第六章 柴油机燃料供给系

1第六章柴油机燃料供给系调速器喷油提前角调节装置喷油器PT燃油供给系统废气涡轮增压器柴油机电子控制燃油喷射系统概述可燃混合气的形成与燃烧室柴油滤清器输油泵喷油泵转子分配式喷油泵2§6.1概述柴油机供给系同样要完成柴油供给和空气供给以及可燃混合气的形成、燃烧和废气的排出任务。一、功用二、组成燃油供给装置：柴油箱、输油泵、柴油滤清器、喷油泵、喷油器等。空气供给装置：空气滤清器、进气管、进气道（增压器及中冷器）混合气形成装置：燃烧室。废气排出装置：排气管、排气道、消音器。3燃油滤清器(柴油细滤器)低压油管高压油管喷油泵喷油器回油管燃油箱输油泵油水分离器(柴油粗滤器)调速器限压阀喷油提前器4发火性——指柴油的自燃能力；16烷值越高，发火性越好。发火性过好，会造成柴油喷入燃烧室后，还来不及也空气充分混合就着火，从而分离出大量游离的碳，造成油耗、烟度上升。汽车用柴油的十六烷值应在40-50范围内蒸发性——指柴油的汽化能力；其指标由柴油的蒸馏实验来确定。可测量馏程为50%、90%及95%蒸发温度。50%蒸发温度越低，越有利于可燃混合气的形成与燃烧、越用利于起动，但同时也会使柴油机工作粗暴。90%及95%蒸发温度越低，表明燃料中重馏分含量少，可燃混合气燃烧完全，油耗降低三、柴油1、使用性能指标5按其所含重馏分的多少分为重柴油和轻柴油。3、牌号根据凝点编定。如10号、0号、-10号、-20号等2、分类粘度——决定柴油的流动性；粘度越小，流动性越好。粘度过大---流动阻力过大，难以沉淀、滤清、影响喷雾质量；粘度过小---增加精密偶件工作表面间的柴油漏失量，加剧这些表面的磨损凝点——指柴油冷却到开始失去流动性的温度。柴油的凝点应比柴油机最低工作温度低3-5度以上，凝点过高将造成油路堵塞为降低柴油的凝点，改善其低温流动性，使用时可在其中掺入裂化煤油或添加降凝剂6§6.2可燃混合气的形成与燃烧室一、可燃混合气的形成与燃烧高温压缩空气柴油机可燃混合气的形成和燃烧都是直接在燃烧室内进行的。雾状柴油燃烧喷射物理化学变化持续喷射雾状柴油喷射可燃混合气形成方法有：空间雾化和油膜蒸发。7可燃混合气形成的特点1、混合空间小、时间短2、混合气不均匀、浓度变化范围大3、边喷边燃，成分不断变化81、空间雾化混合将柴油以雾状喷向燃烧室空间，并在空间蒸发形成可燃混合气。为使混合均匀，要求柴油喷注与燃烧室形状相适应，并利用燃烧室中的空气运动促进混合2、油膜蒸发混合将柴油大部分喷到燃烧室壁面上形成油膜，油膜受热并在强烈的旋转气流作用下，逐渐蒸发，与空气形成比较均匀的可燃混合气在中小型高速柴油机中，使用了空间雾化和油膜蒸发两种方式兼用的混合方法。目前，多数柴油机仍以空间雾化混合为主，仅球形燃烧室以油膜蒸发混合为主9柴油燃烧的主要特点是：（1）燃料的混合和燃烧是在气缸内进行的。（2）混合与燃烧的时间很短0.0017～0.004秒（气缸内）。（4）可燃混合气的形成和燃烧过程是同时、连续重叠进行的，即边喷射，边混合，边燃烧。（3）柴油粘度大，不易挥发，必须以雾状喷入。10根据气缸中压力和温度的变化特点，可燃混合气的形成与燃烧按曲轴转角大体分四个时期（1）备燃期Ⅰ从喷油开始→开始着火燃烧为止进行燃烧前的物理与化学准备过程（2）速燃期Ⅱ从燃烧开始→气缸内压力达最高火焰自火源迅速向四周推进，上一时期积存的柴油以及在此期间陆续喷入的柴油，在已燃气体的高温作用下，迅速蒸发、混合和燃烧，使气缸内压力和温度急剧上升，该压力一般出现在上止点后6-15曲轴转角处。11（3）缓燃期Ⅲ从最高压力点→最高温度点在此期间，燃烧以很快的速度继续进行，后期由于氧气缺少，废气增加，燃烧速度越来越慢。此期间的压力逐渐下降，但燃气温度还在继续升高，最高温度达1973-2273K，一般出现在上止点后20-35曲轴转角处。喷油是在最高温度出现以前结束。（4）后燃期Ⅳ从最高温度点到柴油已基本上完全燃烧之间燃烧是在逐渐恶化的条件下缓慢进行直到停止。在此期间，压力和温度均下降。为防止柴油机过热，应尽量缩短后燃期。加强燃烧室内气体的运动，改善混合气的形成条件，是缩短后燃期的有效措施12柴油机特点：1、热效率高、经济性好、故障少（1）压缩比大，热效率较高，（2）油耗率比汽油机少30%左右，价格比汽油便宜---经济性好（3）没有电气点火系统故障，仅有油路系统故障，而油路系统的机件较精密、可靠、耐用，故柴油机的故障少2、可燃混合气的形成及点火方式不同于汽油机3、柴油机的排气污染小由于柴油机是将燃油喷入大量的高温空气中进行燃烧，CO和HC的生成量比汽油机少得多。但，由于空气过量和高温条件生成的氮氧化物较多。大负荷时燃烧的后期是高温缺氧的情况下进行，易产生碳烟4、制造成本高曲柄连杆机构、配气机构、起动系、喷油系统的结构复杂、质量大、材料好，加工精度高，制造成本高13•综上所述，柴油机的工作特点是工作粗暴，排气冒烟、噪声大。从喷油开始到燃烧结束，仅占50-60的曲轴转角，可燃混合气形成的时间极短、空间极小。因此，在这段时间里，提高燃料的雾化程度、加强气流的运动强度、改善燃烧后期的燃烧条件，是提高柴油动力性和经济性的有效途径14二、燃烧室分类：统一式燃烧室ω型球型涡流室燃烧室预燃式燃烧室分隔式燃烧室{{151、统一式燃烧室（1）特点：喷油器直接向燃烧室内喷射柴油，借助油束形状的合理匹配，以及空气的涡流运动，迅速形成可燃混合气-----直接喷射式燃烧室（2）分类：W形：以空间雾化混合为主---喷入的柴油绝大多数分布在燃烧室的空间，极少部分喷到燃烧室壁面上形成油膜主要依靠多孔喷雾，利用油束和燃烧室的吻合，在空间形成混合气通常采用切向进气道或螺旋进气道---促进混合气的形成和改善燃烧状况（形成中等强度进气涡流）16采用喷油压力较高的孔式喷油器与之匹配结构紧凑，热损失小，故热效率高，经济性好，容易起动（空间混合的特点，总有一部分柴油在空间先形成可燃混合气而发火）由于是直接式的空间雾化混合，燃烧的初期同时着火的油量较多。因此最高压力和压力升高率较高，工作粗暴。为此，压缩比较小1718球型：形状大于半个球与喷油器相对应的位置，开有缺口与球面相切，柴油从这里顺气流方向喷射到燃烧室壁面上形成油膜。混合气形成方式---油膜蒸发混合为主特点：优：发动机工作平稳、柔和、燃烧彻底劣：起动性能较差；低速、低负荷工作时，混合气质量差，排烟较重以及变工况的适应性差1920为改善混合气的形成和燃烧，宜采用强涡流螺旋进气道，在进气过程中使空气流形成绕气缸轴线的高速涡流。此涡流在压缩过程中又得到强化，所以它能持续到燃烧过程中。球形燃烧室要求燃油喷注具有一定的能量，喷射时尽量不分散，因此也必须采用喷油压力较高的孔式喷油器。212、分隔式燃烧室（1）涡流室式燃烧室结构特点：分成两部分：球型涡流室（副燃烧室）在气缸盖内，活塞上方为主燃烧室。涡流室容积占总燃烧室容积的50-80%，用一个或数个切向大面积通道相通。在压缩过程中形成强烈的有组织的定向旋转涡流，使燃油和空气均匀混合，属于空间混合方式喷油器和电热塞安装在涡流室内，燃油顺涡流方向喷入，使多数细小油料卷向室壁附近着火燃烧，火焰又被涡流卷向中心，和中心的未燃气体混合燃烧涡流室下半部分镶有耐热钢制成的镶块，和其座孔有一定的隔热间隙，并用螺钉定位。目的是保持炽热温度，有利于快速着火和适应不同着火性能的燃料主燃烧室中的导游槽或分流凹坑，使涡流室中的气流喷出时形成二次涡流，使未燃的气体进一步混合燃烧22231-主通道2-副喷孔1-导流槽2-双涡流凹坑24•混合气形成特点：1、利用强烈的定向涡流混合和燃烧在压缩过程中，气缸的空气被压入涡流室，形成强烈的定向旋转涡流。当压缩终了柴油顺涡流方向喷入涡流室空间，也空气涡流混合着火燃烧，因空气较充足，着火形成一个旋转的强烈燃烧的火球，压力和温度急剧升高2、利用二次流动，促使燃气更完全的燃烧燃气经切向通道喷入主燃烧室，借助活塞顶部的导游槽或涡流坑，形成二次涡流，也主燃烧室内的空气再进一步混合燃烧3、对喷油的雾化质量要求不高，可采用不易堵塞的单孔喷嘴，喷油压力较低，喷油泵寿命较长，对不同着火性能燃料的适应性较好4、突出优点：适用于高速柴油机。这是由于转速愈高，压缩涡流愈强，混合质量愈好。再者，涡流室能偏离气缸中心布置，可采用较大的进、排气门，提高了充气效率5、由于通道面积小，有强烈的节流作用，压力升高较小，运转平顺，燃烧噪声小，但经济性较差，油耗率高。又因热损失较大，起动性能差，必须加装电热塞25（2）预燃室式燃烧室结构特点：整个燃烧室分两部分喷油嘴安装在预燃室中心线附近，为便于冷起动，多装有电热塞预燃室用耐热钢单独制成，装入气缸盖不和冷却水直接接触，以保持较高的工作温度主燃烧室的空气量为进气量的60%以上，大部分燃料是在主燃烧室中混合燃烧，所以说，预燃是手段，形成燃烧涡流是目的，是属于空间混合方式26混合气形成特点：1、利用压缩紊流先预燃在压缩过程中，主燃烧室的部分空气经通道压入预燃室，形成强紊流。由于通道的阻力，预燃室内的压力略小于主燃烧室的压力。当压缩终了柴油喷入预燃室后，使一部分燃料汽化燃烧2、利用强烈的燃烧涡流，促使完全燃烧着火后预燃室中的压力和温度迅速升高，巨大的预燃能量形成的压力差将混合气高速喷入主燃烧室，在主燃烧室内形成强烈的燃烧紊流，促使大部分燃料在主燃料室和大部分空气混合而燃烧3、对喷油的雾化质量要求不高，可采用不易堵塞的大直径单孔喷嘴，喷油压力较低，喷油泵寿命较长，并对转速的变化和燃料的品种不敏感，有适应大转速范围和汪同着火性能燃料的能力4、由于通道面积小，有强烈的节流作用，压力升高较小，运转平顺，燃烧噪声小，但经济性较差，油耗率高。又因热损失较大，起动性能差，必须加装电热塞2728§6.3柴油滤清器一、作用：除去柴油中的尘土、水分或其他机械杂质和温度变化及空气的接触过程从柴油中析出少量的石蜡，以降低对精密偶件的磨损，从而提高功率，降低油耗。二、分类柴油粗滤器柴油细滤器29限压阀出油口盖进油口壳体滤芯中心杆放油螺塞三、柴油滤清器结构30四、两级柴油滤清器第一级粗滤器（纸质滤芯）第二级细滤器（航空毛毡及纺绸滤芯）3132§6.4输油泵一、作用：保证低压油路中柴油的正常流动，克服柴油滤清器和管路中的阻力，并以一定的压力向喷油泵输送足够量的柴油。输油量约为柴油机全负荷最大耗油量的3～4倍。二、结构型式：活塞式、转子式、滑片式、齿轮式等三、活塞式输油泵的组成：（下图为解放CA6110A型柴油机输油泵结构）33机械泵总成手油泵总成34手柄手油泵活塞手油泵体进油阀出油阀出油管接头进油管接头滚轮挺杆弹簧推杆活塞泵体活塞弹簧螺塞35（1）吸油和压油行程偏心轮转过，活塞上行，下腔容积增大，产生真空，进油阀开启，柴油经进油口进入下泵腔。同时，上泵腔容积缩小，压力增大，出油阀关闭，上泵腔中的柴油经出油口压出。（2）准备压油行程偏心轮推动滚轮、挺杆和活塞向下运动，下泵腔油压增高，进油阀关闭，出油阀开启，柴油从下腔流入上腔。四、活塞式输油泵工作原理36（4）手油泵工作手柄喷油泵凸轮轴偏心轮手油泵进油阀进油口出油口出油阀推杆挺杆滚轮泵体活塞活塞弹簧AB用手油泵上下运动来泵油清除燃油系统内的空气（3）输油量的自动调节输油泵供油量大于喷油泵需要量时，上泵腔油压增高，与活塞弹簧弹力相平衡时，活塞便停止泵油。37输油泵工作情况示意图38§6.5喷油泵一、功用：按照发动机的工作顺序，负荷大小，定时、定量、定压地向喷油器输送高压柴油。二、分类：①柱塞式喷油泵：性能良好，工作可靠②喷油泵-喷油器：合成一体③转子分配式喷油泵（VE）：体积小、质量轻、成本低、使用方便等优点391-曲轴正时齿轮2-喷油泵驱动齿轮3-空压机曲轴（制动）4-联节器5-供油提前角自动调节器6-喷油泵7-托板8-调速器9-凸轮轴正时齿轮10-飞轮上的喷油正时标记联节器：联接齿轮轴与喷油泵凸轮轴40多缸柴油机喷油泵应满足如下要求：1、按发动机工作顺序供油，并且各缸供油量力求均匀，不均匀度在标定供油量应不大于3%