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第六章第六章 柴油机燃料供给系统柴油机燃料供给系统 第一节：概述 第二节：可燃混合气的形成与燃烧室 第三节：输油泵 第四节：喷油泵 第五节：喷油提前角调节装置 第六节：分配式喷油泵 第七节：调速器 第八节：喷油器 第九节：电控柴油喷射系统 重点： 可燃混合气的形成；喷油泵、喷油器、 调速器的组成及工作原理 难点： 喷油提前角调节装置；调速器、喷油泵 构造及工作原理。 教学目的： 掌握可燃混合气的形成；喷油泵、喷油 器、调速器的组成及工作原理 思考题 第一节：概述第一节：概述 一、柴油机的特点： 二、柴油机燃料系的功用与组成： 三、燃油的供给路线： 四、柴油性质：发火性；蒸发性；粘度；凝点 。 一、柴油机的特点一、柴油机的特点 1热效率高、经济性好、故障少； 2混合气的形成、点火和燃烧方式不同于 汽油机； 3柴油机的排气污染小； 4制造成本较高； 5排气噪声大，废气中含SO2及碳烟多。 二、柴油机燃料系的功用与组成二、柴油机燃料系的功用与组成 1.功用：是完成燃料的贮存、滤清和输送工作，按柴油机各种不同工况 的要求，定时、定量、定压并以一定的喷油质量喷入燃烧室，使其与空气 迅速而良好地混合和燃烧，最后将废气排入大气。 2.组成 ： 1）燃油供给装置：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。 2）空气的供给装置：空气滤清器、进气管等。有的还装有增压器。 3）混合气的形成装置：燃烧室。 4）废气的排出装置：排气管及排气消声器 。 如图所示。 1柴油箱 2柴油粗滤器 3联轴节 4供油提前角自动调节器 5 喷油泵 6输油泵 7调速器 8低压油管 9柴油细滤器 10高 压油管 11喷油器 12回油管 三、燃油的供给路线三、燃油的供给路线 1.低压油路：0.15 0.30MPa 2.高压油路：10MPa 3.多余的燃油回流 4.柴油滤清器有粗细两种， 5.为保证各气缸供油的一致 性，连接喷油泵和喷油器的钢 制高压油管的直径和长度是相 等的。 四、柴油性质四、柴油性质 1.发火性：是指柴油的自燃能力。柴油的发火性用十六烷值表示，十六 烷值越高，发火性越好。一般汽车用柴油的十六烷值应在4050范围内。 2.蒸发性：是指柴油汽化的能力。 3.粘度：决定柴油的流动性。 4.凝点：是表示柴油冷却到开始失去流动性的温度。 柴油按其所含重馏分的多少分为重柴油和轻柴油。汽车用柴油机都是高 转速的，因此，应采用轻柴油。中国石化集团发布了城市柴油企业标准 城市车用柴油技术要求Q/SHR0062000。该标准将车用柴油按凝点 分为10号、5号、0号、-5号、-10号、-20号六个牌号。该标准要求硫含 量控制为不大于0.05，氧化安定性的总的不溶物不大于2.5mg/100ml ，十六烷值不低于48。 第二节：可燃混合气的形成与燃烧室第二节：可燃混合气的形成与燃烧室 一、柴油机可燃混合气的形成与燃烧过程： 二、可燃混合气形成特点： 三、可燃混合气形成的方式： 四、燃烧室： 一、柴油机可燃混合气的形成与燃烧过程一、柴油机可燃混合气的形成与燃烧过程 1.备燃期：指喷油器喷 油始点A到燃烧始点B之间的 曲轴转角 2.速燃期：指从燃烧始点B到 气缸内压力达最高的C点之间的 曲轴转角。 3.缓燃期：指从最高压力点C 到最高温度点D之间的曲轴转角 。 4.后燃期：指从最高温度点D 到柴油已基本上完全燃烧的E点 之间的曲轴转角。 二、可燃混合气形成的特点二、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, 值变化范围很大 ； 3.边喷边燃，成分不断变化。 三、可燃混合气的形成方式三、可燃混合气的形成方式 燃油能否完全燃烧，主要取决于两个方面：一是 进入气缸的空气量对喷油量的比例是否合适；二是 燃油和空气的混合是否良好。 柴油机形成良好混合气的方法有两种： 空间雾化和油膜蒸发。 1.1.空间雾化混合方式空间雾化混合方式 (1)油雾的形成 : (2)空气的运动促进混合: 空气运动空气运动 进气涡流和挤气涡流进气涡流和挤气涡流 2. 2. 油膜蒸发混合方式油膜蒸发混合方式 它是将柴油喷向球形 燃烧室的壁面上，在强烈 地空气涡流作用下,燃油 的大部分(95%)形成油膜 。由于油束贯穿空气和室 壁的反射,必然有少量油 粒（5）悬浮在空间， 形成着火源。油膜在空间 火源的热能作用下，逐层 蒸发、逐层卷走、逐层燃 烧，产生了燃气涡流，其 燃烧速度是前期慢、后期 快，使燃烧过程加速进行 到终点。 四、燃四、燃 烧烧 室室分类： 1.直接喷射式燃烧室： 形、球形、四角形及U形燃烧室等。 2.分开式燃烧室： 预燃室式和涡流室式燃烧室 。 1.1.形燃烧室形燃烧室 空间混合方式。采用螺旋 或切向进气道。 混合气形成特点是：喷油 质量要求高；喷孔直径较小 ，喷油压力较高20 MPa；结 构紧凑，热损失小，故热效 率高，经济性好，容易起动 ；工作粗暴。 2.2.球形燃烧室球形燃烧室 结构特点：采用强涡流螺旋进 气道，在进气过程中绕气缸轴线 旋转的高速涡流；采用单孔吸嘴 或双孔喷嘴，喷射形成的油膜覆 盖面占室壁的4050 混合气形成的过程和特点是： 均匀的薄油膜和火源的形成；油 膜逐层蒸发、逐层卷走、逐层燃 烧，形成燃气涡流。压力升高率 小，工作平稳；喷油压力要求在 17.5MPa18.5 MPa范围内； 为改善其冷起动性能，其进气管 上多安装加热装置（如火焰加热 器等）。 3.3.预燃室式燃烧室预燃室式燃烧室 结构特点是：预燃室容 积占总燃烧室容25%- 40%；压缩行程形成 无规 则紊流；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。预燃是手段 ，形成燃烧涡流是目的。 属于空间混合方式。 混合气形成特点。 混合气形成特点混合气形成特点 l）利用压缩紊流先预燃。 2）利用强烈的燃烧涡流，促使完全燃烧 。 3）对喷油的雾化质量要求不高。可用大孔径单 孔喷油器。压力8-12MPa。 4) 由于通道面积小,有强烈节流作用,压力升高率 p/较小,运转平顺,燃烧噪声小。 但经济性差 ，热损失大，启动性能差。必须加 装电热塞。 4.4.涡流室式燃烧室涡流室式燃烧室 结构特点： （1）涡流室容积占总 燃烧室容50%-80%； （2）压缩中形成强烈 的涡流；空间混合方式 ； （3）喷油器、电热塞 安在涡流室。 混合气形成特点。 混合气形成特点混合气形成特点 1）利用强烈的定向涡流混合和燃烧。 2）利用二次流动，促使燃气更完全的燃烧。 3）对喷油的雾化质量要求不高。可用单孔喷油器。压力10 -12MPa。 4）其突出优点是：适用于高速柴油机。可采用较大的进、 排气门，提高了充气效率。 5）初期在涡流室燃烧，由通道进入主燃烧室，其内的压力 升高率较小，工作较平顺。 但热损失较大，经济性差，必须用高压缩比装电热塞。 第三节：输油泵第三节：输油泵 一、作用： 是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，输油量应为柴油机全负荷最大耗油 量的34倍。 二、分类： 活塞式、转子式、滑片式和齿轮式等几种。活塞 式输油泵工作可靠，目前应用广泛。工作原理如图 。 三、驱动： 喷油泵凸轮轴 工作原理工作原理 1.准备压油行程： 2.吸油和压油行程： 3.输油量的自动调节 过程 4.手油泵工作 为使冷车启动前喷 油泵充满燃油。 第四节：喷第四节：喷 油油 泵泵 功用： 喷油泵接收输油泵送来的低压柴油，根据发动机 的不同工况，定压（提高油压）、定时（控制喷油时 间） 、定量（控制喷油量）地向喷油器输送高压油 液。如图所示。外形图。 为满发动机的工况需求，对喷油泵的具体要求有以 下几点。 一、喷油泵地分类与系列： 二、A型喷油泵： 三、P型喷油泵： 对喷油泵的要求对喷油泵的要求 1.按柴油机工作顺序供油，而且各缸供油量均匀； 2.各缸供油提前角要相同，相差不得大于0.5曲 轴转角； 3.各缸供油延续时间要相等； 4.油压的建立和供油的停止都必须迅速，以防止滴 漏现象的发生。 1泵体 2柱塞偶 件 3出油阀偶件 4出油阀垫圈 5 出油阀弹簧 6减 容器 7O形密封 圈 8出油阀压紧 座 9锁夹总成 10 管接头 11垫圈 12螺栓 13回 流阀 14侧盖板 15凸轮轴挡环 16调整垫 17 轴承 18油环 19 轴承盖20滚轮 传动部件 21堵塞 22、24弹簧座 23柱塞弹簧钢 25控制套简 26 齿圈 27轴承座 28凸轮轴 29 控制齿条 30齿条 止动螺钉 一、喷油泵的分类与系列一、喷油泵的分类与系列 1.柱塞式喷油泵：性能良好，工作可靠，为目前大 多数汽车柴油机所采用。工作原理。柱塞式喷油泵 的组成。 2.喷油泵喷油器式(PT)：将喷油泵和喷油器合 为一体，直接安装在发动机气缸盖上，可以消除高 压油管带来的不利影响。但要求在发动机上另加驱 动机构。 3.转子分配式喷油泵：这种喷油泵只有一对柱 塞副，依靠转子的转动实现燃油的增压与分配。 它具有体积小、质量轻、成本低、使用方便等优 点。 4.国产系列喷油泵：国产系列泵有A型泵、B型 泵、P型泵、PDA型泵和VE泵等。前三种为柱塞 式喷油泵，后两种为转子式喷油泵。 柱塞式喷油泵的工作原理柱塞式喷油泵的工作原理 在多缸柴油机上，每一个气缸需要一套泵油机构 进行供油，这套泵油机构称为分泵。将各分泵组装 在同一壳体中，共用一根凸轮轴驱动，并对气供油 量进行统一的调整，即为泵油总成。 分泵中的主要组件是柱塞副（柱塞和柱塞套）。 常用的两种构造。 一、柱塞副的构造及工作过程： 二、供油量的调节： 柱塞副的构造柱塞副的构造 螺旋槽式；斜槽式 一、柱塞式喷油泵的工作过程一、柱塞式喷油泵的工作过程 1.柱塞副的构造：柱塞和柱塞套筒。 2.柱塞的工作过程：进油过程；压油过程；回油 过程 工作过程工作过程动画演示动画演示 二、供油量的调节二、供油量的调节 发动机在各种工况时， 柱塞的螺旋槽或斜槽上线相 对于回油孔的位置如下： 1熄火位置 2怠速位置 3中等负荷位置 4全负荷位置 5留有余地的位置 动画演示动画演示 柱塞式喷油泵的组成柱塞式喷油泵的组成 柱塞式喷 油泵由：分 泵、油量调 节机构、驱 动机构、泵 体（壳体） 四部分组成 。 喷油泵的 润滑。 一、分泵一、分泵 组成：柱塞14 柱塞套筒13 出油阀4 出油阀座1 减容器7 出油阀弹簧5 回位弹簧15 弹簧座16 出油阀压紧螺 6 如图所示 出油阀的作用出油阀的作用 1.防止喷油前滴油，提高喷 射速度 ； 2.防止喷油后滴油，提高关 闭速度； 3.防止燃油倒流，使高压油 管内保持一定的残余压力； 4. 使高压油管长期存油， 并能使管中的空气顺利排出 ，有利于柴油机顺利起动 工作过程工作过程动画演示动画演示 二、油量调节机构油量调节机构 如图所示 1.拨叉式油量调 节机构 ：调节臂 ；调节叉（拨叉 ）；供油拉杆。 2.齿杆式油量 调节机构： 动画演示动画演示 2. 2. 齿杆式油量调节机齿杆式油量调节机 构构 由齿杆4、齿扇3 和传动套2等 组 成。 油量调节机构 的装配标记、供 油拉杆的限位。 动画演示动画演示 油量调节机构的装配标记油量调节机构的装配标记 齿杆式油量调 节机构零件较 多，为保证各 分泵柱塞和齿 杆位置一致， 各分泵柱塞的 传动套、齿扇 、齿杆、柱塞 都有装配记号 。 供油拉杆（齿杆）的轴向限位器供油拉杆（齿杆）的轴向限位器 1.安装位置：齿杆前 端的泵体上。 2.组成：限位塞和弹 簧等。 3.作用：是限制供油 拉杆在一定范围内移动 ，仅限于在怠速和全负 荷工况范围内移动，而 熄火和起动加浓工况必 须有专门的限位措施。 三、分泵驱动机构三、分泵驱动机构 1.组成：由喷油泵的 凸轮轴和滚轮体等传动 件组成。 2.作用：推动柱塞往 复运动，完成进油、压 油、回油过程；并保证 供油正时。它与体外的 驱动机构配合工作。 凸轮轴凸轮轴 传送推 力使柱塞 运动，产 生高油压 。同时还 保证各分 泵按柴油 机的工作 顺序和一 定的规律 供油。 滚轮体传动件滚轮体传动件 1.功用：是变凸轮的旋转运动为自身的直线往复运动，推 动柱塞上行供油。此外，滚轮体还可以用来调整各分泵的供 油提前角和供油的间隔角度。 2.构造： 调整式滚轮体：调整垫块式滚轮体 ；调整螺钉式滚轮体 不可调整滚轮体 。 如图所示 四、泵体（壳体）四、泵体（壳体） 组合式泵体分上体和下体两部分，用螺栓连接在一 起。上体安装分泵，下体安装驱动件和油量调节件 。 整体式泵体可使刚度加大，在较高的喷油压力下 工作而不致变形。但分泵和驱动件等零件的拆装较 麻烦。 如图所示 A A型泵型泵 （1）齿杆式油量调节机构： （2）调整垫块式滚轮体： （3）泵体：上体灰铸铁铸造；下体铝 合金铸造 如图所示 P P型喷油泵的结构特点型喷油泵的结构特点 （1）悬挂分泵总成 （2）球销式油量调节机构 （3）不可调式滚轮传动体 （4）全封闭箱式泵体 （5）采用压力润滑方式 如图所示 第五节：喷油提前角的调整装置第五节：喷油提前角的调整装置 喷油提前角的大小对柴油机工作过程有很大影响。为保证 发动机具有良好的使用性能，必须选择最佳的喷油提前角。 喷油提前角实际上是由喷油泵的供油提前角来保证的。而 整个喷油泵的供油提前角可以通过改变发动机曲轴和喷油泵 凸轮轴之间的相位角来调整。 一、联轴器：连接喷油泵凸轮轴与其驱动轴，用小量的角 位移调节供油提前角，以获得最佳的喷油提前角。 二、供油提前角自动调节器：供油提前角自动调节器位于 联轴器和喷油泵之间，它能随发动机转速的变化自动改变供 油提前角。 第六节：分配式喷油泵第六节：分配式喷油泵 分配式喷油泵简称分配泵，有转子式和单柱塞式两大类。英 国CAV公司的DPA型分配泵和法国SIGMA公司的PRS型分配 泵均属转子式，也称径向压缩式。德国Bosch公司的VE型分 配泵则为单柱塞式，又称轴向压缩式。 一、分配泵与柱塞式喷油泵相比，有如下特点： 二、VE型分配泵结构： 三、VE型分配泵工作过程： 四、电磁式断油阀： 五、液压式喷油提前器： 一、分配泵与柱塞式喷油泵相比，有如下特点一、分配泵与柱塞式喷油泵相比，有如下特点 1.分配泵结构简单，零件少，体积小，质量轻，使 用中故障少，容易维修。 2.分配泵精密偶件加工精度高，供油均匀性好，不 需要调节各缸供油量和供油定时。 3.分配泵的运动件靠喷油泵体内的柴油进行润滑和 冷却，因此，对柴油的清洁度要求很高。 4.分配泵凸轮的升程小，有利于提高柴油机转速。 二、二、VEVE型分配泵结构型分配泵结构 VE型分配泵由驱动机构、二级滑片式输油泵、高压 分配泵头和电磁式断油阀等部分组成。此外，机械式 调速器和液压式喷油提前器也安装在分配泵体内，如 图所示 。 三、三、VEVE型分配泵工作过程型分配泵工作过程 工作过程包括：进油过程；泵油过程；停油过程； 压力平衡过程。 如图所示。 第七节第七节: : 调调 速速 器器 一、设置调速器的必要性： 1.速度特性：是指供油拉杆位置不变时，喷油泵每一循环供油量（g） 随转速变化的规律。 2.原因：柱塞运动速度增加时，产生早喷晚停；柱塞运动速度增加时， 泄漏量相对减少。 3.恶果：当负荷变化时：转速升高g增加,v下降，造成油多气少而冒 黑烟，形成恶性循环而“超速”（飞车），严重时旋转机件损坏；转速降低 g减少，v上升，造成油少气多而“游车”（不稳定），甚至熄火。 4.功用：调速器的功用是根据柴油机负荷的变化，自动地调节喷油泵的 供油量，以保证柴油机在各种工况下稳定运转。 二、种类：两速式调速器；全调速器 两速式调速器两速式调速器 它能保持柴油机平稳的怠速，防止游车或熄火；又能限制柴油机不超 过某一最大转速，从而防止了超速（飞车）至于中间转速，则利用人工 调节供油量。 1.RQ型调速器结构： 2.RQ型调速器基本工作原理： 2.RQ2.RQ型调速器基本工作原理型调速器基本工作原理 a a：起动工况：起动工况： b b：怠速工况：怠速工况 c c：中速工况：中速工况 d d：最高转速工况：最高转速工况 e e：停车工况：停车工况 动画演示 全速式调速器全速式调速器 它不但能保持柴油机最低稳定转速和限制最大转速，并能根据负荷的大 小保持和调节任一选定的转速 。 1.VE型分配泵调速器结构： 2.VE型分配泵调速器工作原理：起动工况；怠速工况；部分负荷最高转 速；全负荷最高转速；最大供油量的调节。动画演示。 3.增压补偿器： 1.VE1.VE型分配泵调速器结构型分配泵调速器结构 调节过程 示意图 第八节：喷第八节：喷 油油 器器 一、喷油器的作用和要求：结构图；外形图1；外形图2。 功用： 一是使一定数量的燃油得到良好的雾化，以促进燃油着火和燃 烧； 二是使燃油的喷射按燃烧室类型合理分布，以便使燃油与空气迅速 而完善的混合，形成均匀的可燃混合气。 要求：应具有一定的喷射压力和射程，合适的喷雾锥角和雾化质量； 喷停要迅速，不发生燃油滴漏，以免恶化燃烧过程；最好的喷油特性是在 每一循环的供油量中，开始喷油少，中期喷油多，后期喷油少。工作原理 。 二、分类： 按结构型式可分为开式和闭式两大类。中小功率高速柴油机绝大多数采 用闭式喷油器。常见的型式有两种：孔式喷油器和轴针式喷油器。外形图 。 三、材料： 喷油器的主要零件是喷油嘴（针阀和针阀体），多用耐热强度好的优质 轴承钢制成。 一、孔式喷油器一、孔式喷油器 孔式喷油器的喷孔数目一般为18个，喷孔直径为0.20.8mm，它可 以喷出一个或几个锥角不大、射程较远的油束。喷孔越多则孔径越小，雾 化越好，分布越均匀。常用于直接喷射式燃烧室。 如图所示。 l回油管螺栓 2调压螺钉护 帽 3调压螺钉 4油管接头 5 调压弹簧 6顶杆 7喷油器 体 8紧固螺套 9针阀体 10 针阀 11喷油器锥体动画演示 动画演示 第九节：电控柴油喷射系统第九节：电控柴油喷射系统 柴油机电控燃油喷射系统的研究开发始于20世纪70年代，80年代进 入应用阶段，90年代得到迅速发展。它对提高柴油机的动力性能、经 济性能、运转性能和排放性能都产生了极大的影响。 一、电控柴油喷射系统的优点 与传统的机械方式比较，电控柴油喷射系统具有以下优点： （1）对喷油定时的控制精度高(高于0.5CA)，反应速度快； （2)对喷油量的控制精确、灵活、快速，喷油量可随意调节，可实现 预喷射和后喷射，改变喷油规律； （3)喷油压力高(高压共轨电控喷油系统高达200MPa)，不受发动机转 速影响，优化了燃烧过程； （4）无零部件磨损，长期工作稳定性好； （5）结构简单，可靠性好，适用性强，可以在新老发动机上应用。 二、电控柴油喷射系统的基本原理： 三、电控柴油喷射系统的分类： 二、电控柴油喷射系统的基本原理 电控柴油喷射系统由传感器、电控单元(ECU)和执行机构三部分组成 。传感器采集转速、温度、压力、流量和加速踏板位置等信号，并将实 时检测的