发动机构造与维修(第3版)第5章柴油机燃料供给系统

,第5章 柴油机燃料供给系统,学习目标, 掌握柴油机燃油供给系组成及工作原理 理解喷油泵的工作过程 学会柴油机燃油供给系的修理方法 掌握噴油泵和调速器的调试方法 理解电控柴油机的基本工作原理,第5章 柴油机燃料供给系统,5.1概述 5.1.1柴油机燃料供给系统的组成,1、柴油机燃油供给系统的组成 柴油机燃油供给系统由油箱、输油泵、燃油滤清器、噴油泵、喷油器、高低压油管等组成。如图5-1所示。 柴油由输油泵从柴油箱吸出，经柴油粗滤器被吸入输油泵并泵出，经柴油细滤器，进入喷油泵，自喷油泵输出的高压油经高压油管和喷油器喷入燃烧室。由于输油泵的供油量比喷油泵供油量大得多，过量的柴油便经回油管回到输油泵低压回路。 从柴油箱到喷油泵入口的这段油路中的油压是由输油泵建立的，压力为0.150.30MPa，称为低压油路；从喷油泵到喷油器这段油路中的油压是由喷油泵建立的，压力一般在10MPa以上，称为高压油路。高压的柴油通过喷油器呈雾状喷入燃烧室，与空气混合形成可燃混合气。,第5章 柴油机燃料供给系统,5.1概述 5.1.1柴油机燃料供给系统的组成,2、柴油机燃油供给系统的功用 （1）向柴油机提供工作过程所需的燃料。 （2）滤除燃油内的机械杂质、尘土和水分，以保持所有机件正常工作。 （3）按照柴油机的工作顺序和规定的喷油提前角，将一定数量的柴油，以一定的压力喷入柴油机各个气缸内。 （4）按一定的喷油规律和喷雾质量喷入燃烧室，以保证可燃混合气的形成。,第5章 柴油机燃料供给系统,5.1概述 5.1.2对柴油机燃料供给系统的要求,根据柴油机使用和运行的各种不同工况，柴油机燃料供给系必须按各种使用工况的要求对柴油进行有效的控制和有效供给。柴油机燃料供给系应满足以下要求： （1）能够按照柴油机的工作状态需要，将一定量的柴油喷入气缸内。 （2）应保持正确的喷油定时，根据需要能够调节供油提前角。 （3）应具有良好的雾化质量，以保证混合气的形成和燃烧过程。 （4）断油应迅速，避免二次喷射或滴油现象发生。 （5）工作要可靠，使用保养及调节要方便。,第5章 柴油机燃料供给系统,5.1概述 5.1.3柴油机燃烧室,柴油机的可燃混合气是在燃烧室内部形成的，可燃混合气的形成品质和燃烧性能与燃烧室结构形式密切相关，直接影响到柴油机的动力性、经济性、排放指标、噪声指标、工作寿命等。 汽车柴油机的燃烧室常见的有直喷式，预燃室式，涡流室式三种。其中直喷式燃烧室又称为统一式燃烧室，预燃室式和涡流室式燃烧室又称为分隔式燃烧室。,第5章 柴油机燃料供给系统,5.1概述 5.1.3柴油机燃烧室,1、直喷式燃烧室 直喷式燃烧室如图5-2a）所示。燃烧室呈浅盆形，喷油器的喷嘴直接伸入燃烧室。这种燃烧室结构紧凑，散热面积小，因将燃油直接喷火燃烧室，故发动机启动性能好，作功效率高。 直喷式燃烧室一般采用孔式喷油器，可选配双孔或多孔喷油嘴。根据喷油器的安装形式可选用型活塞和锥型活塞。 型活塞配合四孔喷油器，可使得喷注在燃烧室内形成型涡流，促使燃油与空气的混合。 锥型活塞配合直立放置的喷油器，可使喷注由中间向四周形成涡流。目前，新型的燃油共轨系统多采用此种形式的燃烧室和活塞。 分隔式燃烧室由两部分组成。一部分位于活塞顶与气缸盖底面之间，称为主燃烧室；另一部分在气缸盖中，称为副燃烧室。两部分之间有一个或几个孔道相连。分隔式燃烧室常见的形式有涡流室式燃烧室和预燃室式燃烧室两种。,第5章 柴油机燃料供给系统,5.1概述 5.1.3柴油机燃烧室,2、预燃室式燃烧室 预燃室式燃烧室如图5-2b）所示。喷油器装在副燃烧室内，柴油在副燃烧室内燃烧后喷入主燃烧室，推动活塞向下运动。 由于自燃主要发生在副燃烧室内，而主燃烧室内主要是扩散燃烧，因此，这种燃烧室工作较柔和，噪声较小。但是，因为散热面积较大，放热效率较低，目前，较少采用。 预燃室式燃烧室一般采用浅盆形或平顶活塞，以减少散热面积。 3、涡流室式燃烧室 涡流室式燃烧室如图5-2c）所示。主燃烧室与涡流室两腔室有通道相连。涡流室式燃烧室一般采用平顶活塞，在压缩行程期间，涡流室内形成旋涡气流，多数燃油在涡流室内被点燃。然后，其余燃油在主燃烧室内继续燃烧。 分隔式燃烧室一般采用轴针式喷油器，喷油压力要求不高。,第5章 柴油机燃料供给系统,5.1概述 5.1.4柴油机可燃混合气形成与燃烧过程,1可燃混合气的形成 由于柴油的蒸发性和流动性比汽油差，但自燃点较低，因此柴油机不像汽油机那样在缸外形成混合气，而是在缸内完成混合气的制备，即在接近压缩行程终了时，通过喷油器把柴油经一定压力以雾状喷入气缸，与高温高压的空气混合形成可燃混合气，最终自行发火燃烧。因此混合气的形成时间极短，形成的混合气不均匀，存在喷油、蒸发、混合和燃烧重叠进行的过程。 所以柴油发动机始终在空气过量（1）的情况下工作，以免产生大量炭烟、CO和HC。混合气形成受下述因素影响： （1）喷射压力 喷射压力越大，柴油流经喷孔时所产生的扰动以及流出喷孔后所受到的空气阻力也越大，雾化质量好。 （2）喷油持续时间 为促使燃烧过程正常进行，对于分隔式燃烧室要求急喷急停，使燃料在主燃烧室内燃烧；对于直喷式燃烧室则要求先缓后急，以防止柴油机工作粗暴。,第5章 柴油机燃料供给系统,5.1概述 5.1.4柴油机可燃混合气形成与燃烧过程,（3）油束分布 从喷油器喷出的油束形状一般用喷雾锥角和射程L来描述。 喷雾锥角标志着油束在燃烧室中扩散的程度。其大小与喷油器结构有很大关系。大说明油束松散，油粒细，则柴油雾化好，混合气均匀。 射程表示油束在燃烧室中的贯穿距离，它影响柴油在燃烧室中的分布。射程的大小必须根据混合气形成方式与燃烧室相互配合。 （4）空气涡流 燃料完成喷射雾化后，还必须与空气迅速有效的混合，才能形成均匀的可燃混合气。不同燃烧室结构产生空气运动的方式也不同，主要有进气涡流和挤压涡流。 因此，燃料供给系统对于发动机性能而言非常重要。为使发动机在所有运行状态下确保燃油在燃烧室内分布均匀，每个运行时刻都要求： ·正确的燃油量 ·正确的喷射时刻 ·正确的喷油压力 ·正确的喷油持续时间 ·正确的燃烧室喷射位置,第5章 柴油机燃料供给系统,5.1概述 5.1.4柴油机可燃混合气形成与燃烧过程,2燃烧过程 柴油机的燃烧过程同样利用展开示功图来分析，根据气缸中工质压力和温度的变化规律，将柴油机的燃烧过程划分为四个时期，如图5-3所示。 （1）着火延迟期 从喷油开始（点A）到压力脱离压缩线开始急剧上升（点B）止，这一阶段称为着火延迟期。 燃料开始喷射到着火，其间经过喷散、加热蒸发、扩散、混合和初期氧化等一系列物理的和化学的准备过程。它是燃烧过程的一个重要参数，对燃烧放热过程的特性有直接影响。,第5章 柴油机燃料供给系统,5.1概述 5.1.4柴油机可燃混合气形成与燃烧过程,（2）速燃期 从气缸压力急剧上升的始点B到终点C，称为速燃期。 由于在着火延迟期内喷入燃烧室的燃料，都已经过不同程度的物理化学准备，一旦着火几乎是同时燃烧的，所以放热速度很高，气缸内的压力和温度也急剧升高。但压力升高过快时，会使曲柄连杆机构受到很大的冲击载荷，并伴随有尖锐的敲击声，柴油机工作粗暴，这种情况应予以限制。为使柴油机工作平稳，其压力升高率不应超过292588KPa/（0）曲轴转角。 （3）缓燃期 从气缸压力急剧升高的终点C到最高温度点D为止，称为缓燃期。 本阶段的特点是喷油已结束，大部分的燃料在此期间燃烧，放出总热量约80%左右，燃气温度上升到最高点。但由于活塞下移，气缸容积增大，气缸内的压力变化不大。,第5章 柴油机燃料供给系统,5.1概述 5.1.4柴油机可燃混合气形成与燃烧过程,（4）补燃期 从最高温度点D到燃烧结束点E止，称为补燃期。这一阶段，氧气已大量消耗，后期喷入的燃油没有足够的氧气与之混合燃烧，加之活塞进一步下移，气缸内压力和温度进一步下降，使燃烧条件更加恶化，热量利用程度很低，零件热负荷增加，影响柴油机的经济性和使用寿命，应尽量减少补燃期。,第5章 柴油机燃料供给系统,5.2柴油机燃料供给系的构造与维修 5.2.1喷油器,喷油器安装在气缸盖上，其作用是将高压燃油雾化成容易着火和燃烧的喷雾，并使喷雾和燃烧室大小、形状相配合，分散到燃烧室各处，和空气充分混合。喷油器除了影响燃油的雾化质量、贯穿度及分布等喷雾特性外，还对喷油压力、喷油始点、喷油延续时间和喷油率等喷油特性有重大影响。所以，喷油器对柴油机的性能起着决定性的作用。 其实，燃油的喷射时间是非常短暂的。例如，柴油机的转速为2 000rmin，则应在 l800l200秒内将一个循环中的全部喷油量从喷油嘴的喷油孔中喷入气缸中。喷油器是燃油系统中最重要的元件。,第5章 柴油机燃料供给系统,5.2柴油机燃料供给系的构造与维修 5.2.1喷油器,1、喷油器的构造 喷油器的种类较多，车用柴油机喷油器常见的形式有两种：孔式喷油器和轴针式喷油器。孔式喷油器主要用于直接喷射式燃烧室，轴针式喷油器多用于分隔式燃烧室。 （1）孔式喷油器 孔式喷油器喷油孔数目一般为l8个，喷孔直径为0.20.8mm，喷油压力较高(1225MPa)，喷孔的角度可使喷出的油束构成一定的锥角。喷孔数和喷孔角度的选择视燃烧室的形状、大小及空气涡流情况而定。 孔式喷油器的结构如图5-4所示，主要由针阀针阀体偶件、喷油器体、顶杆、调压弹簧、调压垫片、进油管接头及滤芯、回油管接头等零件组成。其中最主要的部件是用优质合金钢制成的针阀和针阀体，二者合称针阀偶件，如图5-5所示。针阀上部的圆柱表面同针阀体的相应内圆柱面作高精度的滑动配合，配合间隙为0.0020.003mm。此间隙过大则可能发生漏油而使油压下降，影响喷雾质量；间隙过小时，针阀将不能自由滑动。针阀中部的锥面全部露出在针阀体的环形油腔（即高压油腔）中，用以承受油压，故称为承压锥面。针阀下端的锥面与针阀体上相应的内锥面配合，以使喷油器内腔密封，称为密封锥面。针阀偶件的配合面通常是经过精磨后再相互研磨而保证其配合精度的。所以选配和研磨好的一副针阀偶件是不能互换的，这点在维修过程中应特别注意。 装在喷油器体上的调压弹簧通过顶杆使针阀紧压在针阀体的密封锥面上将喷孔关闭。为防止细小杂物堵塞喷孔，在进油管接头中一般装有缝隙式滤芯。,第5章 柴油机燃料供给系统,5.2柴油机燃料供给系的构造与维修 5.2.1喷油器,第5章 柴油机燃料供给系统,5.2柴油机燃料供给系的构造与维修 5.2.1喷油器,（2）轴针式喷油器 轴针式喷油器适用于对喷雾要求不高的分隔式燃烧室，它的构造与孔式喷油器的不同之处在于针阀下端的密封锥面以下还延伸出一个轴针，其形状可以是倒锥形或圆柱形。因此，喷射时喷柱将呈空心的柱形或锥形，如图5-6所示。由于轴针伸出喷孔外，所以使喷孔碎为圆环状狭缝（通常轴针与孔的径向间隙为0.05mm）。轴针式喷油器喷孔形状与喷雾锥角取决于轴针的形状和升程，因此要求轴针的形状加工非常精确。 常见的轴针式喷油器只有一个喷孔，孔径约为l3mm。因为喷孔直径较大，孔内的轴针又上、下运动，喷孔不易积炭，而且还有自行清理积炭的功能。 为了使柴油机工作柔和，改善燃烧条件，喷油器最好在每一循环的供油过程中，初期喷油少，中期喷油多，后期喷油少。因此轴针喷油器的轴针做成可变的节流断面，通过密封锥面及轴针处的节流断面作用，可较好地满足喷油特性要求。,第5章 柴油机燃料供给系统,5.2柴油机燃料供给系的构造与维修 5.2.1喷油器,2、喷油器的工作原理 孔式喷油器和轴针式喷油器的工作原理相同。喷油器在工作时，喷油泵输出的高压柴油从进油管接头经过喷油器体与针阀体中的油孔道进入针阀中部周围的环状空间高压油腔。油压作用在针阀的承压锥面上，造成一个向上的轴向推力，当此推力克服了调压弹簧的预紧力以及针阀与针阀体间的摩擦力（此力很小）后，针阀即上移而打开喷孔，高压柴油便从针阀体下