柴油机燃油系统

第五章柴油机燃油系统柴油粘度大，不易挥发，一般不能通过化油器在气缸外部形成均匀的混合气，故采用高压喷射的方法，在接近压缩行程上止点时，柴油以高压喷入气缸，直接在气缸内部形成混合气，发火燃烧，对外作功。因此，柴油机供给系的组成、构造及工作原理与汽油机供给系有很大区别。内容提要柴油机的转速是通过改变油门的大小控制喷入气缸内的燃油量来实现，称为质调节。第一节概述3/112清洁柴油汽车相比同排量的汽油汽车，动力性能增加20-30%，油耗与CO2减少20-30%，已被多数发达国家纳入汽车产业规划中，欧洲乘用车的柴油化率已经达到60-65%。一、功用及组成与汽油机相比，柴油机混合气形成的时间极短，只占15°～35°曲轴转角。混合气成分很不均匀，且随时间而变化。虽然柴油机的平均过量空气系数φa＞1，但是在燃烧室内仍然有的地方混合气过浓，燃烧不完全；有的地方混合气过稀，空气得不到充分利用。第一节概述1.柴油机混合气形成特点由于柴油的粘度较高、不易挥发，自燃温度低，需要借助喷油泵和喷油器将柴油在接近压缩终了时，以高压、高速的方法喷入燃烧室。所以柴油机吸入气缸的是纯空气，可燃混合气直接在燃烧室中形成，并依靠压缩后的高温空气自行着火燃烧。混合和燃烧是重叠进行的，有一个边喷边燃的在等压下推动活塞运动的持续过程。5/112燃烧室作用:合理组织气体运动，促进气与油更好地混合，以保证燃烧过程更加完善。包括直喷式燃烧室和分隔式燃烧室两大类。（1）传统直喷式燃烧室燃烧室位于活塞顶与气缸盖的底平面之间，主要集中在活塞顶部。6/112回转体燃烧室四角形燃烧室四角圆弧形燃烧室花瓣形燃烧室7/112特点：燃烧室结构紧凑，散热面积小，动力性、经济性好，热效率高，冷启动性能好；但是由于油与气的混合要求速度快，所以对喷油系统产生的喷油压力要求高，工作比较粗暴，排放较差。对发动机转速的适应性差，不利于柴油机的高速化，已被淘汰。8/112（2）分隔式燃烧室由主、副燃烧室构成。主燃烧室：位于活塞顶与缸盖的底平面之间。副燃烧室：在缸盖中加工而成。有通道与主燃烧室相通。喷油器设置在副燃烧室。由于在压缩过程能形成较强的压缩涡流，有利于油气的混合，所以燃烧室对喷油系统的喷压要求较低；发动机工作柔和，燃烧噪音小；但是启动性较差，有节流损失存在。满足不了车用柴油机的节能减排要求，已被淘汰。9/112（3）缩口型低排放直喷式燃烧室将燃烧室底部改成中央凸起的双涡流型，同时通过缩口加强燃烧室内的挤流强度，并且挤流强度随转速的升高而得到加强。缸径小于120mm，采用深坑型燃烧室，如图a)，缸径大于120mm，采用浅坑型燃烧室，如图b)。2、柴油机燃油系统的功用及要求根据负荷的变化在一定的喷射时刻，按一定的喷射压力和喷射方式，按各气缸的工作顺序，将一定量的清洁的燃油均匀的喷入到各汽缸。第一节概述为了实现柴油机燃油供给系的功能，要求具备以下条件（1）合适的喷油器。保证燃油的雾化质量，同时保证喷注和燃烧室空间合理匹配。（2）高压输油泵。向喷油器提供一定压力和一定量的燃油。（3）随柴油机负荷的变化自动调节循环喷油量，具备喷射定时和喷射压力可调节的装置。（4）柴油滤清器。向燃油喷射系统提供清洁的燃油。（5）储存一定数量的燃油，保证汽车的最大续驶里程。第一节概述12/112柴油机燃料供给系的组成由柴油箱、输油泵、低压油管、滤清器、喷油泵、高压油管和喷油器及回油管等组成。13/112直列泵燃油系统蓄电池油箱喷油器电热塞柴油滤清器调速器正时轮和喷油提前器电热塞控制单元电热塞起动机开关直列泵输油泵14/112调速器高压泵供油泵提前器15/112二、柴油机燃油系统的组成及分类第一节概述1.分类按喷射系统布置方式分类泵－管－喷嘴型泵喷嘴型取消了高压油管，喷油泵的供油规律直接反映在喷油规律上，易实现高压化，但驱动机构复杂。16/112按控制方式分类机械位置式喷射系统由喷油泵、高低压油管、喷油器、调速器等组成。电控位置式喷射系统将机械式调速器和离心式供油提前装置改进为步进电动机或比例电磁阀的自动控制装置，使供油时刻和调速特性变为自动控制。电控时间式喷射系统喷油量和喷油定时是由电脑控制的强力高速电磁阀的开闭时刻所决定，电磁阀关闭，执行喷油；电磁阀打开，喷油结束。喷射压力提高到80-220MPa。时间－压力控制系统，也称电控共轨式喷油系统除控制喷油定时和喷油量外，还控制共轨中的目标油压。17/112第二节柴油及其使用性能1、柴油的主要性能在石油蒸馏过程中，温度在200°Ｃ以下为汽油，温度在200～350°Ｃ之间的馏分即为柴油。柴油分为轻柴油和重柴油，汽车柴油机均为高速柴油机，故使用轻柴油。轻柴油的牌号和规格（表5-1）按柴油的凝点分为5、0、-10、-20、-35和-50。18/112轻柴油的使用性能①发火性：指柴油的自燃能力，用十六烷值评定。柴油的十六烷值大，发火性好，容易自燃。国家标准规定轻柴油的十六烷值不小于45。②蒸发性：蒸发性的好坏通过燃油的蒸馏温度高低来衡量。③低温流动性：用凝点和冷滤点评定。④粘度：衡量柴油的流动性能。粘度大：润滑条件好，零件之间磨损小，但流动阻力大、雾化效果差。粘度小：磨损、润滑性变差，但流动蒸发性好。19/1123、选用柴油的依据在选择时，所选柴油牌号应比最低环境温度低约5℃。车用柴油机所用柴油应选用十六烷值较高、蒸发性较好、粘度和凝点合适、不含水分和机械杂质的柴油。20/112功用将喷油泵供给的高压柴油以雾状喷入燃烧室。要求油束有一定的贯穿距离和喷雾锥角，油束形状和方向与燃烧室相适应；雾化质量好；无后滴现象。第三节机械式喷射系统一、喷油器一、喷油器喷油嘴是由针阀和针阀体组成的一对精密偶件，配合间隙0.002~0.004mm，需研磨，使用中不能互换。喷油器的组成（1）基础件：喷油器体，是一带有内腔、供油孔及内、外螺纹的壳体类零件。（2）油管接头：包括进油管接头及回油管接头（含垫片及滤芯）。（3）油压调整及控制件：调压弹簧、顶杆及调压螺钉。（4）防护件：调压螺钉护罩、针阀体紧固螺套及相应的垫圈等。根据喷油嘴结构形式的不同，闭式喷油器可分为孔式喷油器和轴针式喷油器两种，分别用于不同类型的燃烧室。1、孔式喷油器主要适用于直喷式燃烧室，其特点是喷嘴上有1～7个喷孔，喷孔直径为0.2～0.5mm，喷油压力较高。23/112喷油器的喷射束锥角须与所用燃烧室形状相适应，使燃油雾粒直接喷射在燃烧室空间均匀分布（图示为5孔喷油器在ω形燃烧室内的喷射）24/11225/112组成：由针阀11和针阀体12组成的喷油嘴通过拧紧螺母10与喷油器体9紧固在一起。密封：拧紧调压螺钉5时通过调压弹簧7、顶杆8将针阀下端的密封锥面压紧在针阀体下端的密封锥面上。26/112喷油：喷油泵—高压柴油—进油管接头16—滤芯17—喷油器与针阀的油孔道—针阀中部环状空间—压力室6—产生向上推力—当此力弹簧力，针阀上移，喷孔打开。27/112少量经针阀偶件间隙漏失的高压燃油经回油管接头1回流到燃油滤清器。定位销14的作用是保证喷孔在燃烧室空间的正确位置，并对准喷油器体上和针阀体上的斜油道。调压螺钉7的作用是可任意调整喷油嘴针阀的开启压力。28/112针阀从开启到其上端面被针阀体下端面干涉所移动的最大距离，称为针阀升程。长油嘴针阀偶件导向面远离高温头部，因而不易卡滞，但往复运动质量大，惯性力大；短油嘴正好相反，为避免卡死，针阀外圆柱面上开设几道沟槽。2、轴针式喷油器主要适用于分隔式燃烧室，其喷油压力较低，油嘴是单喷孔，其轴针制成圆柱形或倒锥形，喷雾形状分别为空心柱形或扩散的锥形，以配合燃烧室形状的需要。30/112构造：针阀下端的密封锥面以下延伸出一个轴针，伸出喷孔外，使喷孔成为圆环状的狭缝。31/112（1）轴针在喷孔内往复运动，喷孔不易堵塞，喷油器工作可靠；（2）孔径大，一般1~3mm，加工方便；柴油机电控化以后，轴针式喷油器基本不再使用。特点：喷油泵的功用是按照柴油机的运行工况和气缸工作顺序，按一定的供油规律，定时定量地向喷油器输送高压燃油。二、喷油泵①提高油压(定压)为使燃油高速喷入燃烧室中，获得好的喷雾质量，须将喷油压力提高到10MPa～20MPa。②控制喷油时间(定时)按规定的时间喷油和停止喷油。为此，喷油泵凸轮轴的转速和配气机构凸轮轴的转速是一致的。这样，在接近压缩终了时喷油，并持续一定时间停止喷油。③控制喷油量(定量)根据柴油机的工作情况，改变喷油量的多少，以调节柴油机的转速和功率。多缸车用柴油机的喷油泵应满足下列要求：1)各缸供油量相等。在标定工况下各缸供油量相差不超过3%～4%。喷油泵的供油量应随柴油机工况的变化而变化，为此喷油泵必须有供油量调节机构。2)各缸供油提前角相同，误差小于0.5°～1°曲轴转角。供油提前角也应随柴油机工况的变化而变化，为此应装置喷油提前器。3)各缸供油持续角一致。4)能迅速停止供油，以防止喷油器发生滴漏现象。喷油泵种类很多，在汽车柴油机上得到广泛应用的有直列柱塞式喷油泵和转子分配式喷油泵。此外，还有泵喷油器等。二、喷油泵34/112柱塞式喷油泵燃油供给系工作原理：曲轴正时齿轮驱动喷油泵凸轮轴喷油泵凸轮轴的偏心凸轮驱动输油泵燃油箱油水分离器燃油经喷油泵泵油机构增压和计量喷油器燃烧室限压阀燃油滤清器35/112分配式喷油泵供给系工作原理：曲轴正时齿轮驱动喷油泵凸轮轴柱塞旋转将燃油增压计量二级膜片式输油泵转子旋转泵油高压油管喷油器燃烧室燃油箱油水分离器燃油滤清器一级输油泵曲轴驱动机油泵凸轮轴偏心凸轮旋转36/112单体泵每缸一个高压泵，一个泵只为一缸供高压油37/112高压泵和喷油器合为一体，谓之泵喷嘴。每缸一个泵喷嘴凸轮轴挺柱调整螺钉调节齿轮推杆挺柱弹簧摇臂轴摇臂喷油正时柱塞顶杆拨杆调节拉杆柱塞柱塞套喷嘴进油口正时量规拨杆轴DetroitDiesel(GM)38/1121）柱塞式喷油泵系列直列式柱塞泵以柱塞行程（即凸轮升程）、泵缸中心距和结构特征为基础成为系列，每个系列可以改变柱塞直径和数量，以适应不同柴油机。39/1122）柱塞式喷油泵的结构及工作原理(1)A型喷油泵结构柱塞式喷油泵由泵油机构、供油量调节机构、驱动机构和喷油泵体等组成。（1）泵油机构：包括柱塞套、柱塞、柱塞弹簧、上下柱塞弹簧座、出油阀、出油阀座、出油阀弹簧和出油阀紧座等零件。分别实现向某一气缸的喷油器供油，主要包括柱塞组和出油阀组零件。柱塞和柱塞套构成喷油泵中最精密的偶件，称作柱塞偶件。每台喷油泵的柱塞偶件数和与其配套的柴油机气缸数相同。柱塞偶件经过精细加工和配对研磨，使其配合间隙在0.0015～0.0025mm范围内。柱塞偶件在使用中不能互换。42/112间隙过大，漏油导致泵油压力低；间隙过小又容易造成偶件咬死。柱塞套大外圆上开有径向进油孔6和回油孔5。柱塞头部加工有油量控制螺旋槽或斜槽以及停油直切槽，柱塞下部加工有榫舌，镶嵌在油量控制套筒开口槽内。柱塞偶件43/112为防止柱塞套转动，柱塞套大外圆上开有纵向开口槽（未画出），从泵体外侧用定位螺钉固定。出油阀与出油阀座是喷油泵中另一对精密偶件，称出油阀偶件。出油阀偶件位于柱塞偶件的上方。出油阀的密封锥面与出油阀座的接触表面经过精细研磨。出油阀减压环带与出油阀座孔的配合间隙很小。45/112出油阀偶件组成：出油阀2和出油阀座1组成。结构：出油阀上端坐落着出油阀弹簧，在出油阀紧座10拧紧时，出油阀弹簧预紧力将出油阀压紧在阀座上的密封锥面上。特点：出油阀下部是十字切槽形，构成油路通路。46/112泵油机构工作原理柱塞在下止点时，柱塞上方工作腔内进油，柱塞上移到柱塞顶端完全关闭进油孔时，进油结束，工作腔内燃油受到压缩，油压升高。当向上作用力超过出油阀弹簧预紧力时，出油阀打开，燃油流向高压油管。柱塞继续移动到柱塞上的油量控制槽上边沿与进油孔相通时，油压下降，出油阀落座，供油结束。47/112柱塞从下止点到顶端完全关闭进油孔之间移动的距离称为柱塞预行程，完全关闭进油孔时被称为几何供油始点，柱塞