柴油機(jī)噴油器進(jìn)行設(shè)計計算開題報告模板.doc

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畢業(yè)設(shè)計（論文） 開題報告 題 目 學(xué) 院 機(jī) 電 與 汽 車 工 程 專 業(yè) 熱 能 與 動 力 工 程 （內(nèi)燃機(jī)） 學(xué) 生 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 王 春 發(fā) 一、選題目的與意義 目的：本設(shè)計題目旨在使內(nèi)燃機(jī)專業(yè)學(xué)生結(jié)合內(nèi)燃機(jī)設(shè)計、內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造等方面的知識，對柴油機(jī)噴油器進(jìn)行設(shè)計計算，訓(xùn)練學(xué)生機(jī)械設(shè)計、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)計的合理性直接關(guān)系到內(nèi)燃機(jī)的動力性、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）的要求越來越高。好的噴油器設(shè)計可以使發(fā)動機(jī)具有低油耗、低排放和高動力性等特點，全面提高發(fā)動機(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，遇熱后會在發(fā)動機(jī)艙內(nèi)蒸發(fā)，一旦出現(xiàn)電火花，隨時都會引起火災(zāi)，后果很嚴(yán)重。當(dāng)噴油器發(fā)生內(nèi)部泄漏后，會造成噴油器噴射出的燃油霧化不好，引起發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，混合氣燃燒不完全，排氣管冒黑煙的現(xiàn)象，并會導(dǎo)致車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，會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)起動困難、怠速熄火、動力性下降、耗油量增加、運轉(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，還會導(dǎo)致進(jìn)氣系統(tǒng)泄漏，致使額外的空氣進(jìn)入發(fā)動機(jī)燃燒室，造成混合氣偏稀，引發(fā)發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)異常。如何能解決此類問題將是一大進(jìn)步。 二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 噴油器是電控燃油噴射系統(tǒng)的一個關(guān)鍵的執(zhí)行器。它的作用是將電動燃油泵提供的壓力油定時定量地噴入進(jìn)氣管中，與進(jìn)氣形成符合發(fā)動機(jī)運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)中一個非常重要的執(zhí)行器。通過控制噴油器可以實現(xiàn)對噴油量和噴油正時的控制。 在國外柴油機(jī)的發(fā)展已有一百年多的歷史, 其技術(shù)發(fā)展可分為三個階段。第一階段:20 世紀(jì)20 年代中期以德國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)中的動力裝置的基礎(chǔ)。第三個階段: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)汽車柴油機(jī)電控系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展, 使柴油機(jī)在動力性、經(jīng)濟(jì)性、排放及噪聲指標(biāo)等具有了強(qiáng)有力的競爭能力,柴油機(jī)技術(shù)的發(fā)展因而進(jìn)入了一個新的歷史階段。僅1993 年統(tǒng)計,德國Bosch 公司的電控分配泵和電控直列泵在市場上已超25 萬臺,美國底特律柴油機(jī)公司DDEC電控泵噴嘴系統(tǒng)生產(chǎn)了10 萬多臺,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 萬多臺,其中絕大部分是電控的。另外如美國Caterpillar 公司、日本Nippon 公司、德國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)和汽車污染。一些汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國家的柴油機(jī)電控技術(shù)水平目前已相當(dāng)發(fā)達(dá)。目前歐美國家中100％重型車、90% 輕型車采用柴油機(jī),歐洲的柴油轎車在轎車保有量中比例超過40%,新車產(chǎn)量比例超過50%。博世公司對中國市場的保守預(yù)測是,到2015 年,柴油車所占比例能達(dá)到25％,而同樣到2015 年據(jù)有些文章[2]介紹在美國輕型車輛和轎車領(lǐng)域,柴油車的市場份額將提高到大約1 5 % 。 目前國內(nèi)的柴油機(jī)電控燃油噴射技術(shù)比國外又落后很多,我國汽車工業(yè)與國際水平還存在相當(dāng)大的差距,對電控柴油機(jī)技術(shù)的應(yīng)用還是不完善。我國的柴油機(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)行了該項技術(shù)的研究, 并有了一定成果。在位置控制系統(tǒng)方而, 國內(nèi)研究的是比較多的。如長春汽車研究所對直列泵的可變預(yù)行程控制進(jìn)行了研究,實現(xiàn)了CA6110 系列柴油機(jī)的調(diào)速控制;北京理工大學(xué)用電磁閥通過液壓伺服機(jī)構(gòu)來驅(qū)動齒條實現(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)的研究與開發(fā)。國內(nèi)這方面研究的重點大學(xué)如吉林工業(yè)大學(xué)等以及長春和無錫的等70 個研究所分別在循環(huán)供(噴)油量和供(噴)正時的“位置控制”、“時間控制”和“共軌式系統(tǒng)" 等各個方面進(jìn)行了開發(fā)和試驗研究工作, 并取得了顯著成果。國內(nèi)既積極引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)又努力自主開發(fā),04年底威孚集團(tuán)和Bosch 公司聯(lián)合組建了博世汽車柴油系統(tǒng)股份有限公司,該公司以Bosch 公司技術(shù)為依托在無錫生產(chǎn)高壓共軌系統(tǒng)。Bosch 公司滿足歐Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)的高壓共軌系統(tǒng)已投入使用國內(nèi)市場。國內(nèi)在一些關(guān)鍵技術(shù)問題如高速電磁閥的研究、泵油量的控制、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開發(fā)、泄漏問題、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)的模擬計算等方面工作。 噴油器實際上是一個電磁閥，主要由針閥、銜鐵和電磁線圈組成。當(dāng)電控單元發(fā)出噴油脈沖信號使電磁線圈通電時，電磁線圈產(chǎn)生的電磁力將銜鐵和針閥吸起，閥門打開，燃油便通過噴油器噴出，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間(即針閥打開的時間)成正比，而針閥打開的時間又由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，我們一般常見的有軸針式、球閥式等。 現(xiàn)代轎車發(fā)動機(jī)具有較低的燃油消耗率和較高的功率，各種型號發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣空氣流量范圍擴(kuò)大，因此噴油器的動態(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，對獲得寬廣的動態(tài)流量范圍十分有效。同時用球閥簡化計量部分的結(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, 日趨苛刻的排放法規(guī)使降低發(fā)動機(jī)有害排放量成為內(nèi)燃機(jī)行業(yè)關(guān)注的焦點。發(fā)動機(jī)制造 廠商提供的產(chǎn)品既要滿足排放法規(guī)的要求, 又要滿足用戶對經(jīng)濟(jì)性、可靠性的要求。柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)即可滿足上述要求。為了滿足歐洲Ⅲ和美國1998年排放法規(guī), 未來的燃油噴射系統(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于同時降低NOx 和微粒排放是十分有效的。靈活可調(diào)的p jm、噴油規(guī)律可控及噴油定時的靈活控制能使燃油噴射過程在所有工況范圍內(nèi)滿足燃燒的需求。在燃油噴射技術(shù)中,預(yù)噴射對優(yōu)化發(fā)動機(jī)性能的顯著作用已為眾多的研究所證實 [6,7]。Shimada 等人[8]的研究表明: 為了避免預(yù)噴射對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導(dǎo)[9～12] , 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點: 采用共軌式燃油噴射系統(tǒng)是實現(xiàn)噴油定時、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, 包括較小的供油泵尺寸和流量, 簡單的噴油器結(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、主要研究內(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,會使柴油機(jī)起動困難,運轉(zhuǎn)時冒黑煙,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、動力性、排放、可靠性等。因此,對噴油器常見故障進(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。這對精密偶件出現(xiàn)的問題較多,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,也會造成起動困難。 (3)針閥體端面噴油嘴噴孔的直徑一般在0．12mm～0．8mm,噴孔直徑擴(kuò)大是由于高壓柴油夾帶的雜質(zhì)長期沖刷的結(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。針閥體噴孔周圍有時會產(chǎn)生積炭,不僅影響燃油霧化,也會使針閥體過熱而損壞。 隨著對環(huán)保的逐漸重視和排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，加強(qiáng)發(fā)動機(jī)電子控制、進(jìn)供油系統(tǒng)的性能，已經(jīng)成為汽車研究領(lǐng)域的一個重要研究方向。電控噴油系統(tǒng)的運用，使發(fā)動機(jī)具有低油耗、低排放和高動力性等特點，全面提高了汽車發(fā)動機(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)動機(jī)的整體性能。目前國內(nèi)對于柴油噴油器的設(shè)計改進(jìn)已經(jīng)得到重視，汽油噴油器的改進(jìn)設(shè)計也在逐步開展中。其主要著重于汽油噴油器機(jī)械運動件的結(jié)構(gòu)改進(jìn)研究，基于電磁閥動力學(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)果對噴油器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計，并通過有限元分析軟件對改進(jìn)后噴油器的疲勞強(qiáng)度進(jìn)行了校核，通過對比實驗，驗證了結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后對噴油器動態(tài)響應(yīng)特性的影響。 四、研究方法與實施方案 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） 定時作用 （3） 壓力控制 （4） 計量作用 （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)度須對其進(jìn)行強(qiáng)度驗證。 （1） 應(yīng)力校核 （2） 材料的選擇與熱處理 4. 改進(jìn)性能對比驗證。 實施方案： 第1.2周收集、整理資料、外文翻譯 第3.4周針對錫柴 4DW93-84E4噴油器進(jìn)行總體設(shè)計 第5.6.7周對所設(shè)計的噴油器進(jìn)行計算分析（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)代車用動力2004(08) [6] Masahiro Ishida, et al. The Effect of Pilot Injection on Combustion in a Turbocharged DI Diesel Engine . SAE Paper 941692. [7] Durnholz M, Engders H, Frisse P. Preinjection—A Measure to Optimize the Emission Behaviour of DI Diesel Engine. SAE Paper 940674. [8] Shimada T , Shoji T , Tadaka Y. The Effect of Fuel Injection Pressure on Diesel Engine Performance. SAE Paper 891900. [9] Yoshihisa Yamaki, et al. Application of Common Rail Fuel System on a Heavy Duty Diesel Engine. SAE Paper 942294. [10]Isao Osuka, et al. Benefits of New Fuel Injection System Technology on Cold Startability of Diesel Engines Improvement of Cold Startability and White Smoke Reduction by Mean ofMulti Injection with Common Rail Fuel System ( ECD-U2). SAE Pa per 940586. [11]Hower M J, Mueller R A, et al. The New Navistar T444E Direct-Injection Turbocharged Diesel Engine.SAE Paper 930296. [12]Stocker A R, et al. Development of the HEUI Fuel System-Integration of Design, Simulation,Test, and Manufacturing . SAE Paper 930071. [13]Beck N John, Chen S K. Injection Rate Shaping and High Speed Combustion Analysis—New Tools for Diesel Engine Combustion Development . SAE Paper 900639. [14] 呂風(fēng)明.動力設(shè)備拆裝與操作[M].大連海事大學(xué)出版社. [15] 杜榮銘.船舶柴油機(jī)[M].大連海事大學(xué)出版社. [16] 梁亮． 汽車發(fā)動機(jī)電控噴油器性能的研究［D］． 北京: 中國科學(xué)院研究生院，2006． [17]《機(jī)械工程材料性能數(shù)據(jù)手冊》編委會． 機(jī)械工程材料性能數(shù)據(jù)手冊［M］． 北京: 機(jī)械工業(yè)出 版社，1994． 六、指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師： 時 間： 七、學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）指導(dǎo)小組意見 負(fù) 責(zé) 人： 時 間：