燃油喷射系统设计说明书.doc

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1、摘 要燃油喷射系统是柴油机的重要组成部分之一，是柴油机实现高效、清洁燃烧的核心技术，在满足不同阶段柴油机排放法规中，都是以采用先进的燃油喷射系统为前提。燃油喷射系统性能的好坏，直接影响柴油机的动力性、经济性和可靠性等性能指标。随着近年来对柴油机燃油经济性和排放要求的不断提高，电控燃油喷射技术己经成为柴油机的发展趋势。 喷油器是燃油喷射系统的关键部分。本文借鉴电控燃油喷射系统的特点和原理,对16V280ZJ型柴油机原来的单弹簧喷油器进行改善设计为双弹簧喷油器，从而使喷油器的结构更加简单合理，生产继承性好 、相对成本较低并保持喷油嘴偶件通用 ，能实现先缓后急的喷油规律，使柴油机保持良好的动力性和经

2、济性的同时，能够明显的改善柴油机低速怠速的稳定性并可降低初始喷油率，实现预喷射，有效的降低噪声与NOx的排放。最后通过使用UG NX绘制出改善设计后的三维图，以更清晰的表达其结构特征。关键词：柴油机 电控燃油喷射系统 双弹簧喷油器 UGAbstractsThe fuel injection system is one of the most important components of diesel engine, which is nuclear technology of realizing high efficiency, clear combustion, and adopting

3、advanced fuel injection system is the premise to satisfy the code of diesel engine discharge in different moment. The quality of the fuel injection system influence to the power、economy and reliability etc. With the higher and higher demand on the economy and discharge technology of diesel engine, t

4、he technology of electronic-controlled fuel injection has become the developing trend in recent years.The fuel injector is the key component in the fuel injection system. For 16V280ZJ diesel engine to improve the original single spring injectors designed for double spring injectors，So that the injec

5、tor structure more simple and reasonable, the production of good inheritance, relatively low cost and keep the gm of diesel injector nozzle, can realize slow after a quick first fuel injection law, To maintain good power performance and fuel economy of diesel engine at the same time, can significant

6、ly improve the low-speed diesel engine idle stability and can reduce initial injection rate, pilot injection, effective in reducing noise and emissions of NOx.After finally mapped the improved design by using UG NX 3D figure, in order to more clearly express their structural characteristics.Key word

7、: Diesel engine; Electronic-control fuel injection system; double spring injectors; UG NX.目 录第一章 绪论1第一节 引言1第二节 意义1第二章 柴油机电控燃油喷射系统的发展2第一节 柴油机电控燃油喷射技术的发展2一、第一代:位置控制式2二、第二代:时间控制式2三、第三代:压力、时间控制式3第二节 国内外机车柴油机燃油喷射技术的差距4一、国内外机车柴油机性能的比较4二、国内外机车柴油机燃油系统主要零部件可靠性寿命的比较4三、国内外柴油机燃油喷射系统状况5第三节 柴油机电控燃油喷射系统未来的发展方向5第三章

8、 喷油器的简介7第一节 喷油器的分类7第二节 喷油器的结构8第三节 喷油器的工作原理11第四节 喷油器的启喷压力11第五节 喷油器的流通特性13一、喷孔流通截面13二、针阀头部为单锥结构的座面流通截面积13三、针阀头部为双锥结构的座面流通截面14四、座面与喷孔截面比14第七节 柴油机喷油器常见故障及排除方法17第八节 燃油喷射系统对喷油器的要求及喷油器发展趋势19第四章 16V280ZJ柴油机双弹簧喷油器的设计21第一节 双弹簧喷油器改善方案21第二节 一级弹簧的设计计算21第三节 二级弹簧的设计计算24第五章 三维装配一览图29第六章：总结33谢辞34参考文献35第一章 绪论第一节 引言双弹

9、簧喷油器 自80年代由日本原杰克赛尔公司和电装公司开发研制并首先应用于重型车 用直喷式柴油机上。 目前 ，日本 的中重型柴油机发动机基本上都 已采用双弹簧喷油器。近年来，原杰克赛尔公司和电装公司在 已开发的配装 s系列孔式喷油嘴的双弹簧喷油器基础上又相继开发了配装 P系列孔式喷油嘴和 s系列轴针式喷油嘴的双弹簧喷油器，并相继应用于中型和轻型车用柴油机上。另外，德 国的 BOSCH公司、英 国的Lucas公司也都积极开发研制了多种双弹簧喷油器，并应用于多种类型 的柴油机上。近十年来汽车工业作为我国的支柱产业得到了迅速发展。随着汽车保有量的增加 ，其对环境造成的污染日为此，国家颁布了严格的期限性排

10、放法规，目前向欧 一以上方向发展。另外，市场对柴油机的经济性要求越来越高，这对发动机生产企业提出了挑战，要想在 日益激烈的市场中占有一席之地 ，必须一方面要满足排放法规，另一方面要努力提高经济性 ，同时必须努力降低生产成本。按照我国目前的国情 ，采用双弹簧喷油器不失为一个经济、有效的措施。目前，双弹簧喷油器在我国有待再深入研发，按目前国外对该喷油器的应用普及程度来看 ，在我国许多中重型车用柴油机上有许多开发研究工作可做。因此双弹簧喷油器的开发研究 ，对促进国内柴油机及汽车工业的发展具有重要的现实意义。第二节 意义通过对原单弹簧喷油器改善设计成为双弹簧喷油器后，希望能够更好的提高16V280ZJ

11、柴油机的性能。可以在一定程度上降低燃油喷射系统产生的噪音、减少尾气排放物的污染以及降低油耗等。这也为企业节省了大量费用，具有良好的经济效益和社会效益。柴油机具有许多优点，其缺点也必须加以克服：噪声高、NOx和颗粒排放高。新历史时期对车用内燃机的设计的要求已从传统的“动力性、经济性、耐久性”发展到现在的“高适应性、高效率、低排放、低噪声”，特别是越来越严格的低排放要求，这是对内燃机提出的新挑战，就柴油机技术发展而言，最具有挑战性的要求是解决排放污染、控制噪声、振动和行驶不平顺性以及取得满意性能所耗成本与所需技术之间的最佳协调问题。所以，通过改进现有柴油机的燃油喷射系统，提高燃油喷射系统的可靠性和

12、实用性，具有很重要的现实意义。第二章 柴油机电控燃油喷射系统的发展第一节 柴油机电控燃油喷射技术的发展早在70年代国外就已经开始研究柴油机电子控制技术。经过30多年的发展，主要经历了三个阶段：位置控制式电控喷射系统、时间控制式电控喷射系统、压力时间控制式电控喷射系统。一、第一代:位置控制式位置控制式电控喷射系统在原理上延续了机械式燃油喷射系统的基本原理及框架，不仅保留了传统的泵一管一嘴系统，而且还保留了原喷油泵中的齿条、滑套 柱塞上控制斜槽等控制油量的机械传动机构，只是对齿条或滑套的运动位置改用电子装置控制，电子控制机构取代了传统的机械式调速器和提前器。比起机械式燃油喷射系统，它在对喷油量控制

13、的精确性和灵敏性方面都有很大的提高。ECU根据各种传感器检测出发动机的状态及环境条件等，计算出发动机当前状态的最佳喷油量，发出指令，通过电磁驱动器调节齿杆或溢油环的位置进行控制。这种电子控制系统一般叫作电子调速器，在早期的电子调速器中，ECU采用的是模拟电子控制回路。位置控制式电控喷射系统其优点是无须对柴油机的结构进行改动，生产继承性好，便于对现有机型进行技术改造；缺点是控制自由度小，精度差，喷油率和喷油压力难于控制，而且不能改变传统喷油系统固有的喷射特性，因此很难较大幅度地提高喷射压力。典型的位置控制式电控喷油系统有：德国BOSCH公司的RP39和RP43型电控直列喷油泵；日本小松公司的KP

14、21型电控直列喷油泵；日本电装公司的ECDVl型电控分配泵；英国Lucas公司的EPIC型电控分配泵、美国Stanadyne公司的PCF型电控分配泵等。二、第二代:时间控制式第二代电控喷射系统是在第一代位置控制式的基础上发展起来的。时间控制式电控喷射系统是将原有的机械式喷油器改为带有高速强力电磁阀的喷油器，取消传统的齿条、螺旋槽、定时滑套等机构，使传统的喷油泵简化，刚性化，因此可以提供较高的喷油压力。它以脉冲信号来控制电磁阀的吸合与放开，电磁阀的关闭时刻和闭合时间决定了喷油定时和油量。与位置式电控喷射系统相比，它的控制自曲度大大提高，喷油压力也得到了提高，对喷油量和喷油定时的控制更精确、更灵敏

15、。第二代电控喷射系统的代表产品有:电子控制分配泵系统和电子控制泵喷嘴系统。典型的时间控制式电控喷油系统有：德国BOSCH公司的PDE27PDE28系统；英国Lucas公司的EUI系统；美国底特律阿列森公司的DDEC系统等。三、第三代:压力、时间控制式第三代电控喷射系统又称为共轨式电控喷射系统，共轨式电控喷射系统可分为三种，即蓄压式电控高压喷射系统、电控液压泵一喷嘴系统和高压共轨式电控喷射系统。在第一、二代电控喷射系统中，虽然这两种电控方式比以往机械式喷射系统都有了长足的进步，但他们都有一个无法克服的缺点，燃油压力都是由凸轮驱动喷油泵产生的，燃油压力随柴油机的转速及负荷变化。为了克服前两代电控燃

16、油系统中压力不可控制的缺点，第三代电子控制系统一共轨控制式电控燃油喷射系统则完全解决了这个问题。这种控制方式抛弃了传统的脉动供油原理，采用了具有可以独立控制压力的蓄压器一一油轨，通过共轨式、蓄压式或液压式形成高压燃油，利用压力时间式燃油计量原理实现喷油控制。这种控制方式在控制原理上实现了突破，喷油压力完全取决于油轨压力而与发动机转速无关。在发动机工作过程任何转速下，包括起动和怠速，都可以获得高的喷射压力和短的喷油持续期。所以，它不仅可以控制喷油定时和喷油量，而且可以控制喷油率，真正实现了对燃油喷射系统所有参数的控制，有了更大的灵活性。目前已成为柴油机电控喷油系统研究领域的重要课题与发展趋势。目

17、前，从事该系统研究的国外公司主要有：美国的BKM公司和Caterpillar公司、日本电装公司、意大利Fiat集团、德国BOSCH公司及英国Lucas公司等。其中较为典型的共轨式电控喷油系统有：美国BKM公司Servojet蓄压式电控高压喷射系统；美国Caterpillar公司的电控液压泵一喷嘴系统；日本电装公司ECDU2高压共轨式电控喷射系统；意大利Fiat集团Unijet喷油系统；德国BOSCH公司CR共轨式电控喷油系统；英国Lucas公司电控共轨喷油系统。如图2-1，电控高压燃油喷射系统的发展趋势。图2-1 电控高压燃油喷射系统的发展趋势第二节 国内外机车柴油机燃油喷射技术的差距一、国内

18、外机车柴油机性能的比较从柴油机强化水平和经济性角度来看,90年代国外内燃机车柴油机的平均有效压力都在210MPa以上,燃油消耗率普遍已降至200g/kWh以下。英国Ruston RK215型柴油机的平均有效压力为212MPa,燃油消耗率为197g/kWh，GE公司的7HDL型柴油机的平均有效压力为2112MPa，燃油消耗率已达186g/kWh。相比之下，现役国产机车柴油机的强化水平比较低，东风11 型机车用的16V280ZJA型柴油机的平均有效压力只有1165MPa，最高的东风4D型机车用16V240ZJD型柴油机，其平均有效压力也只达到1195MPa；目前,现役国产内燃机车柴油机的燃油消耗率

19、普遍超过(208 + 7)g/kWh，东风4D型机车柴油机的油耗率为(205 + 6)g/kWh，可见我国机车柴油机强化水平和经济性与国外相比还是有较大差距的。二、国内外机车柴油机燃油系统主要零部件可靠性寿命的比较目前，国外较先进的燃油喷油泵无故障使用寿命大都在2万h以上而国产机车柴油机的喷油泵(即使低强化型) 的产品寿命也只有8000h，强化型喷油泵差距更大。国外先进水平的机车柴油机用喷油器连续工作使用寿命大都在运用20万km以上，而国产机车柴油机用喷油器一般使用2万km就都必须进行检查,一般每台机车在检查中需要更换58 个喷油器，相比较维修费用较高，严重影响了机车使用率的提高。三、国内外柴

20、油机燃油喷射系统状况目前,在国外高速柴油机上采用的高压电控燃油喷射系统已经发展得比较完善了,特别是泵喷嘴结构的电子喷射控制技术已进入商品化阶段。泵管嘴形式的电控燃油喷射系统在美国GE公司DASH9型和AC6000型机车上的成功运用,把电控燃油喷射技术推广到了机车柴油机这个新的领域。现在国外柴油机的燃油喷射系统普遍采用高压喷射技术,燃油喷射压力达到120150MPa ,特别是近年,高压喷射技术和电控技术相结合,可以使柴油机在整个运用范围内都处于最佳参数运行状态,较好地满足了现代柴油机高强化、高经济性以及低排放的要求。现役国产主型机车柴油机(包括240系列和280系列柴油机) 燃油喷射系统均采用单

21、体泵高压油管喷油嘴结构形式。这种结构采用回油孔调节方式改变柴油机单缸循环喷油量,即在喷油泵柱塞上开有螺旋槽,通过柱塞转动,改变螺旋槽和柱塞套上回油孔的相对位置,来调节每循环的喷油量,柱塞的转动是由调速器的拉杆拉动喷油泵齿条来实现的,喷油始点由柱塞的上顶端面遮蔽进油孔来控制。这种传统的喷油系统,由于供油凸轮型线和柱塞螺旋线的加工精度对循环喷油量的影响,难以保证柴油机各缸循环喷油量完全相同；而且由柱塞顶面控制的喷油始点是不变的,这样只使柴油机在某一工况附近较好地组织燃烧,其它工况柴油机燃烧质量较差,所以传统的燃油喷射系统,在提高部分负荷经济性和排放控制方面有很大的局限性。而且,采用传统的燃油喷射系

22、统,难以对喷油率进行有效控制,在开始喷油时,瞬间喷油率很高,着火前形成大量的可燃混合气,使得柴油机燃烧室内瞬间燃烧压力升高很大,造成燃烧过程粗爆和燃烧噪声大。为了降低燃烧压力瞬间升高率,就需要缩短滞燃期,减少着火前喷入气缸的燃油量,这就要求燃油雾化颗粒更细,采用更高的燃油喷射压力。但喷油压力过高,会引起柴油机低速不稳定,造成二次喷射、凸轮表面剥离、燃油系统密封困难等问题,所以我国机车柴油机的燃油喷射压力峰值一直徘徊在7090MPa。第三节 柴油机电控燃油喷射系统未来的发展方向未来的柴油机燃油喷射装置将向着喷射压力高；喷油量及喷油正时可灵活控制；喷油速率可控制在最佳的方向发展。全电子控制的燃油喷

23、射系统是实现燃油喷射过程柔性控制的必然趋势。综合分析国内外对柴油机电控燃油喷射系统的研究历史和现状，应在以下几个方面进一步加强研究:（1）高速、强力电磁阀的研究开发；（2）高压转子式和直列式喷油泵原件的研究开发；（3）柴油机变工况下燃油流动压力波的计算与控制研究；（4）电控系统软、硬件的研究开发；（5）最佳喷油规律的研究；（6）电喷系统与柴油机优化匹配的研究；（7）新型及智能型传感器的研制；（8）安全保护与提高故障诊断及紧急运行能力的研究；（9）集成电喷系统、车辆其他电控系统及整车优化控制的研究。第三章 喷油器的简介第一节 喷油器的分类图3-1 弹簧上置式和弹簧下置式喷油器燃油喷射系统是柴油机

24、的心脏部件，对柴油机的性能起着决定性的作用，而喷油器则是供油系统中的重要部件，它处于整个供油系统的终端，它的结构与参数选择对于喷油过程、喷雾质量、油束与燃烧室的配合，乃至整个混合气体形成与燃烧有着重要影响。同时喷油器直截安装在柴油机气缸盖上，喷油器头部高温燃烧气体直接接触，工作条件极为苛刻，因此它又是影响柴油机可靠性的关键部件之一。按类型分：喷油器分为开式和闭式两种 开式：结构简单，但雾化质量和喷射性能较差，很少被采用。闭式：又称液压启阀式，利用液压启阀原理，针阀向内开启，雾化质量好，广泛应用在各种柴油机上。 16V280ZJ柴油机喷油器为闭式。按喷孔数目分：喷油器分为单孔式和多空式单孔式：喷

25、孔直径在0.251.25mm 多孔式：412 个，孔径 0.151mm 16V280ZJ柴油机喷油器喷孔为8个。按调压弹簧位置分： 弹簧上置式，如图3-1中a图所示弹簧下置式，如图3-1中b图所示16V280ZJ柴油机喷油器为弹簧下置式。 16V280ZJ柴油机喷油器为弹簧下置式，也称为低惯量喷油器。这种喷油器调压弹簧靠近喷油嘴，挺杆等运动件质量和惯性小，减轻了针阀对座面的撞击和挺杆的跳跃，使针阀运动对油压变化反应灵敏，尤其是喷射终了时针阀关闭性能得到改善。对防止针阀座面穴蚀，避免燃气倒流造成油嘴结胶，卡死以及由于针阀反应不灵可能造成的后期喷射等不良现象都有明显效果。低惯量喷油器中调压弹簧的的

26、工作条件和负荷情况也得到了改善，因为弹簧可以浸入柴油中，运动件质量小，针阀运动速度和挺杆的超越升程在弹簧中引起的附加应力小，但是由于喷油体内空间有限，位置又接近热区，因而对弹簧的质量要求较为严格8。第二节 喷油器的结构16V280ZJ柴油机燃油喷射系统的喷油器为机械式低惯性多孔闭式喷油器，结构如图3-2所示：图3-2 16V280ZJ柴油机喷油器结构图1针阀，2针阀体，3压紧螺帽，4支座板，5弹簧下座，6调压弹簧7弹簧上座，8喷油器，9调压弹簧，10螺母，11保护帽4-支座板 5-弹簧下座16V280ZJ柴油机燃油喷射系统的喷油器改进设计为双弹簧后，其结构如图33,图34中所示。图3-3 16

27、V280ZJ柴油机双弹簧喷油器结构图图3-4 16V280ZJ柴油机双弹簧喷油器限位块局部放大图喷油器中的关键部分是将燃料喷入气缸的喷嘴即针阀偶件，针阀在针阀体中自由上下运动，有可靠密封，允许微量漏油以润滑，因此人们将它与出油阀偶件，喷油泵柱塞偶件成为柴油机燃料供给系统三大精密偶件。其中又以针阀偶件的工作条件最为苛刻，因为它不仅在内部承受燃油产生的高压，头部还因深入燃烧室内直接受到高温燃气作用，针阀偶件承受着相当高的机械负荷、液力负荷和热负荷，在高强化机车柴油机中工作更加苛刻。因此，喷油器针阀偶件在满足柴油机性能要求的前提下，在结构上还要满足紧凑、可靠和抗热抗冲击，保证使用寿命等要求。喷油器针

28、阀偶件的性能如何，直接影响柴油机的工作可靠性、燃油经济性、动力性能以及热负荷等多项指标。针阀偶件的故障可以导致柴油机敲缸，油耗率高，排气管红热，机油稀释，冒黑烟等，严重时可以导致柴油机其它零部件的损坏。因此，可以说针阀偶件是柴油机极其重要的零部件。16V280ZJ柴油机燃油喷射系统的喷油器的针阀偶件如图4-4所示图3-5针阀的数目和喷孔的排列方式（喷孔数x孔径) 10x0.45mm，座面锥角由原来的60改为90,针阀直径和原来的保持一样为8cm为。保证针阀偶件的密封性，针阀与针阀之间的间隙只有1.53.0um。第三节 喷油器的工作原理双弹簧喷油器与常规的喷油器的最大不同点是它的针阀升程由两个阶

29、段组成（如图3.3）第一级升程较小，一般为整个升程的5%25%，它的一级开启压力由第一级调压弹簧控制；而针阀二级升程相对较大，它的开启压力则靠第一级弹簧和第二级弹簧和合力来控制。其工作原理为：当从高压油管传来的燃油压力超过喷油器第一级弹簧的预紧力时，则针阀、顶杆均被顶起，针阀开启。当针阀上端上升接触到限位块时，限位块由于受到二级弹簧预紧力向下的作用，针阀一级升程结束,此时开启压力较小，初始升程为h1。而当然油压力超过第一级弹簧和第二级弹簧的合力时，针阀、限位块，二级弹簧下座、顶杆向上运动，针阀继续升起，这就是主喷射过程,此时开启压力增加为正常值，主升程为h2。当燃油压力低到低于一级弹簧和二级弹

30、簧的合力时，针阀、顶杆，二级弹簧下座和限位块一起下落直到针阀落座。这种喷油器的优点是当柴油机在高速高负荷运转时，双弹簧喷油器通过第一级升程可降低初期的喷油器速率，从而满足降低NOx排放和噪声的要求。而在降低低负荷，只需要第一级升程就满足使用要求，相对的针阀处于低的开启压力和小的升程阶段，改善了喷油泵低速供油量的密集区问题，缓和了低速低负荷的稳定性问题，控制了转速的波动，并有助于降低怠速时的噪声。针阀升程如图36所示图36原16V280ZJ柴油机喷油器的针阀升程为h=0.6cm，改善设计后定为h=0.5，其中h1=0.04，h2=0.46。第四节 喷油器的启喷压力由喷油器结构知，喷油器针阀由调压

31、弹簧紧压在针阀体座面上，压紧力由预紧力和弹簧刚度决定，燃油压力作用于针阀在盛油槽内的承压锥面上，当油压达到开启压力 时，针阀上升而开启。喷油器开启压力计算为公式（1） （1）式中是针阀直径，是针阀座面密封直径。16V280ZJ柴油机双弹簧喷油器的相关参数如表3.1所示针阀直径（mm）针阀座面密封直径(mm)85表3.1和6V280ZJ柴油机原喷油器时保持不变。原16V280ZJ的启喷压力为26Mpa，设计为双弹簧时取相关参数如表3.2所示一级开启压力 （Mpa）二级开启压力为（Mpa）2328表3.2一级开启压力是一级弹簧预紧力决定，二级开启压力由一级弹簧和二级弹簧的预紧力之和决定。当喷油接近

32、结束时，盛油槽内油压下降，针阀又在弹簧压紧力作用下下行，针阀落座并停止喷油，此时的油压称之为关闭压力。喷油器关闭压力的计算为公式（2）。 （2）经计算16V280ZJ柴油机喷油器关闭压力为：一级关闭压力。二级关闭压力关闭压力愈接近开启压力，则喷雾质量愈好，断油也愈干脆，这正是低惯量喷油器的优点（因为它的密封座面直径相对较小）。此外，喷油器启喷压力与喷油峰值压力不同，不能混淆。但它们之间有一定的内在的联系，一般说来愈大，也愈高，后者一般是的2-4倍。实际上由于摩擦和惯性，针阀开启压力约为上式中的1.5倍左右，关闭压力也小于上式的。闭式喷油器可保证针阀在一定的压力下开启，雾化质量好，针阀关闭迅速，

33、不易滴漏和燃气倒流。第五节 喷油器的流通特性喷嘴喷孔面积大小与喷油器针阀的升程以及喷嘴的结构形式有关。孔式喷嘴的最大喷孔截面取决于喷孔的数目和直径。喷嘴的流通特性指的是喷嘴流通截面积与针阀升程的关系。在满足喷嘴流通截面的前提下，应尽可能减少针阀升程，因为针阀升程愈大，运动件在惯性力的作用对针阀体密封座面产生的冲击力愈大，从而使喷嘴的可靠性与寿命降低。一、喷孔流通截面喷孔流通截面的计算公式为式（3） （3）式中：为喷孔截面(mm )；为喷孔个数；为喷孔直径(mm)。16V280ZJ柴油机双弹簧喷油器的相关参数如表3.3所示喷孔个数n喷孔直径(mm)100.45表3.3经计算16V280ZJ柴油机

34、双弹簧喷油器喷孔流通截面为1.589mm2二、针阀头部为单锥结构的座面流通截面积针阀头部为单锥结构的座面流通截面的计算公式为式（4） （4）式中：为座面流通截面(mm)；为针阀升程(mm)；为密封座面夹角()；为单锥结构的压力室半径(mm)。16V280ZJ柴油机双弹簧喷油器的相关参数如表3.4所示为针阀升程(mm)密封座面夹角()压力室半径(mm)0.5h10.04901h20.46表3.4 经计算16V280ZJ柴油机双弹簧喷油器的座面流通截面积为1.944mm2。三、针阀头部为双锥结构的座面流通截面针阀头部为双锥结构的座面流通截面的计算为式（5） （5）式中：为双锥结构的针阀头部倒角处半

35、径。四、座面与喷孔截面比座面与喷孔截面比计算为式（6） （6）16V280ZJ柴油机双弹簧喷油器的座面与喷孔截面比为1.24。五、座面冲击应力座面冲击应力计算为式（7） （7）式中：为冲击应力(MPa)；为截面系数，；针阀最大座面直径为4.5mm；压力室直径为2mm；钢的弹性模量(Pa)， ；材料密度(kg/m3)，材料为钢时其值为；弹簧的刚性系数(N/m)， ；弹簧力(N) ，；升程（m） ，；挺杆的质量，针阀的质量，针阀上端面积，；顶杆面积，；经计算16V280ZJ柴油机双弹簧喷油器的座面冲击应力为349.75Mpa。第六节 改善设计前后16V280ZJ喷柴油机油器参数对比为了便于观察原1

36、6V280ZJ柴油机喷油器与16V280ZJ双弹簧喷柴油机喷油器的不同，现将它们的主要参数作对比，如下表3.5所示：类型项目原16V280ZJ柴油机喷油器16V280ZJ双弹簧J喷柴油喷器喷油器类型长型低惯量孔式短型孔式针阀直径/mm88针阀升程/mm0.60.5喷孔直径/mm0.50.45喷孔数目/个810喷孔角度/145120喷孔长度/mm2.252启喷压力/Mpa2623（一级）28（二级）关闭压力/Mpa15.84416.09（一级）16.60（二级）座面与喷孔截面比1.3441.24压力室直径/ mm3.22密封座面角度/6090喷孔流通截面积/ mm21.571.589座面流通截面

37、积/mm22.111.94冲击压力/Mpa410349.75表3.5通过上表3.5的喷油器数据参数比较，可以看出16V280ZJ柴油机双弹簧喷油器与16V280ZJ柴油机喷油器存在诸多差异11，在此主要通过喷孔直径、启喷压力和压力室容积这三项参数的比较，定性地分析6V280ZJ柴油机双弹簧机喷油器的一些优点。(1)喷孔直径对柴油机性能的影响由上表3.5知16V280ZJ柴油机双弹簧喷油器的喷孔直径为0.45mm，对比16V280ZJ柴油机喷油器的喷孔直径要小。喷油嘴的形状是燃油系统中一个非常重要的参数，它对喷雾质量、喷注形态、燃油与空气混合状态有很大的影响，进而影响发动机的排放指标。喷油嘴结构

38、参数有喷嘴的孔数、孔径、锥角等，其中喷孔直径对排放的影响较大，并且在试验过程中容易体现；一般来说，喷孔直径越大，燃油雾化质量越差，喷雾不够细致均匀；虽然喷孔大可以加快喷射进程、缩短喷油持续期，但会使燃油与空气的混合质量变差，影响燃烧，从而影响经济性及排放性能。因此，近年来，随着对内燃机排放的要求越来越严格，出现了为降低排放而逐渐减小喷孔直径的趋势。喷孔直径的缩小，在其他条件不变时，意味着提高了喷油压力，因此也就改善了油滴的雾化质量，从而缩短了燃油的着火滞燃期，使初期喷油量减少，即减少了预混合燃烧的燃油量，使缸内的最高压力及最高温度下降，同时使参加扩散燃烧的燃油增加；而NOx 的生成主要取决于缸

39、内氧气浓度、缸内气体温度及在高温下持续的时间，在扩散燃烧阶段，缸内氧气的浓度急剧下降，抑制了NOx 的生成。同时，喷孔直径的缩小，使燃油压力相对提高，改善了雾化的质量，即燃油与空气的混合质量，从而改善了燃烧，抑制了干碳烟生成，特别是在小负荷下，明显改善了碳烟微粒排放。 但喷孔直径的缩小增加了喷油的阻力、减小了喷注射程，如果没有足够高的喷油压力，则会大大增加喷油持续期，在小负荷范围内，这种增加喷油持续期的影响并不明显，但在大负荷时，这种负面影响将变得十分严重。因此，喷孔的直径并不是越小越好，除了工艺方面的考虑，还要与喷油泵、燃烧室结构甚至是发动机的整体进行优化匹配，选择最适合该机型的喷孔直径。(

40、2)喷油器开启压力对柴油机性能影响由上表3.5知16280ZJ柴油机双弹簧油器的开启压力改为双弹簧时候，相应的出现了两极的开启压力，这种喷油器的优点是明显的改善柴油机低速和怠速的稳定性并可降低初始喷射率，实现与喷射，降低噪声与NOx的排放。(3)喷油器压力室体积对柴油机性能影响由上表3.5知16V280ZJ柴油机双弹簧油器的压力室直径为2mm，对比原16V280ZJ柴油机喷油器的3.2mm，显然6V280ZJ柴油机双弹簧喷油器压力室体积更加小。压力室容积的大小对发动机性能有明显的影响。在燃烧后期，针阀虽已关闭，但压力室内总储有一定量的燃油这部分燃油因高温而膨胀或蒸发，其中一部分又会进人燃烧室。

41、这部分燃油不是在高压下呈雾状喷人，而是以滴漏的形式进人燃烧室，因此不能与空气正常混合燃烧。这样不但使柴油机性能变坏，还会产生更多的不完全燃烧排放物，同时也容易增加针阀偶件头部的积碳。压力室容积愈大，滴漏到燃烧室的燃油愈多，对整机性能影响愈大，有害排放物也愈多。因此，近年来，减小压力室容积成为一种发展趋势，甚至出现了无压力室的喷油器。第七节 柴油机喷油器常见故障及排除方法（一）喷孔阻塞 因为燃油中混进了固体杂质微粒，或因燃烧不良产生积碳，工作时间稍长就会积结在喷油器的喷孔周围，使喷孔成为半阻塞状态。喷孔一旦被阻塞，喷油泵的供油压力就会上升并伴有敲击的声音发出。防止方法：一方面是对于进入喷油器的燃

42、油要经过严格的过滤；另一方面通过改善燃烧，防止因积碳过多而阻塞喷孔喷油嘴滴油当喷油器工作时，针阀体的密封锥面会受到针阀频繁的强力冲击，再加上高压燃油不断地从该处喷射出，锥面会逐渐出现磨损或斑点，从而造成喷油器滴油。当柴油机温度低时，排气管冒白烟，柴油机温度上升后则变成黑烟。排气管会发出不规则的放炮声，此时若停止向该缸供油，排烟和放炮声就会消失。排除方法：拆下喷油嘴，检查针阀的运动是否灵活，座面的密封性是否良好，然后进行仔细的清洗和研配或者更换新的喷油嘴偶件。（二）喷油嘴腐蚀和端部积碳喷油嘴腐蚀是由于排气中硫化物引起的冷态腐蚀所致，发生腐蚀的喷嘴是因为金属表面太冷，以致于受到化学侵蚀。凡发现腐蚀

43、的喷嘴应一律换掉。喷嘴的端部积碳在柴油机怠速或低负荷下运行时容易形成。当柴油机负荷增加时，结集在喷油嘴上的碳渣在燃油喷出时就会被烧掉。端部积碳对于燃油的雾化以及在燃烧中燃料分布的均匀性产生一定的影响，造成燃烧不完全，柴油机的功率下降，并带来后燃现象及各种机械故障的产生。排除方法：将喷嘴器拆下，用机械或弱腐蚀的方法清除掉喷嘴上的积碳。喷孔内部的积碳清除很重要，但一定保护好密封座面，使其不受损伤。为防止清除用的钢丝折断在孔中，必须将钢丝装在夹头中进行，钢丝露出喷孔的长度不应超过2 mm。（三）针阀卡死柴油中的水分或酸性物质会使针阀锈蚀而被卡住，针阀密封锥面受损后，缸内可燃气体也会窜入配合面形成积碳

44、，使针阀咬死，喷油器便失去喷油作用，致使该缸停止工作。排除方法：拆下喷油器，取出喷油嘴偶件，用工具将针阀拔出，如果不易拔出，可先将喷油嘴偶件放到柴油中加热20 min左右然后再取。取时在针阀的尾部垫上铜皮，用钳子夹住尾部边旋转边往外拔。拔出后放到清洗液中进行清洗，然后再重新装入。如果是脏物侵入，经过清洗后便灵活了，如果是由于偶件的几何形状影响了灵活，要加入少量的研磨膏，进行轻轻的研磨，研磨后还要进行清洗。（四）喷油器雾化不良当喷油压力过低，喷孔磨损有积碳、弹簧端面磨损或弹力下降时，都会致使喷油器提前开启，延迟关闭，并形成喷油雾化不良现象。柴油机功率下降，排气冒黑烟，机器运转声也不正常。另外，由

45、于粒径过大的柴油雾滴不能充分燃烧，便顺着缸壁流入积油盘，使机油油面增高，粘度下降，润滑恶化，还可能引起烧瓦拉缸的事故。此时应将喷油器拆开清洗、检修，重新调试。（五）弹簧折断喷油器的调压弹簧除钢性下降产生永久变形外，折断也是经常发生的，这已成为喷油器的薄弱环节之一。主要是因为在高温高负荷、高频率的工作条件下，弹簧钢性的耐疲劳强度差而引起的。解决方法：提高耐疲劳强度，选择优质的耐热耐疲劳的材料，进行增强耐疲劳强度的表面处理喷丸等。为了使调压弹簧工作安全可靠。降低弹簧动力负荷，可将喷油器设计成弹簧能沉浸于喷油器体内的柴油中，使喷油器工作时，弹簧的工作圈相接触时能够产生液压“缓冲”和某些润滑作用，以防

46、止其接触表面形成麻点面而导致弹簧的断裂现象。（六）针阀体的端面磨损针阀体端面受到针阀频繁的往复运动冲击，时间一长会逐渐形成凹坑，从而增大针阀升程，并影响到喷油器的正常工作。可将针阀体夹持到磨床上对此端面进行磨修，然后用细研磨膏在玻璃板上进行研磨。（七）针阀与针阀孔导向面磨损针阀在针阀孔内频繁地往复运动，加之柴油中杂质污染的侵入，会使针阀孔导向面逐渐磨损，因而间隙增大或出现拉伤刻痕，导致喷油器内漏增加，压力降低，喷油量减少，喷油时间滞后，造成柴油机起动困难。当喷油时间延迟过多时，柴油机甚至不能运行，此时应更换针阀偶件。（八）喷油器与缸盖结合孔漏气窜油当喷油器装缸盖时，应仔细清除安装孔内的积碳，铜垫圈必须平整，不得用石棉板或其他材料质代替，以防散热不良或起不到密封作用。若自制铜垫圈，则必须以紫铜按规定厚度加工，以确保喷油器伸出缸盖平面的距离符合技术要求。另外，喷油器压板安装坚固时切忌单边偏压，应按规定扭矩均匀拧紧，否则喷油器头部会因变形偏斜而产生漏气窜油。第八节 燃油喷射系统对喷油器的要求及喷油器发展趋势柴油机燃油喷射系统对喷油器有以下基本要求：（1）在