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压燃式发动机油管残留测量装置设计(论文 DWG图纸).rar

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    编号:20181016173914255    类型:共享资源    大小:2.44MB    格式:RAR    上传时间:2018-10-16
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    压燃式 发动机 油管 残留 测量 装置 设计 论文 DWG 图纸
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    无锡职业技术学院毕业设计说明I目 录第一章 绪论 ....................................................................11.1设计目的 ................................................................21.2压燃式发动机的燃料喷射装置概述 ..........................................21.3喷油过程 ................................................................41.4几何供油规律和喷油规律的定义: ..........................................51.5喷油器总成 ..............................................................5第二章 压燃式发动机油管残留测量装置的设计 ......................................72.1压燃式发动机油管残留测量装置控制系统概述 ................................72.2压燃式发动机油管残留测量装置的原理 .....................................112.3压燃式发动机油管残留测量装置相位调整 ...................................112.4压燃式发动机油管残留测量装置测量线路 ...................................112.5压燃式发动机油管残留测量装置试验结果分析 ...............................152.6压燃式发动机油管残留测量装置校验压电压力传感器 .........................162.7压燃式发动机油管残留测量装置相关油管嘴端压力与针阀体压力室压力 .........16第三章 机械传动选用及设计计算 .................................................183.1圆锥齿轮的计算 .........................................................183.2主传动轴的相关概算 .....................................................203.3花键联轴器的计算 .......................................................203.4.压力波动的分析 ........................................................223.5.燃油的可压缩性 ........................................................223.6.管路的容积变化 ........................................................233.7.管路中的压力波动 ......................................................233.8. 喷油泵的参数选择及其对柴油机性能的影响 ...............................243.9.喷油泵的速度特性校正 ..................................................263.10可变减压容积 ..........................................................273.11.可变的减压作用 .......................................................273.12.高压油管 .............................................................273.13.压燃式内燃机异常喷射现象 .............................................283.14二次喷射 ..............................................................29无锡职业技术学院毕业设计说明II3.15稳定喷射 ..............................................................30第四章 测试精度 ...............................................................31第五章 设计小结 ...............................................................35致 谢 ........................................................................36参 考 文 献 ...................................................................37无锡职业技术学院毕业设计说明1第一章 绪论测试的基本任务是获取有用的信息。首先是检测出被测对象的有关信息,然后加以处理,最后将其结果提供给观察者或输入其他信息处理装置、控制系统。因此,测试技术是属于信息科学范畴,是信息技术三大支柱(测试控制技术、计算技术和通信技术)之一。测量是以确定被测物属性量值为目的的全部操作。测试技术具有试验性质的测量,或者可理解为测量和试验的综合。人类在从事社会生产、经济交往和科学研究活动中,都与测试技术息息相关。测试是人类认识客观世界的手段,是科学研究的基本方法。科学的基本目的在于客观地描述自然界。科学定律是定量的定律。科学探索需要测试技术,用准确而简明的定量关系和数学语言来表述科学规律和理论也需要测试技术,检验科学理论和规律的正确性同样需要测试技术。可以认为精确的测试是科学的根基。在工程技术领域中,工程研究、产品开发、生产监督、质量控制和性能试验等,都离不开测试技术。特别近代工程技术广泛应用着的自动控制技术已越来越多的运用测试技术,测试装置已成为控制系统的重要组成部分。甚至在日常生活用具,如汽车、家用电器等方面也离不开测试技术。测量是人类认识和改造物质世界的重要手段之一。通过测量,人们可以对客观事物获得数量的概念,通过归纳和分析,总结出规律。为了进行测量,必须规定一些标准单位,如在国际单位制中,规定长度的单位为米,时间的单位为秒,质量的单位为千克,电流强度的单位为安培等等。所谓测量是借助仪器把待测物理量的大小用某一选定的单位表示出来,其倍数即为物理量的数值。测量值应该由数值和单位组成。总之,测试技术已广泛的应用于工农业生产、科学研究、国内贸易、国防建设、交通运输、医疗卫生、环境保护和人民生活的各个方面,起着越来越重要的作用,成为国民经济发展和社会进步的一项必不可少的重要基础技术。因而,使用先进的测试技术也成为经济高度发展和科技现代化的重要标志之一。根据获得测量结果的方法不同,测量可分成两大类:1.直接测量能够利用仪器直接读出物理量的测量值的测量称为直接测量,相应的物理量称为直接测量量。例如,用电压表测量电压,用温度计测量温度等。2.间接测量在多数情况下,借助于一定的函数关系,由直接测量通过计算而获得待测物理量的测量称为间接测量,相应得到的物理量称为间接测量量。无锡职业技术学院毕业设计说明2例如,圆柱的体积 V 可以用米尺测出它的高 H 和直径 D,通过 计算。H 和D 是直接测量量,而体积 V 则是间接测量。由于本课题研究的是油管的残留压力,该压力是可通过装置直接采样的, 无需通过借助一定的函数关系计算获得,因此该压力测试是直接测量。1.1设计目的柴油机供油系统多参数的电测量,为研究供油系统喷射特性提供了手段。而且,目前在评估新品开发设计的喷油泵和喷油嘴的性能时,也常以多参数的电测量作为考核项目之一。因此,测量的精确性就显得越发重要了。在以往的电测试验中,出现过油嘴已喷油的工况下,测出的油管压力低于油嘴开启压力的情况。例如在二零零二年八月高速一号泵的电测试验中,油嘴开启压力为 12.5MPA,当油泵转速为 250RPM 时,测出的嘴端最高压力只有 11.69MPA。还有,日本 VE 泵在二零零二年九月的试验中,油嘴开启压力为 18.13MPA(185kgf/cm 2) ,在油泵转速为 390RPM 时,测出的嘴端最高压力只有 17.013MPA(173.6 kgf/cm2) 。在上述两例试验中,油嘴针阀均已开启喷油。产生这种现象的原因是什么呢?现有使用的传感器、信号转换仪、数据处理仪、都是具有世界先进水平的仪器。精度很高,随机误差很小。这就要考虑是否存在较大的系统误差,即要从测试方法的角度去考虑了。目前一般采用压电式传感器测量压力。压电传感器因其机械强度高,体积小,重量轻、高频特性良好,输出线性好等优点,而被广泛采用。但当被测压力变化频率低,变化幅度小时,压电晶体的电荷量变化难于反映到测量结果中,即压电传感器的低频特性差。而我们测量的油路中存在这种变化频率低、幅度小的压力——高压油管中的残留压力。因此,压电传感器是测不出这种压力的。上面提到的现象极可能是因为测不出残留压力而产生的。在课题立项时,还曾考虑过压电传感器灵敏度变化问题,还有高压油管嘴端压力与针阀体内压力室的压力差异问题,是否会对压力测量精度产生一定的影响。这些都将在下面的论文中予以阐述。1.2压燃式发动机的燃料喷射装置概述燃油喷射装置是柴油机的一个重要组成部分,在产品改进和新品试制过程中,为了获得良好的性能指标,往往需要对燃油喷射系统进行大量的调试工作.根据大量实践表明, 对现代柴油机喷射装置的要求是:241dV无锡职业技术学院毕业设计说明3(1)能精确的控制每循环的喷射量(并要求每缸等量 ),并在规定的时间内(喷射持续角)喷入汽缸,换言之,即要求具有合适的喷油率。(2)为了优化柴油机的性能、烟度、噪声和排放,需要具备能随柴油机负荷和转速变的、精度为±1℃A 的喷油提前角。(3)为了将柴油和空气混合,需要高的喷射压力,对具有强空气涡流的直喷式或非直喷式柴油机,最大喷射压力为 30~40MPA,对低涡流直喷式,最大喷射压力约为45~ 48MPA,对无涡流直喷式,最大喷射压力在 100MPA 以上。近年来,得到蓬勃发展的电控喷射系统,在实现要求(2)方面已比常规的机械液力式喷射装置显示出更大的优越性,并开辟了将喷油系统控制和运输车辆控制结合起来的可能性。在压燃式内燃机出现早期,燃油喷射是通过高压空气实现的。一九二七年,德国博世(BOSH )公司开始专业生产以螺旋槽柱塞旋转方式调整供油量的机械式喷油泵,这种喷油泵的工作原理至今仍用于多数压燃式内燃机的燃料供给系统中。 图 1-1 燃油系统图如图 1-1 整个燃油系统由低压油路(油箱、输油泵、燃料滤请器、 ) (喷油泵、高压油管、喷油器)和调节系统组成。其核心部分是高压油路所组成的喷油系统,人们也把这种传统燃料供给系统称之为泵-管- 嘴系统。在这种系统中,喷油泵有柱塞式喷油泵和转子分配式喷油无锡职业技术学院毕业设计说明4泵两种。对柱塞式喷油泵,每个柱塞元件对应于一个气缸,多缸内燃机所用的柱塞数和气缸数相等且和为一体,构成合成式喷油泵;对小型单缸和大型多缸内燃机,常采用每个柱塞元件独立组成一个喷油泵,称之为单体喷油泵。转子分配式喷油泵是用一个或一对柱塞产生高压油向多缸内燃机的气缸内喷油,这种主要用于小缸径高速压燃式内燃机上,其制造成本较低。在上述泵-管-嘴燃料供给系统中,由于有高压油管的存在,使喷油系统在内燃机上的布置比较方便灵活,加上已积累了长期制造与匹配的理论与经验,因此,目前这种系统仍在各种压燃式内燃机上得到广泛应用。但是,也正由于高压油管的存在,降低了整个燃油供给系统高压部分的液力刚性,难于实现高压喷射与理想的喷油规律,也使这种传统燃料供给系统的应用前景受到一定的限制。为了满足压燃式内燃机不断强化及日益严格的排放与噪声法规的要求,目前正在大力发展各种高压、电控的燃料喷射系统,如采用短油管的单体泵系统、泵喷嘴与 PT 系统、蓄压式或共轨系统等等。在目前对于上述各种喷射装置的研制中,对喷射装置系统压力性能有着很高的要求,而油管的残留压力,在整个压力系统中占有十分重要的地位,因此对残留压力装置的研究对整个燃油喷射装置性能的提高有着十分重要的作用。1.3喷油过程压燃式内燃机工作时,曲轴通过定时齿轮驱动喷油泵旋转,燃油从油箱经滤清、输油泵加压(约 0.1~0.15MPA)到喷油泵的低压油腔。当挺柱体总成的滚轮在凸轮基圆时,柱塞腔与低压油腔通过进、回油孔联通,向柱塞腔供油,喷油泵凸轮轴运转,凸轮推动挺柱体总成克服柱塞弹簧力向上运动。当柱塞顶面上升到与进、回油孔上边缘平齐,进、回油孔关闭,柱塞腔与低压油腔隔离。当柱塞再向上运动时,柱塞腔内的燃油被压缩,压力升高。当压力上升到大于出油阀开启压力与高压油管内残压之和时,出油阀开启,燃油流入出油阀紧帽进到高压油管、喷油器体内油路及针阀体盛油槽内。柱塞继续上升,油压升高,当喷油器针阀体盛油槽内的油压达到并超过针阀开启压力时,针阀打开,向气缸内喷油。由于柱塞顶面积大,喷油器的喷孔面积小,故喷射过程中压力继续升高。当柱塞上升到其斜槽上边缘与回油孔的下边缘相联通时,柱塞再上升,柱塞腔与低压油腔相通,燃油流经回油孔开启截面进入低压油腔,柱塞腔压力下降。随后出油阀在弹簧力和两端油压的综合作用下开始下行,当减压凸缘进入出油阀座孔后,出油阀紧帽腔与柱塞腔隔离,使紧帽腔到喷油器所组成的高压油路内保持一定量燃油,出油阀仍继续下行到落座。出油阀在落座过程中,由于减压容积的作用,使高压油路(出油阀紧帽腔、高压油管、喷油器体内油道、盛油槽容积的总和)中燃油压力迅速下降。当盛油槽内的燃油压力小于针阀关闭压力时,针阀落座,喷油停止。由于燃无锡职业技术学院毕业设计说明5油的可压缩性与惯性,压力的传播与反射,高压油管内的燃油将产生一定的压力波,压力波在出油阀紧帽腔到针阀体的盛油槽内不断衰减,趋于一定压力定值即残留压力。上述喷油过程是可用压力传感器及位移传感器和相应仪器测出,考虑到测量的方便性和可行性,通常喷油过程试验仅测出泵端压力、嘴端压力、针阀升程和喷油速率随凸轮轴转角变化关系。随后,出油阀落座时,柱塞在凸轮驱动下继续上行到最大行程后,在柱塞弹簧力作用下,沿凸轮下降段下行,在下行过程中,喷油泵不产生泵油作用,至此,完成了一个泵油循环。在柱塞上升过程中,柱塞从下止点上升到进、回油孔关闭时所经过的距离,称之为喷油泵柱塞的预行程,它的大小决定了柱塞在压油过程中初速度的大小,将影响喷油速率;柱塞封闭进、回油孔开始压油到柱塞斜槽上边缘与回油孔相通开始回油所经历的升程,称之为喷油泵柱塞的有效行程,它的大小与循环供油量有关,决定了喷油器循环喷油量的大小。从上述喷油过程的概述可知,喷油试验过程涉及了泵端压力嘴端压力。而为了真实获得这两个压力必须与油管的残留压力结合起来。因此油管的残留压力是整个喷油过程的一个组成部分,对整个喷射过程有着十分重要的作用。1.4几何供油规律和喷油规律的定义:几何供油规律是指从几何关系上求出的油泵凸轮每转一度(或每妙)喷油泵供入高压系统的燃油量(mm 3/(。 )泵轴或 mm3/s)随凸轮轴转角 ψ(或时间 t)的变化关系。由于它纯粹是几何关系决定的,因此只要知道柱塞的运动特性即可。喷油规律是指在喷油过程中,每秒或每度泵轴转角从喷油器喷出的燃油量随时间或泵轴转角的变化关系。1.5喷油器总成喷油器总成对于柴油机来说,有着非常重要的作用。喷油器总成在发动机上的安装及喷油器总成的喷射性能直接影响柴油发动机的动力性、经济性、使用性能及可靠性。喷油器不仅决定着喷雾质量、油束与燃烧室的配合,而且影响喷油特性(喷油时刻、喷油延续时间、喷油规律) ,这些都直接影响发动机的性能指标。如果喷油不良,油束和燃烧室配合不好,则混合气形成恶化,燃烧变坏,性能下降。在新产品的试制过程中,往往需要对喷油器作大量的调试,才能使柴油机达到设计指标;在使用过程中,常由于喷油器的故障使发动机性能下降,甚至不能运转。所以喷油器是影响柴油机设计指标和使用性能的关键部件之一。喷油器总成通过法兰、压板和螺套紧固在发动机的气缸头上,它的喷油嘴端深入到发动机气缸的燃烧室内。喷油器的高压油道通过高压油管与喷油泵总成的出油阀接头相连接,回无锡职业技术学院毕业设计说明6油油路相互连接直接回到油箱。喷油器总成的功用是:1.将一定数量的具有合适喷射压力的燃油雾化,以促进燃油在发动机气缸内的着火燃烧。2.借助于(或者不借助于)空气涡流将燃油喷注并力求均匀分布到气缸的燃烧室内,特别对于无涡流的开式燃烧室,喷油器总成的安装精度是一个很值得重视的问题。一般喷油器总成由喷油嘴偶件、喷油器体、调压装置、油管接头、紧帽等、部件组成。当高压燃油经高压油道进入喷油嘴偶件盛油槽部位而压力积蓄到能克服调压弹簧对针阀的压紧力时,针阀被升起,高压油进入嘴端的高压腔经喷孔雾化而喷射到气缸的燃烧室内。当喷油泵终止泵油,油道内压力降低,针阀受弹簧的压力而降致针阀座面以关闭高压腔,这时燃油不能经过喷油孔而进入发动机气缸的燃烧室,而燃烧室的燃点也不能进入喷油器体内。由于喷油器总成的主要组成是喷油嘴偶件,而喷油嘴偶件又有不同的结构形式,所以喷油器总成也有不同的结构形式。小发动机的油嘴开启压力较低,而大发动机的油嘴开启压力和关闭压力应足够高,以保证喷射终止后针阀能克服燃烧室高压而落座,否则燃烧室气体将进入油嘴,使喷孔和针阀积碳而进一步影响燃油的喷射和燃烧。喷油器中喷油压力的影响:在燃油喷射过程中,燃油压力是变化的。一般讲,小型高速柴油机的喷油嘴针阀开启压力为 12~20MPA,最高燃油压力是 40~60MPA,而大型柴油机喷油嘴针阀开启压力为21~ 30MPA,最高喷油压力约为 80~100MPA 以上。喷油压力直接影响喷油持续时间和燃油雾化质量。如果喷油压力过低,则燃油雾化不好,而且容易引起燃气回窜将喷油嘴烧坏。随着喷油压力提高,可以使油束出口速度增加,降低油滴的平均直径,使油滴蒸发加快,加速油束在空气中的扩散,使空气卷入的相对速度增加,同时喷射持续期缩短,这样就大大提高了混合气形成速率,从而改善燃烧性能。喷油压力对然油消耗率的影响:随着喷油压力提高,燃油消耗率下降。所以近年来在柴油机上有提高喷油压力的趋势,甚至采用高压喷射。例如在大型柴油机上喷油压力已提高到 100MPA 以上,MAN 公司的58/64 系列柴油机的最高喷油压力已达 130MPA,并打算提高到 140MPA,在小型高速柴油机上,由于受到喷油泵强度的限制,最高喷油压力通常在 70MPA 以下。应该指出,由于最高喷油压力的出现是瞬时的,因此应用平均有效压力(即在喷油持续期内通过喷孔的平均压降)来判断喷油过程的好坏更为合理。随着平均有效压力的提高,燃油消耗率和烟度都相应下降。无锡职业技术学院毕业设计说明7第二章.压燃式发动机油管残留测量装置的设计压力和流量等流体参量的测量,在众多工程领域中都具有十分重要的意义。各种压力和流量测量装置尽管在原理或结构上有很大差别,但它们的共同特点是都有中间转换元件,以便把流体的压力、流量等参量转换为中间机械量,然后再用相应的传感器将中间机械量转换成电量输出。这种中间转换元件对测量装置的性能有着重要的影响。另一个特点是压力和流量测量中,测量装置的测量精度和动态响应不仅与传感器本身及由它所组成的测量系统的特性有关,而且还和由传感器、连接管道等组成的流体系统的特性有关。在非电量测试技术中,首先遇到的是将各种非电量变换为电量,我们称能够完成这种变换功能的装置为传感器。传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节。如果没有传感器对原始参数进行精确可靠的测量,那么无论是信号转换或信息处理,或者最佳数据的显示与控制都是不可能实现的。传感器也可以认为是人类感官的延伸,因为借助传感器可以去探索那些人们无法用感官直接测量的事物,例如,用热电偶可以测得炽热物体的温度;用超声波探测器可以测量海水深度;用红外遥感器可从高空探测地面上的植被和污染情况,等等。因此,可以说传感器是人们认识自然界的有力工具,是测量仪器与被测事物之间的接口。在工程上也把提供与输入量有给定关系的输出量的器件,称为测量变换器。传感器就是输入量为被测量的测量变换器。传感器处于测试装置的输入端,其性能将直接影响着整个测试装置的工作质量。2.1压燃式发动机油管残留测量装置控制系统概述信息总是蕴涵在某些物理量之中,并依靠它们来传输的。这些物理量就是信号。就具体物理性质而言,信号有光电信号、光信号、力信号,等等。其中,电信号在变换、处理、传输和运用等方面,都有明显的优点,因而成为目前应用最广泛的信号。各种非电信号也往往被转换成电信号,而后传输、处理和运用。在测试工作的许多场合中,并不考虑信号的具体性质,而是将其抽象为变量之间的函数关系,特别是时间函数或空间函数,从数学上加以分析研究,从中得出一些具有普遍意义的理论。这些理论极大地发展了测试技术,并成为测试技术的重要组成部分。这些理论就是信无锡职业技术学院毕业设计说明8号的分析和处理技术。一般说来,测试工作的全过程包含着许多环节:以适当的方式激励被测对象、信号的调理、分析与处理、显示与记录,以及必要时以电量形式输出测量结果。因此,测试系统的大致框图可以用图 2-1 来表示:图 2-1应当指出,并非所有的测试系统都具备图 2-1 中所有环节,尤其是虚线连接的环节和传输环节。实际上,对环节与环节之间都存在着传输。图 2-1 中的传输环节是指较远距离的通讯传输。客观事物是多样的。测试工作所希望获取的信息,有可能已载于某种可检测的信号中,也有可能尚未载于检测的信号中。对于后者,测试工作就包含着选用合适的方式激励被测对象,使其产生既能充分表征其有关信息便于检测的信号。事实上,许多系统的特征参量在系统的某些状态下,可能充分地显示出来;而在另外一些状态下确可能没有显示出来,或者显示得很不明显,以至于难于检测出来。因此,在后一种情况下,要测量这些特征参量时,就需要激励该系统,使其处于能够充分显示这些参量特性的状态中,以便有效地检测载有这些信号的信号。传感器直接作用于被测量。并能按一定规律将被测量转换成同种或别种量输出。信号调理环节。把来自传感器的信号转换成更适合于进一步传输和处理的形式。这时信号转换,在多数情况下是电信号之间的转换。 例如将幅值放大,将阻抗的变化转换成电压的变化或将阻抗的变化转换成频率的变化等等。信号处理环节接受来自调理环节的信号,并进行各种计算、滤波分析将结果输至显示记录或控制系统。信号显示、记录环节,以检测者易于认识的形式来显示测量的结果,或将测量结果存贮,供必要时使用。在所有这些环节中,必须遵循的基本原则是各环节的输出量与被测对象传感器信号整理传输信号处理显示记录测试者信号整理 被测对象
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