機(jī)械畢業(yè)設(shè)計（論文）-汽車發(fā)動機(jī)油路壓力測量設(shè)備的機(jī)構(gòu)設(shè)計【全套圖紙】

編編 號號 無錫太湖學(xué)院 畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計計（論論文文） 題目：題目： 汽車發(fā)動機(jī)油路測量汽車發(fā)動機(jī)油路測量 設(shè)備的機(jī)構(gòu)設(shè)計設(shè)備的機(jī)構(gòu)設(shè)計 信機(jī) 系系 機(jī)械工程及自動化 專專 業(yè)業(yè) 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： （職稱：副教授） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠誠 信信 承承 諾諾 書書 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 汽車發(fā)動機(jī)油 路壓力測量設(shè)備的機(jī)構(gòu)設(shè)計 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn) 行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別 加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包 含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機(jī)械 93 學(xué) 號： 0923154 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無無錫錫太太湖湖學(xué)學(xué)院院 信信 機(jī)機(jī) 系系 機(jī)機(jī)械械工工程程及及自自動動化化 專專業(yè)業(yè) 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計論論 文文 任任 務(wù)務(wù) 書書 一、題目及專題：一、題目及專題： 1、題目 汽車發(fā)動機(jī)油路壓力測量設(shè)備的機(jī)構(gòu)設(shè)計 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù)二、課題來源及選題依據(jù) 結(jié)合自己實(shí)習(xí)經(jīng)驗(yàn)觀察，國內(nèi)油路壓力測量設(shè)備尚未普及，生產(chǎn) 效率的提升空間很大。前景一片廣闊 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求：三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： 1、了解發(fā)動機(jī)及其壓力設(shè)備的基本結(jié)構(gòu) 2、了解內(nèi)燃機(jī)異常噴射現(xiàn)象 3、充分理解機(jī)械傳動的計算并完成相關(guān)圖紙，折合 A0 圖紙不少 于 3 張 4、完成機(jī)械類相關(guān)文獻(xiàn)翻譯 8000 字符左右 四、接受任務(wù)學(xué)生：四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 93 班班 姓名姓名 II 五、開始及完成日期：五、開始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 7 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）：六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 簽名簽名 簽名簽名 簽名簽名 教教研研室室主主任任 學(xué)科組組長研究所學(xué)科組組長研究所 所長所長 簽名簽名 系主任系主任 簽名簽名 2012 年年 11 月月 12 日日 III 摘摘 要要 柴油機(jī)供油系統(tǒng)多參數(shù)的電測量，為研究供油系統(tǒng)噴射特性提供了手段。而且，目 前在評估新品開發(fā)設(shè)計的噴油泵和噴油嘴的性能時，在產(chǎn)品改進(jìn)和新品試制過程中，為 了獲得良好的性能指標(biāo)，往往需要對燃油噴射系統(tǒng)進(jìn)行大量的調(diào)試工作，也常以多參數(shù) 的電測量作為考核項目之一。柴油發(fā)動機(jī)油路壓力測量設(shè)備相關(guān)油管嘴端壓力與針閥體 壓力室壓力噴油泵的參數(shù)選擇及其對柴油機(jī)性能的影響，以及柴油內(nèi)燃機(jī)異常噴射現(xiàn)象 和柴油發(fā)動機(jī)油路壓力測量設(shè)備相關(guān)油管嘴端壓力與針閥體壓力室壓力。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：壓力噴油泵的參數(shù)選擇；內(nèi)燃機(jī)異常噴射現(xiàn)象；相關(guān)油管嘴端壓力 IV Abstract Diesel engine fuel supply system electrical multi-parameter measurement, provides the means to study the injection characteristics of the fuel supply system. Moreover, in the assessment of the performance of new product development and design of the fuel injection pump and injector, in the process of product improvement and new trial, in order to obtain good performance indicators, often require the fuel injection system debugging work, often the power of multi- parameter measurements as one of the assessment project. Diesel engine line pressure measurement equipment the related tubing pressure of the mouth end of the needle valve body pressure chamber pressure fuel pump parameters selection and its impact on diesel engine performance, as well as the abnormal jet phenomenon of the diesel engine and diesel engine line pressure measurement equipment tubing mouth end pressure and needle valve body pressure chamber pressure. Keywords: pressure fuel pump parameter selection; the abnormal internal combustion engine jet phenomenon; tubing mouth end pressure V 目目 錄錄 摘 要.III ABSTRACTIV 目 錄 V 1 緒論.1 1.1 設(shè)計目的.1 1.2 柴油發(fā)動機(jī)的燃料噴射裝置概述.1 1.3 噴油過程.2 1.4 幾何供油規(guī)律和噴油規(guī)律的定義.3 1.5 噴油器總成.3 2 柴油發(fā)動機(jī)油路壓力測量設(shè)備的設(shè)計.5 2.1 柴油發(fā)動機(jī)油路壓力測量設(shè)備控制系統(tǒng)概述.5 2.2 柴油發(fā)動機(jī)油路壓力測量設(shè)備的原理.7 2.3 柴油發(fā)動機(jī)油路壓力測量設(shè)備相位調(diào)整.7 2.4 柴油發(fā)動機(jī)油路壓力測量設(shè)備測量線路.7 2.5 柴油發(fā)動機(jī)油路壓力測量設(shè)備試驗(yàn)結(jié)果分析.10 2.6 柴油發(fā)動機(jī)油路壓力測量設(shè)備校驗(yàn)壓電壓力傳感器.11 2.7 柴油發(fā)動機(jī)油路壓力測量設(shè)備相關(guān)油管嘴端壓力與針閥體壓力室壓力.11 3 機(jī)械傳動選用及設(shè)計計算.12 3.1 圓錐齒輪的計算.12 3.2 主傳動軸的相關(guān)概算.13 3. 3 花鍵聯(lián)軸器的計算 14 3.4 壓力波動的分析.15 3.5 燃油的可壓縮性.15 3.6 管路的容積變化.16 3.7 管路中的壓力波動.16 3.8 噴油泵的參數(shù)選擇及其對柴油機(jī)性能的影響.17 3.9 噴油泵的速度特性校正.19 3.10 可變減壓容積.19 3.11 可變的減壓作用.19 3.12 高壓油管.20 3.13 柴油內(nèi)燃機(jī)異常噴射現(xiàn)象.20 3.14 二次噴射.21 3.15 穩(wěn)定噴射.22 4 測試精度.23 總結(jié).26 致 謝.28 參考文獻(xiàn).29 汽車發(fā)動機(jī)油路測量設(shè)備的機(jī)構(gòu)設(shè)計 1 1 緒論緒論 1.1 設(shè)計目的設(shè)計目的 柴油機(jī)供油系統(tǒng)多參數(shù)的電測量，為研究供油系統(tǒng)噴射特性提供了手段。而且，目 前在評估新品開發(fā)設(shè)計的噴油泵和噴油嘴的性能時，也常以多參數(shù)的電測量作為考核項 目之一。因此，測量的精確性就顯得越發(fā)重要了。 在以往的電測試驗(yàn)中，出現(xiàn)過油嘴已噴油的工況下，測出的油管壓力低于油嘴開啟 壓力的情況。例如在二零零二年八月高速一號泵的電測試驗(yàn)中，油嘴開啟壓力為 12。5MPA，當(dāng)油泵轉(zhuǎn)速為 250RPM 時，測出的嘴端最高壓力只有 11。69MPA。還有， 日本 VE 泵在二零零二年九月的試驗(yàn)中，油嘴開啟壓力為 18。13MPA（185kgf/cm2） ，在 油泵轉(zhuǎn)速為 390RPM 時，測出的嘴端最高壓力只有 17。013MPA（173。6 kgf/cm2） 。在上 述兩例試驗(yàn)中，油嘴針閥均已開啟噴油。 現(xiàn)有使用的傳感器、信號轉(zhuǎn)換儀、數(shù)據(jù)處理儀、都是具有世界先進(jìn)水平的儀器。精 度很高，隨機(jī)誤差很小。這就要考慮是否存在較大的系統(tǒng)誤差，即要從測試方法的角度 去考慮了。目前一般采用壓電式傳感器測量壓力。壓電傳感器因其機(jī)械強(qiáng)度高，體積小， 重量輕、高頻特性良好，輸出線性好等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛采用。但當(dāng)被測壓力變化頻率低， 變化幅度小時，壓電晶體的電荷量變化難于反映到測量結(jié)果中，即壓電傳感器的低頻特 性差。而我們測量的油路中存在這種變化頻率低、幅度小的壓力高壓油管中的殘留 壓力。因此，壓電傳感器是測不出這種壓力的。上面提到的現(xiàn)象極可能是因?yàn)闇y不出殘 留壓力而產(chǎn)生的。 在課題立項時，還曾考慮過壓電傳感器靈敏度變化問題，還有高壓油管嘴端壓力與 針閥體內(nèi)壓力室的壓力差異問題，是否會對壓力測量精度產(chǎn)生一定的影響。這些都將在 下面的論文中予以闡述。 1.2 柴油發(fā)動機(jī)的燃料噴射裝置概述柴油發(fā)動機(jī)的燃料噴射裝置概述 燃油噴射裝置是柴油機(jī)的一個重要組成部分，在產(chǎn)品改進(jìn)和新品試制過程中，為了 獲得良好的性能指標(biāo)，往往需要對燃油噴射系統(tǒng)進(jìn)行大量的調(diào)試工作，根據(jù)大量實(shí)踐表 明，對現(xiàn)代柴油機(jī)噴射裝置的要求是: (1) 能精確的控制每循環(huán)的噴射量(并要求每缸等量)，并在規(guī)定的時間內(nèi)(噴射持續(xù)角)噴 入汽缸，換言之，即要求具有合適的噴油率。 (2) 為了優(yōu)化柴油機(jī)的性能、煙度、噪聲和排放，需要具備能隨柴油機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速變 的、精度為1A 的噴油提前角。 (3) 為了將柴油和空氣混合，需要高的噴射壓力，對具有強(qiáng)空氣渦流的直噴式或非直 噴式柴油機(jī)，最大噴射壓力為 3040MPA，對低渦流直噴式，最大噴射壓力約為 4548MPA，對無渦流直噴式，最大噴射壓力在 100MPA 以上。 近年來，得到蓬勃發(fā)展的電控噴射系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)要求（2）方面已比常規(guī)的機(jī)械液力 式噴射裝置顯示出更大的優(yōu)越性，并開辟了將噴油系統(tǒng)控制和運(yùn)輸車輛控制結(jié)合起來的 可能性。 在柴油內(nèi)燃機(jī)出現(xiàn)早期，燃油噴射是通過高壓空氣實(shí)現(xiàn)的。一九二七年，德國博世 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 （BOSH）公司開始專業(yè)生產(chǎn)以螺旋槽柱塞旋轉(zhuǎn)方式調(diào)整供油量的機(jī)械式噴油泵，這種噴 油泵的工作原理至今仍用于多數(shù)柴油內(nèi)燃機(jī)的燃料供給系統(tǒng)中。 圖 1.1 燃油系統(tǒng)圖 如圖 1.1 整個燃油系統(tǒng)由低壓油路（油箱、輸油泵、燃料濾請器、 ） （噴油泵、高壓油 管、噴油器）和調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成。其核心部分是高壓油路所組成的噴油系統(tǒng)，人們也把這 種傳統(tǒng)燃料供給系統(tǒng)稱之為泵-管-嘴系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，噴油泵有柱塞式噴油泵和轉(zhuǎn)子 分配式噴油泵兩種。對柱塞式噴油泵，每個柱塞元件對應(yīng)于一個氣缸，多缸內(nèi)燃機(jī)所用 的柱塞數(shù)和氣缸數(shù)相等且和為一體，構(gòu)成合成式噴油泵；對小型單缸和大型多缸內(nèi)燃機(jī)， 常采用每個柱塞元件獨(dú)立組成一個噴油泵，稱之為單體噴油泵。轉(zhuǎn)子分配式噴油泵是用 一個或一對柱塞產(chǎn)生高壓油向多缸內(nèi)燃機(jī)的氣缸內(nèi)噴油，這種主要用于小缸徑高速柴油 內(nèi)燃機(jī)上，其制造成本較低。 在上述泵-管-嘴燃料供給系統(tǒng)中，由于有高壓油管的存在，使噴油系統(tǒng)在內(nèi)燃機(jī)上的 布置比較方便靈活，加上已積累了長期制造與匹配的理論與經(jīng)驗(yàn)，因此，目前這種系統(tǒng) 仍在各種柴油內(nèi)燃機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。但是，也正由于高壓油管的存在，降低了整個燃 油供給系統(tǒng)高壓部分的液力剛性，難于實(shí)現(xiàn)高壓噴射與理想的噴油規(guī)律，也使這種傳統(tǒng) 燃料供給系統(tǒng)的應(yīng)用前景受到一定的限制。為了滿足柴油內(nèi)燃機(jī)不斷強(qiáng)化及日益嚴(yán)格的 排放與噪聲法規(guī)的要求，目前正在大力發(fā)展各種高壓、電控的燃料噴射系統(tǒng)，如采用短 油管的單體泵系統(tǒng)、泵噴嘴與 PT 系統(tǒng)、蓄壓式或共軌系統(tǒng)等等。 在目前對于上述各種噴射裝置的研制中，對噴射裝置系統(tǒng)壓力性能有著很高的要求， 而油管的殘留壓力，在整個壓力系統(tǒng)中占有十分重要的地位，因此對殘留壓力裝置的研 究對整個燃油噴射裝置性能的提高有著十分重要的作用。 1.3 噴油過程噴油過程 柴油內(nèi)燃機(jī)工作時，曲軸通過定時齒輪驅(qū)動噴油泵旋轉(zhuǎn)，燃油從油箱經(jīng)濾清、輸油 汽車發(fā)動機(jī)油路測量設(shè)備的機(jī)構(gòu)設(shè)計 3 泵加壓（約 0。10。15MPA）到噴油泵的低壓油腔。當(dāng)挺柱體總成的滾輪在凸輪基圓時， 柱塞腔與低壓油腔通過進(jìn)、回油孔聯(lián)通，向柱塞腔供油，噴油泵凸輪軸運(yùn)轉(zhuǎn)，凸輪推動 挺柱體總成克服柱塞彈簧力向上運(yùn)動。當(dāng)柱塞頂面上升到與進(jìn)、回油孔上邊緣平齊，進(jìn)、 回油孔關(guān)閉，柱塞腔與低壓油腔隔離。當(dāng)柱塞再向上運(yùn)動時，柱塞腔內(nèi)的燃油被壓縮， 壓力升高。當(dāng)壓力上升到大于出油閥開啟壓力與高壓油管內(nèi)殘壓之和時，出油閥開啟， 燃油流入出油閥緊帽進(jìn)到高壓油管、噴油器體內(nèi)油路及針閥體盛油槽內(nèi)。柱塞繼續(xù)上升， 油壓升高，當(dāng)噴油器針閥體盛油槽內(nèi)的油壓達(dá)到并超過針閥開啟壓力時，針閥打開，向 氣缸內(nèi)噴油。由于柱塞頂面積大，噴油器的噴孔面積小，故噴射過程中壓力繼續(xù)升高。 當(dāng)柱塞上升到其斜槽上邊緣與回油孔的下邊緣相聯(lián)通時，柱塞再上升，柱塞腔與低壓油 腔相通，燃油流經(jīng)回油孔開啟截面進(jìn)入低壓油腔，柱塞腔壓力下降。隨后出油閥在彈簧 力和兩端油壓的綜合作用下開始下行，當(dāng)減壓凸緣進(jìn)入出油閥座孔后，出油閥緊帽腔與 柱塞腔隔離，使緊帽腔到噴油器所組成的高壓油路內(nèi)保持一定量燃油，出油閥仍繼續(xù)下 行到落座。出油閥在落座過程中，由于減壓容積的作用，使高壓油路（出油閥緊帽腔、 高壓油管、噴油器體內(nèi)油道、盛油槽容積的總和）中燃油壓力迅速下降。當(dāng)盛油槽內(nèi)的 燃油壓力小于針閥關(guān)閉壓力時，針閥落座，噴油停止。 由于燃油的可壓縮性與慣性，壓力的傳播與反射，高壓油管內(nèi)的燃油將產(chǎn)生一定的 壓力波，壓力波在出油閥緊帽腔到針閥體的盛油槽內(nèi)不斷衰減，趨于一定壓力定值即殘 留壓力。上述噴油過程是可用壓力傳感器及位移傳感器和相應(yīng)儀器測出，考慮到測量的 方便性和可行性，通常噴油過程試驗(yàn)僅測出泵端壓力、嘴端壓力、針閥升程和噴油速率 隨凸輪軸轉(zhuǎn)角變化關(guān)系。隨后，出油閥落座時，柱塞在凸輪驅(qū)動下繼續(xù)上行到最大行程 后，在柱塞彈簧力作用下，沿凸輪下降段下行，在下行過程中，噴油泵不產(chǎn)生泵油作用， 至此，完成了一個泵油循環(huán)。在柱塞上升過程中，柱塞從下止點(diǎn)上升到進(jìn)、回油孔關(guān)閉 時所經(jīng)過的距離，稱之為噴油泵柱塞的預(yù)行程，它的大小決定了柱塞在壓油過程中初速 度的大小，將影響噴油速率；柱塞封閉進(jìn)、回油孔開始壓油到柱塞斜槽上邊緣與回油孔 相通開始回油所經(jīng)歷的升程，稱之為噴油泵柱塞的有效行程，它的大小與循環(huán)供油量有 關(guān)，決定了噴油器循環(huán)噴油量的大小。 從上述噴油過程的概述可知，噴油試驗(yàn)過程涉及了泵端壓力嘴端壓力。而為了真實(shí) 獲得這兩個壓力必須與油管的殘留壓力結(jié)合起來。因此油管的殘留壓力是整個噴油過程 的一個組成部分，對整個噴射過程有著十分重要的作用。 1.4 幾何供油規(guī)律和噴油規(guī)律的定義幾何供油規(guī)律和噴油規(guī)律的定義 幾何供油規(guī)律是指從幾何關(guān)系上求出的油泵凸輪每轉(zhuǎn)一度（或每妙）噴油泵供入高 壓系統(tǒng)的燃油量（mm3/（）泵軸或 mm3/s）隨凸輪軸轉(zhuǎn)角 （或時間 t）的變化關(guān)系。 由于它純粹是幾何關(guān)系決定的，因此只要知道柱塞的運(yùn)動特性即可。 噴油規(guī)律是指在噴油過程中，每秒或每度泵軸轉(zhuǎn)角從噴油器噴出的燃油量隨時間或 泵軸轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系。 1.5 噴油器總成噴油器總成 噴油器總成對于柴油機(jī)來說，有著非常重要的作用。噴油器總成在發(fā)動機(jī)上的安裝 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 及噴油器總成的噴射性能直接影響柴油發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性、使用性能及可靠性。 噴油器不僅決定著噴霧質(zhì)量、油束與燃燒室的配合，而且影響噴油特性（噴油時刻、噴 油延續(xù)時間、噴油規(guī)律） ，這些都直接影響發(fā)動機(jī)的性能指標(biāo)。如果噴油不良，油束和燃 燒室配合不好，則混合氣形成惡化，燃燒變壞，性能下降。在新產(chǎn)品的試制過程中，往 往需要對噴油器作大量的調(diào)試，才能使柴油機(jī)達(dá)到設(shè)計指標(biāo)；在使用過程中，常由于噴 油器的故障使發(fā)動機(jī)性能下降，甚至不能運(yùn)轉(zhuǎn)。所以噴油器是影響柴油機(jī)設(shè)計指標(biāo)和使 用性能的關(guān)鍵部件之一。 噴油器總成通過法蘭、壓板和螺套緊固在發(fā)動機(jī)的氣缸頭上，它的噴油嘴端深入到 發(fā)動機(jī)氣缸的燃燒室內(nèi)。噴油器的高壓油道通過高壓油管與噴油泵總成的出油閥接頭相 連接，回油油路相互連接直接回到油箱。 噴油器總成的功用是： (1) 將一定數(shù)量的具有合適噴射壓力的燃油霧化，以促進(jìn)燃油在發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)的著火 燃燒。 (2) 借助于（或者不借助于）空氣渦流將燃油噴注并力求均勻分布到氣缸的燃燒室內(nèi)， 特別對于無渦流的開式燃燒室，噴油器總成的安裝精度是一個很值得重視的問題。一般 噴油器總成由噴油嘴偶件、噴油器體、調(diào)壓裝置、油管接頭、緊帽等、部件組成。 當(dāng)高壓燃油經(jīng)高壓油道進(jìn)入噴油嘴偶件盛油槽部位而壓力積蓄到能克服調(diào)壓彈簧對 針閥的壓緊力時，針閥被升起，高壓油進(jìn)入嘴端的高壓腔經(jīng)噴孔霧化而噴射到氣缸的燃 燒室內(nèi)。當(dāng)噴油泵終止泵油，油道內(nèi)壓力降低，針閥受彈簧的壓力而降致針閥座面以關(guān) 閉高壓腔，這時燃油不能經(jīng)過噴油孔而進(jìn)入發(fā)動機(jī)氣缸的燃燒室，而燃燒室的燃點(diǎn)也不 能進(jìn)入噴油器體內(nèi)。由于噴油器總成的主要組成是噴油嘴偶件，而噴油嘴偶件又有不同 的結(jié)構(gòu)形式，所以噴油器總成也有不同的結(jié)構(gòu)形式。 小發(fā)動機(jī)的油嘴開啟壓力較低，而大發(fā)動機(jī)的油嘴開啟壓力和關(guān)閉壓力應(yīng)足夠高， 以保證噴射終止后針閥能克服燃燒室高壓而落座，否則燃燒室氣體將進(jìn)入油嘴，使噴孔 和針閥積碳而進(jìn)一步影響燃油的噴射和燃燒。 噴油器中噴油壓力的影響： 在燃油噴射過程中，燃油壓力是變化的。一般講，小型高速柴油機(jī)的噴油嘴針閥開 啟壓力為 1220MPA，最高燃油壓力是 4060MPA，而大型柴油機(jī)噴油嘴針閥開啟壓力 為 2130MPA，最高噴油壓力約為 80100MPA 以上。噴油壓力直接影響噴油持續(xù)時間 和燃油霧化質(zhì)量。如果噴油壓力過低，則燃油霧化不好，而且容易引起燃?xì)饣馗Z將噴油 嘴燒壞。隨著噴油壓力提高，可以使油束出口速度增加，降低油滴的平均直徑，使油滴 蒸發(fā)加快，加速油束在空氣中的擴(kuò)散，使空氣卷入的相對速度增加，同時噴射持續(xù)期縮 短，這樣就大大提高了混合氣形成速率，從而改善燃燒性能。 噴油壓力對然油消耗率的影響： 隨著噴油壓力提高，燃油消耗率下降。所以近年來在柴油機(jī)上有提高噴油壓力的趨勢， 甚至采用高壓噴射。例如在大型柴油機(jī)上噴油壓力已提高到 100MPA 以上，MAN 公司的 58/64 系列柴油機(jī)的最高噴油壓力已達(dá) 130MPA，并打算提高到 140MPA，在小型高速柴油 機(jī)上，由于受到噴油泵強(qiáng)度的限制，最高噴油壓力通常在 70MPA 以下。應(yīng)該指出，由于最 汽車發(fā)動機(jī)油路測量設(shè)備的機(jī)構(gòu)設(shè)計 5 高噴油壓力的出現(xiàn)是瞬時的，因此應(yīng)用平均有效壓力（即在噴油持續(xù)期內(nèi)通過噴孔的平均 壓降）來判斷噴油過程的好壞更為合理。隨著平均有效壓力的提高，燃油消耗率和煙度都 相應(yīng)下降。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 2 柴油發(fā)動機(jī)油路壓力測量設(shè)備的設(shè)計柴油發(fā)動機(jī)油路壓力測量設(shè)備的設(shè)計 2.1 柴油發(fā)動機(jī)油路壓力測量設(shè)備控制系統(tǒng)概述柴油發(fā)動機(jī)油路壓力測量設(shè)備控制系統(tǒng)概述 信息總是蘊(yùn)涵在某些物理量之中，并依靠它們來傳輸?shù)?。這些物理量就是信號。就 具體物理性質(zhì)而言，信號有光電信號、光信號、力信號，等等。其中，電信號在變換、 處理、傳輸和運(yùn)用等方面，都有明顯的優(yōu)點(diǎn)，因而成為目前應(yīng)用最廣泛的信號。各種非 電信號也往往被轉(zhuǎn)換成電信號，而后傳輸、處理和運(yùn)用。 在測試工作的許多場合中，并不考慮信號的具體性質(zhì)，而是將其抽象為變量之間的 函數(shù)關(guān)系，特別是時間函數(shù)或空間函數(shù)，從數(shù)學(xué)上加以分析研究，從中得出一些具有普 遍意義的理論。這些理論極大地發(fā)展了測試技術(shù)，并成為測試技術(shù)的重要組成部分。這 些理論就是信號的分析和處理技術(shù)如圖 1.2 圖 1.2 信號的分析和處理技術(shù)圖 一般說來，測試工作的全過程包含著許多環(huán)節(jié)：以適當(dāng)?shù)姆绞郊畋粶y對象、信號 的調(diào)理、分析與處理、顯示與記錄，以及必要時以電量形式輸出測量結(jié)果。因此，測試 系統(tǒng)的大致框圖可以用圖 2.1 來表示： 圖 2.1 測試系統(tǒng)流程框圖 應(yīng)當(dāng)指出，并非所有的測試系統(tǒng)都具備圖 2.1 中所有環(huán)節(jié)，尤其是虛線連接的環(huán)節(jié)和 傳輸環(huán)節(jié)。實(shí)際上，對環(huán)節(jié)與環(huán)節(jié)之間都存在著傳輸。圖 2.1 中的傳輸環(huán)節(jié)是指較遠(yuǎn)距離 的通訊傳輸?？陀^事物是多樣的。測試工作所希望獲取的信息，有可能已載于某種可檢 測的信號中，也有可能尚未載于檢測的信號中。對于后者，測試工作就包含著選用合適 的方式激勵被測對象，使其產(chǎn)生既能充分表征其有關(guān)信息便于檢測的信號。事實(shí)上，許 多系統(tǒng)的特征參量在系統(tǒng)的某些狀態(tài)下，可能充分地顯示出來；而在另外一些狀態(tài)下確 汽車發(fā)動機(jī)油路測量設(shè)備的機(jī)構(gòu)設(shè)計 7 可能沒有顯示出來，或者顯示得很不明顯，以至于難于檢測出來。因此，在后一種情況 下，要測量這些特征參量時，就需要激勵該系統(tǒng)，使其處于能夠充分顯示這些參量特性 的狀態(tài)中，以便有效地檢測載有這些信號的信號。傳感器直接作用于被測量。并能按一 定規(guī)律將被測量轉(zhuǎn)換成同種或別種量輸出。信號調(diào)理環(huán)節(jié)。把來自傳感器的信號轉(zhuǎn)換成 更適合于進(jìn)一步傳輸和處理的形式。這時信號轉(zhuǎn)換，在多數(shù)情況下是電信號之間的轉(zhuǎn)換。 例如將幅值放大，將阻抗的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化或?qū)⒆杩沟淖兓D(zhuǎn)換成頻率的變 化等等。信號處理環(huán)節(jié)接受來自調(diào)理環(huán)節(jié)的信號，并進(jìn)行各種計算、濾波分析將結(jié)果輸 至顯示記錄或控制系統(tǒng)。信號顯示、記錄環(huán)節(jié)，以檢測者易于認(rèn)識的形式來顯示測量的 結(jié)果，或?qū)y量結(jié)果存貯，供必要時使用。在所有這些環(huán)節(jié)中，必須遵循的基本原則是 各環(huán)節(jié)的輸出量與輸入量之間保持一一對應(yīng)和盡量不失真的關(guān)系，并必須盡可能的減小 或消除各種干擾。 從以上的各測量環(huán)節(jié)的相互關(guān)系中我們可以知道，任何測量儀器都是由感受件、中 間件、效用件組成的。下面我們再對這三個元件作一下簡單的描述。 1.信號接收部件 它直接與被測對象發(fā)生聯(lián)系(但不一定直接接觸)，感知被測參數(shù)的變化，同時對外界 發(fā)出相應(yīng)的信號。 作為儀器的感受件必須滿足下述三個條件: (1) 它必須隨被測參數(shù)的變化而發(fā)生相應(yīng)的內(nèi)部變化(這個內(nèi)部變化就是傳感器的 輸出信號)。如熱電偶的一端受熱后，因金屬的熱電效應(yīng)而產(chǎn)生熱電勢。 (2) 它只能隨被測參數(shù)的變化而發(fā)出信號（即不受其它任何參數(shù)的影響） 。如熱電 偶產(chǎn)生電勢的大小只隨溫度而變化，其它如壓力等參數(shù)的變化不引起電勢的改變。 (3) 感受件發(fā)出的信號與被測參數(shù)之間必須是單值的函數(shù)關(guān)系（即一個確定的信 號只能與參數(shù)的一個值相對應(yīng)） 。例如，不能用水的密度變化來測量+4左右的溫度， 因?yàn)樵谶@種情況下水的同一個密度大小可以代表兩個不同的溫度。 實(shí)際上，這三個條件是難以完全得到滿足的，特別是其中第（2）項條件。因此，任 何傳感器都不可能是十全十美的，它都受一定使用條件的限制。如在使用上不加以注意， 就會得出錯誤的測量結(jié)果。 2. 中間件 最簡單的中間件是“單純”起傳遞作用的元件，它將傳感器的輸出原封不動地傳遞給效 用件。這種單純的傳遞件一般只有當(dāng)傳感器輸出的信號較強(qiáng)，感受件與效用件之間的距 離不大或效用件的靈敏度很高（或消耗的能量很?。r才有可能采用。 在近代的內(nèi)燃機(jī)測試工作中，都要求實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中觀測、遙測和自動記錄。所以大 多數(shù)測量儀器的中間件還必須完成“放大”、 “變換”和“運(yùn)算”任務(wù)。 儀器的放大件有兩類：一類是感受件發(fā)出的信號較強(qiáng)，放大時不需外加能量，它只 利用杠桿、齒輪等機(jī)械構(gòu)件擴(kuò)大指針和標(biāo)尺之間的相對位移，使之易于觀測，如機(jī)械式 示功器中的杠桿、彈簧管壓力計中的杠桿和扇形齒輪傳動機(jī)構(gòu)。 另一類放大是需要外加能量的，這在電測儀器中用得很多，例如用電子電位計測量 熱電勢時，就要將電勢放大十萬倍才能足以驅(qū)動伺服電機(jī)帶動指針作出指示。這類放大 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 在電測儀器中利用電子器件來完成。 有時，為了放大信號的需要，或改變傳感器輸出信號性質(zhì)的需要，在電測儀器的測 量電路中設(shè)有信號“變換器”和“運(yùn)算器”。 3. 效用件 它直接與觀測者發(fā)生聯(lián)系，其作用是根據(jù)傳感器輸出信號的大小向檢測者顯示被測 參數(shù)在數(shù)量上的大小。最簡單而常見的儀器效用件是指示件，它通過標(biāo)尺和指針（或液 面、光線等）的相對位置來反映被測參數(shù)的瞬時值，有這種效用件的儀器也就被稱作指 示儀器。效用件能將被測參數(shù)變化歷程記錄下來的儀器稱為記錄式儀器。在記錄式儀器 中，除了以記錄筆的運(yùn)動來反映被測參數(shù)的變化外，還需要另一個作相應(yīng)運(yùn)動的部件， 這樣才能作出函數(shù)的圖形。在現(xiàn)有的條件下此類部件已被打印機(jī)等顯示輸出設(shè)備所代替。 記錄式儀器所能反映的是被測參數(shù)在各個瞬時的變化情況，但有時需要知道被測參 數(shù)對時間的積分。例如，在測定流量時，不僅要知道流量的瞬時值，而且還要知道在某 個時間間隔內(nèi)流過的總流量，如以 Q 表示瞬時流量（m2/s） ，則就是從時間 t1到 t2間 2 1 t t t Qd 隔內(nèi)流過的總流量，但這畢竟比較麻煩，為此可以使儀器的效用件自己進(jìn)行積分，這樣 的測量儀器稱積分式累計儀器，如流量計、電度表等。 此外，按照效用件的功能來分類的還有：數(shù)字式儀器、信號式儀器、電接觸式儀器、 調(diào)節(jié)式儀器，等等。 2.2 柴油發(fā)動機(jī)油路壓力測量設(shè)備的原理柴油發(fā)動機(jī)油路壓力測量設(shè)備的原理 為了精確地測定高壓油管中的殘留壓力，我們在查閱了大量資料的基礎(chǔ)上，并參照 噴油泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計了一種專門用于測量殘留壓力的測量裝置。柱塞二開有二百四 十度的環(huán)槽，并通過一隊圓錐直齒輪與油泵凸輪軸同步轉(zhuǎn)動，柱塞套上裝有壓力表和應(yīng) 變式傳感器。當(dāng)油泵與殘留壓力測量裝置連接的那一缸即將進(jìn)入供油狀態(tài)時，柱塞的密 封面將測量油路與油泵高壓油路切斷。供油結(jié)束后，柱塞上的環(huán)槽使得測量油路與高壓 油管相同。這樣，壓力表和傳感器就采集到了供油結(jié)束時期高壓油管中的殘留壓力。可 以從壓力表的表盤上直接讀取壓力數(shù)值，也可以以此觀察壓力的變化趨勢。由傳感器采 集、信號轉(zhuǎn)換儀轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理儀記錄下來的壓力波形，可以得到在一定工況下，一段 凸輪軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)壓力波動的情況?？梢娺@兩種記錄方式各有所長。 2.3 柴油發(fā)動機(jī)油路壓力測量設(shè)備相位調(diào)整柴油發(fā)動機(jī)油路壓力測量設(shè)備相位調(diào)整 要測量與油泵某一缸連接的高壓油管的殘留壓力；需先轉(zhuǎn)動油泵凸輪軸，將該缸轉(zhuǎn) 到供油始點(diǎn)位置；再將殘留壓力測量裝置轉(zhuǎn)到附圖 1（b）所示的位置。然后，將油泵試 驗(yàn)臺動力輸出端與殘留壓力測量裝置傳動軸的一端、殘留壓力測量裝置傳動軸的另一端 與油泵凸輪軸，用聯(lián)軸節(jié)連接起來。這樣，就把殘留壓力測量裝置的相位與油泵的相位 對應(yīng)起來了。 汽車發(fā)動機(jī)油路測量設(shè)備的機(jī)構(gòu)設(shè)計 9 2.4 柴油發(fā)動機(jī)油路壓力測量設(shè)備測量線路柴油發(fā)動機(jī)油路壓力測量設(shè)備測量線路 測量殘留壓力所作用的傳感器是應(yīng)變式傳感器。導(dǎo)體受機(jī)械變形時，其電阻值發(fā)生 變化，稱為“應(yīng)變效應(yīng)”。應(yīng)變式傳感器就是用以上原理工作的。 對于大多數(shù)作為應(yīng)變片金屬絲的材料來說，其電阻絲電阻變化率 在彈性范圍內(nèi)可 R dR 用下式表示： k l dl k R dR 式中 k 為常數(shù)，其值約在。1.63.6 之間；為應(yīng)變。 l dl 此式表示金屬電阻絲電阻變化率 與應(yīng)變 成線性關(guān)系，而應(yīng)變靈敏系數(shù) k 即為此 直線的斜率，這就是電阻應(yīng)變片測量應(yīng)變的理論基礎(chǔ)。 半導(dǎo)體應(yīng)變片最突出的優(yōu)點(diǎn)是靈敏系數(shù)高，根據(jù)不同的半導(dǎo)體材料，ks=30175，它 比常用的金屬絲電阻應(yīng)變片的靈敏數(shù)系（一般 k=2）大幾十倍，于是在應(yīng)變片的應(yīng)用上提 供了很大方便。此外，如機(jī)械滯后小，橫向效應(yīng)小以及它本身的體積小等優(yōu)點(diǎn)，擴(kuò)大了 它的使用范圍。 但半導(dǎo)體應(yīng)變片目前還存在如下缺點(diǎn)： （1）溫度穩(wěn)定性差。不僅因?yàn)榘雽?dǎo)體材料的電阻溫度系數(shù)大，而且它的靈敏系數(shù)隨 溫度的變化而有相當(dāng)大的變化。 （2）在大應(yīng)變作用下，靈敏系數(shù)的非線性較大，同時，由于半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系 數(shù)高，在承受應(yīng)變作用時引起的電阻變化就大，如靈敏系數(shù)高，在承受應(yīng)變作用時引起 的電阻變化就大，如靈敏系數(shù)為 130 的半導(dǎo)體應(yīng)變片，在承受 1000 的作用時，其電阻 變化率R/R 可達(dá) 13%，在這種情況下，不僅應(yīng)變片靈敏系數(shù)本身失去線性，而且應(yīng)變儀 常用的等臂惠斯頓電橋也將達(dá)到 6%的非線性誤差，所以使用半導(dǎo)體應(yīng)變片測量較大的應(yīng) 變時，對測量儀器本身亦應(yīng)采取措施，以配合半導(dǎo)體應(yīng)變片的應(yīng)用，如用高阻抗恒流電 源作電橋供電和采用具有高橋臂比的恒壓電橋等。 由于半導(dǎo)體應(yīng)變片的溫度穩(wěn)定性差，使用時必須采取溫度補(bǔ)償措施，以消除由溫度 引起的零漂或虛假信號。 應(yīng)變式傳感器的溫度補(bǔ)償是一個不可忽視的問題，因?yàn)閼?yīng)變片作為敏感元件測量構(gòu) 件的變形時，總是希望應(yīng)變片的電阻變化與應(yīng)變之間有單值函數(shù)關(guān)系，但實(shí)際上電阻的 變化受溫度變化的影響很大。 在實(shí)際工作中，為了減小甚至消除這種溫度變化的影響，常采用橋路補(bǔ)償和應(yīng)變片 自補(bǔ)償?shù)姆椒▉磉M(jìn)行溫度補(bǔ)償。 目前常用的應(yīng)變式壓力傳感器有懸鏈膜片-應(yīng)變筒式、平膜片式和管式等。它們的共 同特點(diǎn)是利用粘貼在彈性敏感元件上的應(yīng)變片，感測其受壓后的局部應(yīng)變，從而測得流 體的壓力。 油管殘留壓力測量裝置采用 的 BPR-2/100 型傳感器，就是懸鏈膜片-應(yīng)變筒式應(yīng)變式 壓力傳感器。當(dāng)傳感器的膜片受到流體壓力作用時，圓筒受到壓縮，產(chǎn)生應(yīng)變。在圓筒 薄壁部分的外表面上，沿軸向粘貼工作應(yīng)變片，沿橫向粘貼溫度補(bǔ)償片，工作片和補(bǔ)償 R dR 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 片接成半橋，通過相應(yīng)的測量電路，即可得到與被測壓力成正比的電壓（或電流）輸出。 這種傳感器的承壓膜片以應(yīng)變筒直徑分為內(nèi)、外兩部分，其徑向剖面呈懸鏈線形， 膜片的抗彎剛度很小。這樣，應(yīng)變筒的軸向壓應(yīng)變可由下式估算： 式中 P被測壓力（Pa） A應(yīng)變筒的橫截面積（m2） E應(yīng)變筒材料的彈性模量（N/ m2） A1承壓膜片的有效工作面積（m2） 在外殼內(nèi)徑確定的情況下，應(yīng)變筒外徑越大則承壓膜片的有效工作面積也越大，這 對提高傳感器的靈敏度有利。但應(yīng)變筒外徑增大，應(yīng)變筒與膜片的接觸面積就要增加， 從而使溫度影響增大。一般設(shè)計成小圓面積略小于大圓面積的三分之一，在這種情況下， 承壓膜片的有效面積略小于總面積的三分之二。 懸鏈膜片壓力傳感器的線性誤差較大。包括非線性、回程誤差和蠕變再內(nèi)的總線性 誤差一般為 1%，較好的情況下可達(dá) 0。5%左右。除了它有一般應(yīng)變式傳感器中產(chǎn)生線性 誤差的因素之外，這種傳感器承壓膜片的有效工作面積隨壓力的增大而減小，以及在壓 力作用下膜片邊緣部位出現(xiàn)相當(dāng)大的局部彎曲應(yīng)力，都是產(chǎn)生非線性的重要原因。當(dāng)應(yīng) 力超過材料屈服限時，就會出現(xiàn)回程誤差、蠕變等問題。上述所有因素引起的線性誤差， 都是隨著膜片直徑的增大而減小。 這種壓力傳感器的靈敏度和固有頻率都要比相同直徑的平膜片式傳感器高的多，它 的固有頻率一般在 3050kHz 的范圍內(nèi)。 綜合上述內(nèi)容，可以得出這樣一個結(jié)論，就是傳感器受壓力作用，產(chǎn)生微應(yīng)變。由 應(yīng)變儀將微應(yīng)變量的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化。將電壓信號送入數(shù)據(jù)處理儀。由模擬量/數(shù) 字量（A / D）轉(zhuǎn)換板轉(zhuǎn)換，就得到了壓力的數(shù)字量。 測量高壓油管泵端、嘴端壓力的傳感器是壓電式傳感器。 壓電傳感器的工作原理是以某些物質(zhì)的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)的。 有些結(jié)晶物質(zhì)沿它的某個結(jié)晶軸受到力的作用時，其內(nèi)部有極化現(xiàn)象出現(xiàn)，在它的 表面上有電荷集結(jié)，其大小和作用力的大小成正比，這種效應(yīng)稱為正壓電效應(yīng)。反之， 如果在晶體的某些表面之間加上電場，在晶體內(nèi)部也產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時晶體產(chǎn)生變形， 這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。具有壓電效應(yīng)的晶體稱為壓電晶體。作為壓電傳感器材料的 壓電晶體有：石英晶體、酒石酸鉀鈉、鈦酸鉛等鉛系多晶體燒結(jié)而成的陶瓷等。 在晶體切片的電軸方向?qū)ζ涫┘訅毫蚶r都會在垂直于該軸面上集結(jié)電荷，電 荷可從緊貼于兩晶體面上的金屬極板用引線傳出，作為壓電傳感器的輸出。 為了提高輸出，在壓電傳感器中，一般很少將壓電晶體單片使用，而往往采用兩片 以上組合在一起組成一個傳感器。由于壓電晶片是有極性的，所以有兩種組合方式，一 種是將晶片同極性的晶面緊貼在一起作一個輸出端，兩邊的電極用導(dǎo)線連接后作為輸出 的另一端，形成“并聯(lián)組合”。另一種組合是將正負(fù)電荷集中在上下極板，而中間晶面上的 汽車發(fā)動機(jī)油路測量設(shè)備的機(jī)構(gòu)設(shè)計 11 電荷則互相抵消，形成“串聯(lián)組合”。 從上述兩種組合方式中可以看出：并聯(lián)組合中輸出的電荷大，輸出電容大，輸出阻 抗低，時間常數(shù)大，故適于電荷作為輸出的場合。而在串聯(lián)組合中輸出電壓大，輸出電 容小，阻抗高以及時間常數(shù)小，故適于以電壓作為輸出信號和測量電路輸入阻抗很高的 場合。 從壓電效應(yīng)來說，壓電傳感器產(chǎn)生的電荷量 Q 屬于靜電性質(zhì)的現(xiàn)象。此電荷量 Q 的 大小是無法用一般儀表測得的，這是因?yàn)橐话銉x表的輸入阻抗 有限，壓電晶片上產(chǎn)生的電荷將通過測量電路的輸入電阻泄漏掉。測量電路的輸入 阻抗愈高，被測參數(shù)的變化愈快（即頻率愈高） ，則所測的結(jié)果就愈接近電荷的實(shí)際變化。 由此可見，為了減小測量誤差，要求壓電傳感器測量電路必須是高輸入阻抗的放大器， 通常是在放大器與變換器之間加入高阻抗的前置放大器。 為了克服由于電纜長度影響傳感器的靈敏度，發(fā)揮利用壓電效應(yīng)作為傳感器的優(yōu)點(diǎn)， 壓電傳感器應(yīng)與電荷放大器匹配。它是一種以輸出電壓與輸入電荷成正比的前置放大器。 在采用電荷放大器的情況下，壓電傳感器視為一個電源。電荷放大器是一個高增益 的、具有反饋電容 Cf 的運(yùn)算放大器。 開環(huán)增益為 A，Cf為反饋電容。此放大器是一個電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路，從放大器輸 入端看，相當(dāng)于 Cf（1+A）的反饋輸入阻抗和輸入端阻抗并聯(lián)。反饋電容 Cf在輸入端的 作用增加了（1+A）倍，這就增大了輸入回路的時間常數(shù)，當(dāng)壓電傳感器受外力作用產(chǎn)生 電荷 Q 時，將向所有電容充電，此時放大器輸入端的電壓為為： eQ/ CpCcCi1 i ACf 當(dāng) A 遠(yuǎn)大于 1 時 eQ/. if C A 放大器的輸入電壓 eO為 0 .A=-Q/ if eeC 式中的負(fù)號表示本極的輸出與輸入極性相反。此式還說明電荷放大器的輸出電壓僅 和電荷量及反饋電容量有關(guān)，對于放大系數(shù) A 及電纜分布 Cc 的變化不再影響放大器的輸 出，這是電荷放大器的顯著特點(diǎn)。一般對于長電纜時取 A Cf大于 100C0即可使電纜分布 電容對測量的靈敏度無明顯影響。但是 Cf值選得過大也會影響靈敏度下降。此外，當(dāng)電 荷放大器與壓電傳感器連接使用時，其下限頻率（時間常數(shù)）只由電荷放大器決定，目 前國內(nèi)生產(chǎn)的電荷放大器的下限頻率已達(dá) 1.610-6Hz，這對實(shí)際測量和準(zhǔn)靜態(tài)標(biāo)定是很重 要的。 通過以上的分析，可以知道，本測量裝置所用的信號轉(zhuǎn)換儀是電荷放大器。電荷放 大器將傳感器傳輸來的電荷量信號轉(zhuǎn)換為電壓信號送入數(shù)據(jù)處理儀。 凸輪軸轉(zhuǎn)角信號是由霍爾元件始點(diǎn)信號傳感器產(chǎn)生的。 2.5 柴油發(fā)動機(jī)油路壓力測量設(shè)備試驗(yàn)結(jié)果分析柴油發(fā)動機(jī)油路壓力測量設(shè)備試驗(yàn)結(jié)果分析 利用高壓油管殘留壓力測量裝置和其它電測儀器，我們對日本 DDK 公司的 A 型泵進(jìn) 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 行了電測試驗(yàn)。試驗(yàn)項目有高壓油管泵端壓力，嘴端壓力和殘留壓力。通過試驗(yàn)得到這 樣的結(jié)論：我們一般將泵端、嘴端壓力波形中的最低點(diǎn)（一般是供油前一段壓力） ，當(dāng)作 壓力零點(diǎn)。事實(shí)上這一段壓力并不為零，而恰恰是殘留壓力的數(shù)值。供油開始前，殘留 壓力傳感器與嘴端壓力傳感器的采樣相同，兩個壓力相等，以這點(diǎn)為基準(zhǔn)，泵端壓力波 形與殘留壓力波形迭加，嘴端壓力波形與殘留壓力波形迭加，才是泵端壓力、嘴端壓力 的實(shí)際波形。當(dāng)油泵轉(zhuǎn)速為 300RPM，油嘴開啟壓力為 17.5MPA，而最高嘴端壓力只有 15.6MPA，低于油嘴開啟壓力。但把嘴端壓力波形與殘留壓力波形迭加之后，最高嘴端壓 力可接進(jìn) 21MPA，就大大高于油嘴開啟壓力了。這樣就可以解釋在油嘴已噴油的工況下， 測出的油管嘴端壓力低于油嘴開啟壓力的現(xiàn)象了。 我們曾嘗試用所里現(xiàn)有的儀器來測殘留壓力。采用應(yīng)變式傳感器與壓電式傳感器串 接在油管嘴端。從測量壓力的曲線來看，應(yīng)變式傳感器以其所測壓力波形的最低點(diǎn)作為 其記錄零線。如果認(rèn)為此點(diǎn)為實(shí)際零線，那么噴油前一段穩(wěn)定的壓力就應(yīng)該為殘留壓力 了。從曲線上看這段壓力為 2.64MPA。但用殘留壓力測量裝置測同工況下的殘留壓力， 測得結(jié)果殘留壓力均在 7MPA 左右。因此用應(yīng)變式傳感器裝在高壓油管端部，并不能測 得殘留壓力。 接殘壓裝置與不接殘壓裝置測得的同一轉(zhuǎn)速下的泵端、嘴端壓力波形，盡管兩次測 得的對應(yīng)最大值不同，但嘴端與泵端的壓力差值基本相同，可見裝上殘壓裝置后并不影 響高壓油管的壓力。 目前，許多研究報告表明，高壓油管殘留壓力的研究對柴油機(jī)供油系統(tǒng)噴射過程的 研究有著重要的意義。如空泡和噴射過程的穩(wěn)定性等問題的研究中，只要?dú)埩魤毫Σ坏?于燃油中輕餾份的飽和蒸汽壓力，就不會出現(xiàn)蒸汽空泡；而高壓油管中殘留壓力的穩(wěn)定 性就決定了噴射過程的穩(wěn)定。因此，殘留壓力的研究，不僅在科研機(jī)構(gòu)中得到重視，而 且越來越多的生產(chǎn)部門作為開發(fā)新品時參數(shù)選擇的依據(jù)。因此，我們開發(fā)的這個殘留壓 力測量裝置，不僅對提高油泵多參數(shù)測試精度有重要意義，也為噴油系統(tǒng)的研究和設(shè)計， 提供了新的測試手段。 2.6 柴油發(fā)動機(jī)油路壓力測量設(shè)備校驗(yàn)壓電壓力傳感器柴油發(fā)動機(jī)油路壓力測量設(shè)備校驗(yàn)壓電壓力傳感器 我們采用本所現(xiàn)有的儀器，比較了壓電式壓力傳感器與應(yīng)變式壓力傳感器的壓力測 量值。目的是觀察壓電式壓力傳感器經(jīng)過這么多年的使用靈敏度是否有變化。 首先，用活塞式壓力計標(biāo)定應(yīng)變式壓力傳感器。再用電荷標(biāo)定器（AVL3054-A01 CHARGE CALIBRATOR） ，根據(jù)所用的壓電傳感器的靈敏度數(shù)值，標(biāo)定壓電式傳感器。 然后，將經(jīng)過標(biāo)定的壓電式傳感器與應(yīng)變式傳感器串接在高壓油管的嘴端，如附圖十七， 接線、安裝，進(jìn)行試驗(yàn)。附圖十八為測出的在油泵轉(zhuǎn)速為 800RPM，全油門工況下的嘴端 壓力曲線。壓電式傳感器測得的最高壓力；PPMAX=26.159MPA，應(yīng)變式傳感器測得的最高 壓力 PSMAX=25。250MPA。 兩者的相對誤差為： 3.6%100% 25.250 25.25026.159 100% P P-P SMAX SMAXPMAX 汽車發(fā)動機(jī)油路測量設(shè)備的機(jī)構(gòu)設(shè)計 13 偏差并不大。再比較兩者波形，壓電式壓力傳感器的動態(tài)響應(yīng)快，因此尖波較多， 但兩者的波形變化趨勢是相同的。 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，可以說，壓電式壓力傳感器的靈敏度變化不大。 2.7 柴油發(fā)動機(jī)油路壓力測量設(shè)備相關(guān)油管嘴端壓力與針閥體壓力室壓力柴油發(fā)動機(jī)油路壓力測量設(shè)備相關(guān)油管嘴端壓力與針閥體壓力室壓力 高壓油管嘴端壓力不同于針閥體壓力室的壓力（以下稱嘴腔壓力） 。由于壓力波在高 壓油路的傳播，嘴端壓力與嘴腔壓力存在相位差，兩者隨轉(zhuǎn)速，負(fù)荷變化的趨勢基本一 致，嘴腔壓力要高于嘴端壓力。 我們一般說的油嘴開啟壓力，是在油嘴試驗(yàn)臺上手動加壓測出的。從其測量儀表與 油路的聯(lián)接方式來看，這個壓力是油管嘴端壓力，不是嘴腔壓力。因此，嘴端壓力與油 嘴開啟壓力是可以直接比較的。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 3 機(jī)械傳動選用及設(shè)計計算機(jī)械傳動選用及設(shè)計計算 考慮到油管殘留壓力試驗(yàn)裝置的特殊性，采用了圓錐直齒輪一級傳動，并用花鍵聯(lián) 軸器與油泵試驗(yàn)臺相連，專用聯(lián)軸節(jié)與測試油泵相連的方式進(jìn)行布置。它有結(jié)構(gòu)簡單， 使用方便的特點(diǎn)。 齒輪機(jī)構(gòu)是機(jī)械中應(yīng)用最廣的傳動機(jī)構(gòu)之一。與其他傳動機(jī)構(gòu)相比，其主要特點(diǎn)是： 傳動比穩(wěn)定，壽命較長，效率較高，適用的周速和功率范圍廣，并可實(shí)現(xiàn)任意兩軸間的 傳動；但要求較高的制造和安裝精度，成本較高，且高速運(yùn)轉(zhuǎn)時噪聲較大。 錐齒輪用于兩相交軸間的傳動。一對錐齒輪的傳動相當(dāng)于一對節(jié)圓錐作純滾動。錐 齒輪有分度圓錐，齒頂圓錐，齒根圓錐和基圓錐。按照分度圓錐上齒的方向，錐齒輪可 分為直齒、斜齒和曲齒三種。直齒錐齒輪的設(shè)計、制造和安裝都較簡單，應(yīng)用較廣。曲 齒錐齒輪傳動平穩(wěn)，承載能力高，常用于高速重載傳動，但設(shè)計、制造比較復(fù)雜。由于 本裝置是一級傳動，結(jié)構(gòu)相對較簡單所以采用直齒圓錐齒輪傳動。 3.1 圓錐齒輪的計算圓錐齒輪的計算 圖 3-1 圓錐齒輪 1.軸的交角:=1+2=90 根據(jù)實(shí)際工況及經(jīng)驗(yàn)值定 Z1=Z2=44 m=1 2.分度圓錐角(節(jié)錐角) 1 0 11 451ictg 21 90904545 3.模數(shù)(大端)m 由經(jīng)驗(yàn)確定 m=1 4.分度圓直徑 d： 1 4444dm z 5.齒頂高 ha： *. haha m 查表得： ha*1c*0.2 *. 1 11haha m 汽車發(fā)動機(jī)油路測量設(shè)備的機(jī)構(gòu)設(shè)計 15 6齒根高 hf ： * .hfhacm 1 0.211.2 11.2hf 7全齒高 h： * 2.hhacm 所以：2 1 0.212.2h 8齒頂圓直徑 da ： * 2cos2cosdadham Zha 所以：1442 1 cos4544245.414da 9齒根圓直徑 df：dfd2hf *cos 2 df442 1.242.303 2 10錐距(節(jié)錐長) 22 12 2 12 0.52 4431.113 2sin 2 22 22 m RZZ mzdd 11齒頂角 a 正常收縮齒 tg a=ha R tg 1 31.113 aarctg1.84a 12齒根角 tg ftg f hf R tg f0.0386 1.2 31.113 mm n P c nT. P. d 3 3 6 20 10559 arctg f=2.21 13齒頂錐角 a 正常收縮齒 451.8446.84aa 14齒根錐角 f 452.2142.49ff 15齒寬 b 31.113 b10.371 33 R 根據(jù)實(shí)際工況取 6 16齒頂高投影 n 2 nhasin1 sin45 2 17齒寬的投影 e .cos cos ba e a 6 cos46.84 4.1063 cos1.84 e 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 18從錐頂?shù)酱蠖送鈭A的距離 A 1.442 A1A2n121.293 222 mz 根據(jù)結(jié)構(gòu)要求取 21 19從支承端面到大端外圓的距離 M 根據(jù)結(jié)構(gòu)定為 10 20齒輪厚度 H：HMe10414 21周節(jié) p：p3.14 13.14m 3.2 主傳動軸的相關(guān)概算主傳動軸的相關(guān)概算 根據(jù)實(shí)際工作條件：確定傳動軸的材料為之 45 鋼，傳遞功率為 5KW，軸的轉(zhuǎn)速為 1200RPM。 由于該傳動軸主要受的是扭矩，所以扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件初步估算軸徑： 最小軸徑計算公式 d： 查表得 45 鋼相應(yīng)得 C 值應(yīng)為 118107 綜合已知條件代入上式得 3 p dc n d11810717.21818.988 5 31200 : 考慮到軸上將布置鍵槽所以需將軸徑增大 3% 最小軸徑應(yīng)為 17。7419。56 扭矩計算： 66 9.55 109.55 105 T39791.666. 1200 P N mm n 若將扭矩按脈動性質(zhì)考慮，取脈動系數(shù) =0。6 則 39791.666 0.623874.9996 .TN mm 汽車發(fā)動機(jī)油路測量設(shè)備的機(jī)構(gòu)設(shè)計 17 3. 3 花鍵聯(lián)軸器的計算花鍵聯(lián)軸器的計算 圖 3-2 花健聯(lián)軸器 根據(jù)實(shí)際工況選定花鍵聯(lián)軸器的齒數(shù) Z=86 m=0。5 標(biāo)準(zhǔn)壓力角為 30，選用 30的圓齒根 1分度圓直徑： Dmz0.5 8643 2基圓直徑： cos bD Dmz D查表得 D=30 0.5 86 cos3037.24 b D 3齒距 P： PmP3.14 0.51.57 4花鍵作用齒厚上偏差查 GB/T3478。1 表 23、圖 3 得 esv0.025 5花鍵大徑基本尺寸 Dee：Deem z1 Dee0.5 8743.5 6外花鍵大徑上偏差查 GB/T3478。1 為-0.043 7外花鍵大徑公差查 GB/T3478。1 表 25 為 0.1 Tx100TxEsEIEIESTx0.0430.10.143 花鍵的下偏差為-0。143 8外花鍵漸開線起始圓直徑最大值 2 2 max 0.5 tan (0.5) sin 0.5sin D D D esv hS DTeDbD 0.5Db 2346.69 0.5 D Sin0.5 43 Sin3010.75 D hs0.6m0.6 0.50.3 0.5 esv=0.50.0250.0125 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 tantan300.5774 D 0.5 0.50.02165 tan D esv a 0.30.021650.32165 0.5 tan D esv hS 9綜合以上結(jié)果代入上式得 DTemax42.39 花鍵小徑基本尺寸: 1030圓齒根 Die： DiemZ 1.80.586 1.842.1 11外花鍵小徑公差取 Tx=0.01 同大徑:EI=-0.143 基本齒厚 S：S0.5m0.50.50.785 12作用齒厚最大值：SvmaxSesv0.7850.0250.76 13實(shí)際齒厚最小值：Smin= Svmax-(T+) T+ 查 GB/T3478。1 T+=82 Smin= Svmax-(T+)=0。76-0。082=0。678 14實(shí)際齒厚最大值 Smax Smax= Svmax- 查 GB/T3478。1 續(xù)表 8 =0.037 Smax= Svmax=0.760.037=0.723 15實(shí)際作用齒厚最小值 Svmin Svmin=Smin+ Svmin=Smin+=0.678+0.037=0。715 16齒形裕度 CF=0.1m=0.10。5=0.05 17齒根圓最小曲率半徑 Remin Remin=0.4m=0.2 18查 GB/T3478.1 得齒距累積公差 FP=0.054 齒形公差 ff=0.029 齒向公差 F=0.017 3.4 壓力波動的分析壓力波動的分析 在高速柴油機(jī)中，燃油噴射的持續(xù)時間很短，只有 15 度35 度曲軸轉(zhuǎn)角。在這樣短 的時間內(nèi)，噴油泵柱塞變速供油，高壓管路中燃油壓力變化卻很大，在噴油時的最高壓 力可以高達(dá) 30100MPA，而不噴射時（即在相鄰兩次噴油過程之間） ，高壓管路中的殘 留壓力又很低。 根據(jù)分析故可選用設(shè)計圖紙中出油接頭規(guī)格尺寸 3.5 燃油的可壓縮性燃油的可壓縮性 當(dāng)壓力變化不大時，可以認(rèn)為液體是不可壓縮的，但在柴油機(jī)的燃油系統(tǒng)中，由于 壓力