燃油输送的关键流程

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：为了把握喷射延迟时间，对燃油以音速（压力波）传送的过程进行分析。设定柱塞在Δt时间以速度up移动时，高压管内燃油不是立即以相当于压缩量的压力在全部燃油中，即到喷油器为止上升，而是以一定的速度u1传送到喷油器，并喷射燃油。一旦喷射燃油，高压管内的压力临时下降，但因燃油传送波的压力大得多，因此喷射与某种程度的压力变动（脉动）相伴进行，直到喷油器针阀下部的压力达到开启压力以下为止。

直列型和分配式燃油喷射系统喷射燃油时，每次都在高压泵中产生压力，并通过高压管（高压燃油管）供给到喷油器。此时，燃油从喷射泵输送到气缸需要时间，这称为喷射延迟（或输送延迟）。如，高压管的长度为0.5m、转速为2400r/min时，因传播燃油中的音速为a=1500m/s，所以压力波在高压管传播所需的时间相当于曲轴角度4.7℃A。因此，为了正确确定燃油喷射时间，必须把握喷射延迟时间。为了把握喷射延迟时间，对燃油以音速（压力波）传送的过程进行分析。

图6-24 高压管内的压力与速度变化

柱塞泵与喷油器之间连接的高压管内的压力与速度关系如图6-24所示。假设柱塞的直径为d_p、端面积为A_p，高压管的长度为L、端面积为A、直径为d，初期压力为p₀。

设定柱塞在Δt时间以速度u_p移动时，高压管内燃油不是立即以相当于压缩量的压力在全部燃油中，即到喷油器为止上升，而是以一定的速度u₁传送到喷油器，并喷射燃油。速度为u₁的部分压力从p₀上升到p₁，压力（压力波）以音速a向喷油器方向进行传播。Δt时间后，提供到高压管内的燃油为u₁Δt，压力波传播到aΔt容积的位置，以此最初占有AaΔt容积的燃油压缩为A（a-u₁）Δt的状态。设定压缩前后的随压力变化的密度变化为ρ₀、ρ₁，质量没有变化，因此下式成立：

由此，用容积变化率ΔV/V和燃油容积弹性系数E之间的关系可以求出压力上

升量Δp（=p₁-p₀）为

在式（6.2）中代入容积V和容积变化量ΔV相关值，并引用式（6.1）可知

以此可知

式中，a为燃油中的音速，约为1470m/s；E为燃油容积弹性系数，为2.0×10³kgf/m²。压力为p₁的压力波在L/a时间后到达喷油器。但是，如果压力p₁低于喷嘴的开启压力，针阀不能上升开启，喷油器就不能喷射燃油，导致压力反射波向高压泵柱塞侧返回。此反射波与柱塞泵所供油的传送波发生碰撞重叠，当压力上升到大于喷嘴开启压力时，喷油器的针阀上升开启，燃油即喷射。一旦喷射燃油，高压管内的压力临时下降，但因燃油传送波的压力大得多，因此喷射与某种程度的压力变动（脉动）相伴进行，直到喷油器针阀下部的压力达到开启压力以下为止。如此，喷油器喷射燃油时，设定高压管内燃油的压力和速度分别为p₂、u₂，其关系为

可以改写为

高压管供给的燃油量（=端面积×速度）与喷油器喷射的燃油量（速度×端面积×流量系数）相同，故有

另外，忽略势能的伯努利方程为

从式（6.6）和式（6.7）可知，与喷油器喷射速度相同的高压管内速度u₂可以计算为

式中，ρ为燃油的密度（kg/m³）；p_g为燃烧室内压力（Pa）；C_D为喷油器的流量系数；A_N为喷油器开口面积（m²）。最近理论计算值与试验结果相当一致，这样就可以通过计算在喷射系统规格发生变化时获得特性变化量。

高压喷射管有很多种类。汽车用柴油机多使用外径为6mm、内径为1.6mm或2.0mm的高压管，因高压管的长度L和内径d与喷射泵的性能有关系，因此由发动机决定。随喷射泵旋转速度的流量特性受喷射管内部阻力的大小影响很大。即，导管的长度相同时燃油量随导管的内径不同而不同。如图6-25所示，燃油量在低速领域发生很大的变化。

图6-25 随不同高压管的燃油量变化

燃油输送的关键流程

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