第7章柴油机燃油系统讲义.ppt

第7章 柴油机燃油系统,7.1 柴油机燃油系统概述,7.1.3 柴油机燃油系统的类型 现代车用柴油机的燃油系统有多种类型，按其控制原理，可将其分为机械燃油系统和电控燃油系统两大类1．机械燃油系统,机械燃油系统是一种传统的柴油机燃油系统，这种燃油系统是根据驾驶员对加速踏板的控制，以机械的方式实现柴油的增压、喷油量的调整、喷油正时的自动控制、怠速转速的稳定、超速的限制等功能目前在车用柴油机上应用的机械燃油系统基本上都是喷油泵—高压油管—喷油嘴（简称PLN）系统，此外还有泵—喷嘴系统、PT式喷油系统等1）喷油泵—高压油管—喷油嘴系统,喷油泵—高压油管—喷油嘴系统主要由喷油泵、喷油器、燃油箱、输油泵、柴油滤清器、喷油提前器和调速器等组成（见图7-1） 按照喷油泵的形式，可分为柱塞泵式和分配泵式两类图7-1 柴油机燃油系统,图7-1所示为柱塞泵式燃油系统 喷油泵内有与气缸数相同的柱塞，按发动机各缸做功顺序为各缸喷油器提供高压燃油 柱塞将柴油增压后，经高压油管供入喷油器，最后通过喷油器将柴油喷入燃烧室分配泵式燃油系统的布置和柱塞泵式燃油系统基本相同 但分配泵中只有一个产生高压燃油的柱塞，利用一个旋转的分配转子（或采用泵油柱塞一边做往复运动一边做旋转运动的方式），按照发动机发火次序，将经过计量的高压柴油分配给各缸喷油嘴。

2）泵—喷嘴系统,泵—喷嘴系统是将喷油泵与喷油器结合成一个整体，每个气缸都有一个对应的泵—喷嘴，它装在气缸盖上，由发动机凸轮轴经推杆摇臂机构驱动 其下部为伸入燃烧室的喷油器由于取消了连接喷油泵和喷油嘴的高压油管，可避免管内压力波动和燃油弹性压缩对喷油过程的不良影响3）PT式喷油系统,图7-2为PT式喷油系统的组成 燃油从油箱经滤清器由油泵以较低的压力供入喷油器 供油压力由装在油泵内的调速器和节流阀控制喷油器的启闭由发动机凸轮轴和推杆摇臂机构操纵 所谓PT，意指喷油量是由供油压力和凸轮驱动喷油器柱塞开启计量孔的时间决定的图7-2 PT式喷油系统,2．电控燃油系统,（1）第一代电控制燃油系统 第一代电控制燃油系统保留了传统的喷油泵—高压油管—喷油嘴系统的大部分机械结构（如喷油泵、喷油嘴等），只是在机械式喷油泵中，将原来通过机械手段控制喷油量和喷油正时的控制方式，改变为电子控制，使控制精度和响应速度得以提高2）第二代电控燃油系统,第二代电控燃油系统是在喷油嘴中设置高速电磁阀，由发动机的ECU通过电磁阀，控制高压燃油的喷油量和喷油正时这种系统可以保留原来的喷油泵（柱塞泵或分配泵、泵喷嘴等），但其柱塞只承担供油加压的功能，供油量、供油时刻均由高速电磁阀单独完成，喷油量则取决于电磁阀关闭时间的长短，因此也称为时间控制式。

3）第三代电子控制燃油系统,第三代电控燃油系统采用共轨燃油系统 该燃油系统主要由输油泵、燃油滤清器、高压油泵、高压共轨、电控喷油器、ECU以及各种传感器和其他执行器等组成（见图7-3）图7-3 共轨燃油系统,高压油泵在柴油机的驱动下以一定的速比连续将高压燃油输送到共轨（即公共容器）内，再经高压油管送入各缸喷油器该系统采用压力—时间式燃油计量原理，用高速电磁阀控制喷射过程 喷油压力、喷油量及喷油定时均由电子控制单元（ECU）控制 这种系统具有下述优点① 可实现高压喷射，喷射压力可比一般柱塞泵系统高出一倍，最高已达200MPa以上 ② 喷射压力独立于发动机转速，可以改善发动机低速、低负荷性能 ③ 可以实现预喷射，调节喷油速率形状，实现理想喷油规律④ 喷油定时和喷油量可自由选定 ⑤ 具有良好的喷射特性，可优化燃烧过程，使发动机耗油、烟度、噪声及排放等性能指标得到明显改善，并有利于改进发动机转矩特性 ⑥ 结构简单，可靠性好，适应性强，可在所有新老发动机上应用7.2 柴油机的燃烧过程和燃烧室,7.2.1 柴油机的燃烧过程 柴油机的燃烧是在燃烧室所限制的狭窄空间内，在高温、高压环境下，使高压喷入燃烧室的雾状燃料与气缸内空气混合形成的可燃混合气，在极短的时间内进行的一种燃烧。

柴油机的燃烧过程可分为四个时期，如图7-4所示图7-4 柴油机的燃烧过程,1．着火延迟期,着火延迟期（也称滞燃期）是指从燃料开始喷射到着火的时间间隔（或曲轴转角） 着火延迟期的长短取决于柴油的十六烷值，同时也取决于压缩终了时燃烧室的温度和压力2．速燃期,速燃期是从气缸压力偏离压缩线开始急剧上升的B点起，到最高压力点C点为止的时间间隔（或曲轴转角）着火延迟期的大小直接影响速燃期内的燃料燃烧量，着火延迟期过长会使速燃期的压力升高率过大，导致柴油机工作粗暴，还会使NOx的排气量大幅度增加3．缓燃期,缓燃期是从缸内压力最高点C点开始到缸内温度达到最高点D点为止的时间间隔（或曲轴转角） 若在此燃烧阶段内，采取措施使蒸发的燃油能及时得到足够的空气，就能保证迅速而完全地燃烧，从而提高柴油机的热效率和降低排气烟度4．补燃期,补燃期（也称后燃期）是从最高温度点D点起到燃油基本燃烧完的E点为止的时间间隔（或曲轴转角）7.2.2 柴油机的燃烧室,柴油机燃烧室的形状一般按其结构形式分为直喷式燃烧室和分隔式燃烧室两大类1．直喷式燃烧室,直喷式燃烧室也称统一式燃烧室，是由凹形活塞顶与气缸盖底面所包围的单一内腔（见图7-5）。

常见的结构形式有形、球形等（见图7-6）图7-6 不同的直喷式燃烧室,图7-5 直喷式燃烧室,2．分隔式燃烧室,分隔式燃烧室的容积则一分为二，一部分位于气缸盖中，另一部分则在气缸内 在气缸内的那部分称主燃烧室，位于气缸盖中的那部分称副燃烧室 主、副燃烧室之间用通道连通 分隔式燃烧室又有预燃式燃烧室和涡流式燃烧室之分1）预燃式燃烧室,预燃式燃烧室由预燃室和主燃烧室两部分组成 预燃室在气缸盖内，占压缩容积的25%～40%，有一个或数个通孔与主燃烧室连通（见图7-7）图7-7 预燃式燃烧室,燃料喷入预燃室中，着火后预燃室中的压力和温度迅速升高，巨大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烧室和大部分空气混合而燃烧2）涡流式燃烧室,涡流式燃烧室由涡流室和主燃烧室组成 涡流室位于气缸盖上，呈球形或倒钟形，占总压缩容积的50%～80%，有切向通道与主燃烧室相通（见图7-8）图7-8 涡流式燃烧室,喷入涡流室的燃油大部分在涡流室内燃烧，未燃部分在做功行程初期与高压燃气一起通过切向孔道喷入主燃烧室，进一步与空气混合而燃烧7.3 机械式燃油系统的主要部件,7.3.1 喷油器 喷油器功用是将燃油雾化成细微的油滴，并将其喷射到燃烧室特定的部位。

喷雾应有一定的贯穿距离和锥角，以及良好的雾化质量，而且在喷油结束时不发生滴漏现象1．喷油器的构造与工作原理,如图7-9所示喷油器工作时，来自喷油泵的高压柴油，经油管接头进入喷油器体上的进油道，再进入针阀体中部的环形油腔，作用在针阀的承压锥面上，对针阀形成一个向上的轴向推力，此推力一旦大于喷油器调压弹簧的预压力时，针阀立即上移，打开喷孔，高压柴油随即喷入燃烧室中图7-9 孔式喷油器构造,喷油泵停止供油时，高压油道内压力迅速下降，针阀在调压弹簧作用下及时回位，将喷孔关闭，停止喷油 针阀的开启压力（喷油压力）的大小取决于调压弹簧的预紧力 不同的发动机有不同的喷油压力要求，可通过调压螺钉调整2．喷油器的类型,（1）孔式喷油器 孔式喷油器的特点是喷油器偶件中的针阀不直接伸出喷孔，喷油器头部的喷孔小且多，一般喷孔有1～7个，直径0.2～0.5mm见图7-10）,图7-10 孔式喷油嘴类型,（2）轴针式喷油器,轴针式喷油器的特点是喷油器偶件中的针阀伸出喷孔（见图7-11），喷孔一般只有一个，直径也较大，可达1～3mm 工作时轴针在喷孔中上下运动，能自动清除喷孔积炭图7-11 轴针式喷油器 1—回油管螺钉 2—调压螺钉护帽 3—调压螺钉 4、9、13、15、16—垫圈 5—滤芯 6—进油管接头 7—紧固螺套 8—针阀 10—针阀体 11—喷油器体 12—顶杆 14—调压弹簧,7.3.2 燃油滤清器,燃油滤清器的功用是将柴油中的机械杂质和灰尘过滤掉，以减少喷油泵和喷油器柱塞偶件的磨损，保证柴油机可靠工作，并延长它们的使用寿命。

柴油滤清器由滤芯和壳体组成（见图7-12）图7-12 柴油滤清器,许多柴油机的燃油滤清器下方带有一个油水分离器，其作用是将柴油经过油水分离和沉淀，除去柴油中的水分，以提高柴油的品质，延长燃油系统各部件的使用寿命 分配泵燃油系统的燃油滤清器上方通常有一手油泵，用于排出燃油管路中的空气7.3.3 输油泵,输油泵的作用是将燃油箱中的柴油吸出，将其输送给喷油泵 输油泵有活塞式、膜片式、齿轮式和叶片式等几种活塞式输油泵安装在柱塞式喷油泵的壳体上，主要由泵体、机械油泵、手油泵、进油阀、出油阀和油道等组成（见图7-13）图7-13 活塞式输油泵,喷油泵凸轮轴上的偏心轮通过滚轮体驱动机械油泵的活塞作往复运动，实现泵油如图7-14所示图7-14 输油泵的工作原理 1—喷油泵偏心轮 2—滚轮 3—推杆 4—压油腔 5—活塞 6—储油腔 7—出油阀 8—弹簧 9—进油阀,手油泵用于喷油泵中缺油时，用人工的方法将燃油箱中的柴油吸出，使之充满喷油泵，并将燃油管路和喷油泵中的空气排出，以使发动机能顺利起动见图7-13（b））7.3.4 柱塞式喷油泵,喷油泵的功用是按照柴油机的运行工况和气缸工作顺序，以一定的规律，定时定量地向喷油器输送高压燃油。

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1．柱塞式喷油泵的基本结构,柱塞式喷油泵总体结构由泵体、泵油机构、油量调节机构、传动机构、供油提前器等组成（见图7-15） 从滤清器过来的干净柴油从喷油泵进油螺栓处进入，产生高压后从出油阀压紧座流出图7-15 柱塞式喷油泵,2．泵体 泵体是喷油泵的骨架，一般用铝合金铸造而成 3．泵油机构 泵油机构（见图7-16）是喷油泵的核心，每个喷油泵中都有若干组泵油机构，每组泵油机构对应发动机的每个气缸图7-16 喷油泵的泵油机构 1—出油阀压紧座 2—出油阀弹簧 3—出油阀 4—出油阀座 5—柱塞套 6—低压油腔 7—柱塞 8—喷油泵体 9—油量调节螺杆 10—油量调节套筒 11—柱塞弹簧 12—供油正时调节螺钉 13—定位滑块 14—凸轮轴 15—凸轮 16—挺柱体部件 17—柱塞弹簧下座 18—柱塞弹簧上座 19—齿圈 20—进回油孔 21—密封垫,泵油机构主要由柱塞偶件（柱塞7和柱塞套5）、出油阀偶件（出油阀3和出油阀座4）、出油阀弹簧2、柱塞弹簧11等组成。

1）柱塞偶件,柱塞偶件由柱塞和柱塞套组成（见图7-17），两者配合间隙极小，为0.001 8～0.003mm，需经精密磨削加工后再经选配研磨而成，故称它们为偶件 柱塞套被压紧在泵体上，在其上部开有进回油孔图7-17 柱塞偶件,柱塞在柱塞套中作往复运动 其上部圆柱面开有斜切槽，并通过柱塞中心油道或直槽与柱塞顶相通（见图7-17） 柱塞下部加工有榫舌，有的是压配调节臂，用于进行供油量调节图7-18 柱塞切槽,（2）出油阀偶件,出油阀偶件包括出油阀2和出油阀座1（见图7-19），它是一个单向阀 出油阀偶件也是一对精密偶件，出油阀导向面和减压环带与出油阀座内表面径向间隙为0.006～0.016mm，使用中也不允许互换图7-19 出油阀偶件 1—出油阀座 2—出油阀 3—圆锥面 4—减压环带 5—十字切槽,出油阀偶件置于柱塞。