬(wàn)臺(tái),美國(guó)底特律柴油機(jī)公司DDEC電控泵噴嘴系統(tǒng)生產(chǎn)了10 萬(wàn)多臺(tái),還有日本一些公司生產(chǎn)的可變預(yù)行程的TICS 直列泵已達(dá)2 萬(wàn)多臺(tái),其中絕大部分是電控的。另外如美國(guó)Caterpillar 公司、日本Nippon 公司、德國(guó)Denso 公司都進(jìn)行了共軌電控燃油噴射系統(tǒng)研究,并相繼投入到生產(chǎn)中1。到目前為止,各國(guó)已研制并生產(chǎn)各種柴油機(jī)電子控制系統(tǒng), 有力的緩解了當(dāng)前的世界性能源危機(jī)和汽車(chē)污染。一些汽車(chē)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的柴油機(jī)電控技術(shù)水平目前已相當(dāng)發(fā)達(dá)。目前歐美國(guó)家中100重型車(chē)、90% 輕型車(chē)采用柴油機(jī),歐洲的柴油轎車(chē)在轎車(chē)保有量中比例超過(guò)40%,新車(chē)產(chǎn)量比例超過(guò)50%。博世公司對(duì)中國(guó)市場(chǎng)的保守預(yù)測(cè)是,到2015 年,柴油車(chē)所占比例能達(dá)到25,而同樣到2015 年據(jù)有些文章2介紹在美國(guó)輕型車(chē)輛和轎車(chē)領(lǐng)域,柴油車(chē)的市場(chǎng)份額將提高到大約1 5 % 。 目前國(guó)內(nèi)的柴油機(jī)電控燃油噴射技術(shù)比國(guó)外又落后很多,我國(guó)汽車(chē)工業(yè)與國(guó)際水平還存在相當(dāng)大的差距,對(duì)電控柴油機(jī)技術(shù)的應(yīng)用還是不完善。我國(guó)的柴油機(jī)電控技術(shù)起步較晚,自20 世紀(jì)80 年代中期以后,許多科研單位和院校進(jìn)行了該項(xiàng)技術(shù)的研究, 并有了一定成果。在位置控制系統(tǒng)方而, 國(guó)內(nèi)研究的是比較多的。如長(zhǎng)春汽車(chē)研究所對(duì)直列泵的可變預(yù)行程控制進(jìn)行了研究,實(shí)現(xiàn)了CA6110 系列柴油機(jī)的調(diào)速控制;北京理工大學(xué)用電磁閥通過(guò)液壓伺服機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)齒條實(shí)現(xiàn)了直列泵的噴油量控制;東汽公司在 CUMMINS6BT 上進(jìn)行的基于調(diào)節(jié)齒桿位置控制油量的調(diào)速器系統(tǒng)也取得了一定成效3。在開(kāi)發(fā)高壓共軌系統(tǒng)及其與柴油機(jī)匹配技術(shù)方面目前正處于研制開(kāi)發(fā)階段, 目前主要研究工作是柴油機(jī)電控噴射系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)。國(guó)內(nèi)這方面研究的重點(diǎn)大學(xué)如吉林工業(yè)大學(xué)等以及長(zhǎng)春和無(wú)錫的等70 個(gè)研究所分別在循環(huán)供(噴)油量和供(噴)正時(shí)的“位置控制”、“時(shí)間控制”和“共軌式系統(tǒng)" 等各個(gè)方面進(jìn)行了開(kāi)發(fā)和試驗(yàn)研究工作, 并取得了顯著成果。國(guó)內(nèi)既積極引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)又努力自主開(kāi)發(fā),04年底威孚集團(tuán)和Bosch 公司聯(lián)合組建了博世汽車(chē)柴油系統(tǒng)股份有限公司,該公司以Bosch 公司技術(shù)為依托在無(wú)錫生產(chǎn)高壓共軌系統(tǒng)。Bosch 公司滿(mǎn)足歐排放標(biāo)準(zhǔn)的高壓共軌系統(tǒng)已投入使用國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)在一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題如高速電磁閥的研究、泵油量的控制、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開(kāi)發(fā)、泄漏問(wèn)題、各學(xué)科分工合作等還不怎么成熟和完善。目前相關(guān)企業(yè)正在致力于做一些共軌電控及其標(biāo)定系統(tǒng)研制開(kāi)發(fā)、零部件的優(yōu)化調(diào)整、燃油特性分析和燃油系統(tǒng)的模擬計(jì)算等方面工作。噴油器實(shí)際上是一個(gè)電磁閥，主要由針閥、銜鐵和電磁線(xiàn)圈組成。當(dāng)電控單元發(fā)出噴油脈沖信號(hào)使電磁線(xiàn)圈通電時(shí)，電磁線(xiàn)圈產(chǎn)生的電磁力將銜鐵和針閥吸起，閥門(mén)打開(kāi)，燃油便通過(guò)噴油器噴出，與進(jìn)氣歧管內(nèi)的空氣混合后進(jìn)入氣缸。當(dāng)電源被切斷后，針閥便在回位彈簧的作用下關(guān)閉，停止噴油。噴油量與噴油器噴油的時(shí)間(即針閥打開(kāi)的時(shí)間)成正比，而針閥打開(kāi)的時(shí)間又由MCU輸出的電脈沖寬度控制。噴油器是一種加工精度非常高的精密器件，因此要求它的動(dòng)態(tài)流量范圍大、抗堵塞、抗污染能力強(qiáng)以及霧化性能好。為了滿(mǎn)足這些性能要求，有各種不同結(jié)構(gòu)型式的電控噴油器，我們一般常見(jiàn)的有軸針式、球閥式等。 現(xiàn)代轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)具有較低的燃油消耗率和較高的功率，各種型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣空氣流量范圍擴(kuò)大，因此噴油器的動(dòng)態(tài)流量范圍必須隨之增大。減輕針閥質(zhì)量并提高彈簧預(yù)緊力，對(duì)獲得寬廣的動(dòng)態(tài)流量范圍十分有效。同時(shí)用球閥簡(jiǎn)化計(jì)量部分的結(jié)構(gòu)，有助于提高噴油量的精度。此外，噴油器體和蓋用高導(dǎo)磁不銹鋼制成，提高了耐腐性4。 近年來(lái), 日趨苛刻的排放法規(guī)使降低發(fā)動(dòng)機(jī)有害排放量成為內(nèi)燃機(jī)行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠(chǎng)商提供的產(chǎn)品既要滿(mǎn)足排放法規(guī)的要求, 又要滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)經(jīng)濟(jì)性、可靠性的要求。柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)即可滿(mǎn)足上述要求。為了滿(mǎn)足歐洲和美國(guó)1998年排放法規(guī), 未來(lái)的燃油噴射系統(tǒng)將具備如下特性5:( 1) 較高的、靈活可調(diào)的平均有效噴射壓力p jm;( 2) 低的初期噴油速率或預(yù)噴射功能;( 3) 快速停油功能;( 4) 靈活的噴油定時(shí)控制;( 5) 完善的柴油機(jī)電控功能。高的平均有效噴射壓力對(duì)于同時(shí)降低NOx 和微粒排放是十分有效的。靈活可調(diào)的p jm、噴油規(guī)律可控及噴油定時(shí)的靈活控制能使燃油噴射過(guò)程在所有工況范圍內(nèi)滿(mǎn)足燃燒的需求。在燃油噴射技術(shù)中,預(yù)噴射對(duì)優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)性能的顯著作用已為眾多的研究所證實(shí) 6,7。Shimada 等人8的研究表明: 為了避免預(yù)噴射對(duì)碳煙排放的不利影響, 采用小噴孔、精確控制預(yù)噴射量及預(yù)噴射相位是十分關(guān)鍵的。1994 年有許多這方面的研究報(bào)導(dǎo)912 , 其結(jié)論是: 最佳的噴油規(guī)律是在噴油初期采用較低的噴油速率或少量的預(yù)噴射, 以控制NOx 的排放, 在噴油中期采用較高的噴油速率以控制微粒的排放。眾多研究已形成一致的觀(guān)點(diǎn): 采用共軌式燃油噴射系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)噴油定時(shí)、p jm 、預(yù)噴射及噴油速率靈活控制的有效途徑。BKM 公司的Ser -vojet 電控單體噴油器是一種中壓蓄壓式共軌燃油噴射系統(tǒng)13 。與增壓式燃油噴射系統(tǒng)相比, 該系統(tǒng)具有蓄壓式燃油噴射系統(tǒng)的所有優(yōu)點(diǎn), 包括較小的供油泵尺寸和流量, 簡(jiǎn)單的噴油器結(jié)構(gòu)和良好的可靠性。然而受其內(nèi)部工作原理的限制, 該系統(tǒng)的p jm較低, 其供油規(guī)律先急后緩并且停油不干脆。 三、主要研究?jī)?nèi)容1、噴油器的作用與要求 噴油器的作用是將噴油泵在一定時(shí)刻所供給的高壓燃油霧化成細(xì)微的燃油顆粒噴入氣缸,并分布到整個(gè)燃燒室中,使燃油的顆粒與空氣進(jìn)行良好的混合而形成可燃混合氣體。當(dāng)噴油器工作不良時(shí),會(huì)使柴油機(jī)起動(dòng)困難,運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)冒黑煙,功率和經(jīng)濟(jì)性下降,轉(zhuǎn)速不穩(wěn)。出現(xiàn)噪音、“敲缸”、甚至滅火停車(chē)等14現(xiàn)象。2、噴油器故障分析 噴油器位于燃燒室頂部,直接暴露在高溫高壓可燃混合氣體中,工作溫度高,工作條件差。熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷常常會(huì)引起針閥偶件密封不良、燃?xì)饣馗Z,甚至停止工作,此外,噴油器工作狀況的好壞,直接影響柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、排放、可靠性等。因此,對(duì)噴油器常見(jiàn)故障進(jìn)行分析及排除是十分必要的。 噴油嘴主要損壞形式是磨損。首先主要發(fā)生在針閥錐面和針閥體座面、針閥偶件圓柱配合面上;其次是針閥體端面腐蝕和噴孔的孔徑擴(kuò)大和失圓。這對(duì)精密偶件出現(xiàn)的問(wèn)題較多,噴油器經(jīng)常發(fā)生磨損的部位有密封錐面、噴孔、針閥與針閥孔導(dǎo)向面15。 (1)針閥錐面和針閥體座面的磨損是由于噴油器彈簧的沖擊與柴油中雜質(zhì)的沖刷所致。密封錐面磨損后會(huì)使錐面密封環(huán)帶接觸面加寬、錐面變形,光潔度降低。其結(jié)果造成噴油嘴滴油,噴孔附近形成積炭,甚至堵塞噴孔。滴油嚴(yán)重的噴油嘴,在工作中還會(huì)出現(xiàn)斷續(xù)的敲擊聲,導(dǎo)致柴油機(jī)工作不均勻,排氣冒黑煙等。 (2)針閥偶件圓柱配合面是由于柴油中含有雜質(zhì)所致。磨損大部分發(fā)生在導(dǎo)向部分的下端,使針閥導(dǎo)向部分表面呈細(xì)微的軸向劃痕。其結(jié)果使噴油嘴的回油量增多,噴油量減少,噴油壓力降低,噴油時(shí)間延遲,噴油霧化不良和滴油,并造成積炭。這種狀態(tài)下,柴油機(jī)既不能全負(fù)荷工作,也會(huì)造成起動(dòng)困難。 (3)針閥體端面噴油嘴噴孔的直徑一般在012mm08mm,噴孔直徑擴(kuò)大是由于高壓柴油夾帶的雜質(zhì)長(zhǎng)期沖刷的結(jié)果。噴孔磨損后孔壁上出現(xiàn)細(xì)密的軸向溝痕,噴孔加大和失圓,導(dǎo)致噴油壓力下降,噴射距離縮短,柴油霧化不良,缸內(nèi)積碳增多。針閥體噴孔周?chē)袝r(shí)會(huì)產(chǎn)生積炭,不僅影響燃油霧化,也會(huì)使針閥體過(guò)熱而損壞。 隨著對(duì)環(huán)保的逐漸重視和排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，加強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制、進(jìn)供油系統(tǒng)的性能，已經(jīng)成為汽車(chē)研究領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。電控噴油系統(tǒng)的運(yùn)用，使發(fā)動(dòng)機(jī)具有低油耗、低排放和高動(dòng)力性等特點(diǎn)，全面提高了汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能水平，其主要原因在于電噴技術(shù)的應(yīng)用使得發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射更精準(zhǔn)，霧化更均勻，燃燒控制更精確。電控噴油器作為電控噴射系統(tǒng)的最終執(zhí)行部件，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性顯得極為關(guān)鍵。改進(jìn)噴油器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)一步提高噴油器的響應(yīng)速度，最終提高發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于柴油噴油器的設(shè)計(jì)改進(jìn)已經(jīng)得到重視，汽油噴油器的改進(jìn)設(shè)計(jì)也在逐步開(kāi)展中。其主要著重于汽油噴油器機(jī)械運(yùn)動(dòng)件的結(jié)構(gòu)改進(jìn)研究，基于電磁閥動(dòng)力學(xué)模型，分析了影響噴油器電磁響應(yīng)特性的關(guān)鍵因素，依據(jù)分析結(jié)果對(duì)噴油器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，并通過(guò)有限元分析軟件對(duì)改進(jìn)后噴油器的疲勞強(qiáng)度進(jìn)行了校核，通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后對(duì)噴油器動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的影響。四、研究方法與實(shí)施方案1.分析噴油器的工作原理及建立其數(shù)學(xué)模型。2.根據(jù)噴油器數(shù)學(xué)模型分析進(jìn)行噴油器結(jié)構(gòu)優(yōu)化。（1）噴霧作用（2） 定時(shí)作用（3） 壓力控制（4） 計(jì)量作用（5） 噴油器與燃燒室的匹配3. 結(jié)構(gòu)改進(jìn)后噴油器的強(qiáng)度須對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)證。（1） 應(yīng)力校核（2） 材料的選擇與熱處理4. 改進(jìn)性能對(duì)比驗(yàn)證。實(shí)施方案：第1.2周收集、整理資料、外文翻譯第3.4周針對(duì)錫柴 4DW93-84E4噴油器進(jìn)行總體設(shè)計(jì)第5.6.7周對(duì)所設(shè)計(jì)的噴油器進(jìn)行計(jì)算分析（噴油油壓、噴油量、與燃燒室匹配）第8.9周熟練工程繪圖軟件第10.11周繪制噴油器總成裝配圖及零部件圖第12.13周撰寫(xiě)畢業(yè)論文、繪制圖紙第14周修改、打印、裝訂第15周畢業(yè)答辯5、 主要參考文獻(xiàn)1 陳亮.高獻(xiàn)坤.王導(dǎo)南.柴油機(jī)電子燃油噴射系統(tǒng)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀J.內(nèi)燃機(jī),2008(2):1-4.2 冒曉建.GD-1 高壓共軌噴油系統(tǒng)電子控制的研究與電控供油泵的開(kāi)發(fā)D.上海:上海交通大 學(xué),2002:3-15.3 蔣德明.內(nèi)燃機(jī)原理M.西安:西安交通大學(xué)出版,1986.4 王俊席.楊林 GD-1高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的應(yīng)用研究. 期刊論文 -柴油機(jī)2004(zk)5 胡林峰.柴油噴射系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及潛力(上). 期刊論文 -現(xiàn)代車(chē)用動(dòng)力2004(08)6 Masahiro Ishida, et al. 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