柴油机燃料供给系统.ppt

第五章柴油机燃料供给系统 柴油机燃料供给系的功用是完成燃料的储存 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 最后使废气排入大气 一 柴油机燃料供给系统的功用和组成 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 进气管道 混合气形成装置 燃烧室 废气排出装置 排气管道 消音器 低压油路 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而输油泵的出油压力一般为0 15MPa 0 3Mpa 这段油路称为低压油路 高压油路 从喷油泵到喷油器这段油路中的油压是由喷油泵建立的 一般在10Mpa以上 故这段油路称为高压油路 回油回路 由于输油泵的供油量比喷油泵的最大喷油量大3 4倍 为了保持进入喷油泵进油室内的油压稳定 喷油泵进油室的一端装有限压阀 又称溢流阀 大量多余的燃油经限压阀和回油管流回输油泵的进口或直接流回柴油箱 喷油器工作间隙漏泄的极少数柴油也经回油管流回柴油箱 发火性 指燃油的自燃能力 柴油的发火性用 十六烷值 表示 十六烷值愈高 发火性愈好 但十六烷值高的柴油的凝点也高 因而蒸发性差 故通常汽车用柴油的十六烷值应在40 50范围内 蒸发性 由燃油的蒸馏实验确定需要测定的馏程是50 溜出温度 90 溜出温度及95 馏出温度 若相同蒸发量的馏出温度愈低 表明柴油蒸发性愈好 愈有利于可燃混合气的形成和燃烧 粘度 决定燃油的流动性 粘度越大流动性愈差 粘度随温度而变化 温度升高 粘度小 温度降低 粘度大 凝点 指柴油冷却到开始失去流动性的温度 我国柴油牌号是用凝点来规定的 如 柴油凝点为0 则此柴油牌号为0 二 柴油 1 使用性能指标 2 柴油的选用 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 使用地区的环境温度 在选择时 所选柴油牌号应比最低环境温度低约5 三 柴油机燃烧室 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 当活塞接近压缩上止点时 柴油喷入气缸 与高压高温的空气接触 混合 经过一系列的物理 化学变化才开始燃烧 之后便是边喷射 边混合 边燃烧 其混合气的形成和燃烧是一个非常复杂的物理化学变化过程 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 统一式燃烧室 直喷式 分隔式燃烧室 型 球型 涡流室燃烧室 预燃式燃烧室 统一式燃烧室由凹顶活塞顶部与气缸盖底部所包围的单一内腔 几乎全部容积都在活塞顶面上 U型 1 统一式燃烧室燃烧室呈浅盆形 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 空气运动促进混合 使油粒分布得更均匀 最有效的措施是使空气运动 多采用两种方法 1 使进气产生涡流 利用弱涡流切向进气道或强涡流螺旋进气道 可以在进气行程中使空气绕气缸轴线旋转运动 2 产生挤压涡流 利用活塞顶部的特殊形状 在压缩过程中和膨胀行程开始时 使空气在燃烧室中产生强烈的旋转运动 它存在于上止点附近 持续时间较短转速愈高 涡流也愈强 气流对油束的吹散作用也愈大 此外 空气涡流运动还可以加速火焰的传播 促使燃烧及早地结束 利用活塞顶部的特殊形状 在压缩过程中和膨胀行程开始时 使空气在燃烧室中产生强烈的旋转运动 它存在于上止点附近 持续时间较短 2 分隔式燃烧室 两个空间 一个在缸盖中 副燃烧室 一个在活塞顶 主燃烧室 两部分间有孔道相连 1 涡流室式燃烧室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 2 预燃室式燃烧室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 1 涡流室式燃烧室1 整个燃烧室分为两部分球型涡流室在气缸盖内 活塞上方为主燃烧室 涡流室容积占总燃烧室容积的50 80 用一个和数个切向大面积通道相通 属于空间混合方式 2 在压缩行程中 气缸内的空气被活塞推挤 经过通道进入涡流室 形成强烈地有组织的高速旋转运动 几百转 分 柴油喷入涡流室中 在空气涡流的作用下 形成较浓的混合气 部分混合气在涡流室中着火燃烧 已然与未然的混合气高速 经通道 喷入主燃烧室 借活塞顶部的双涡流凹坑 产生第二次涡流 促使进一步混合和燃烧 3 顺气流方向喷射 由于涡流运动促进了混合气的形成与燃烧 可采用较大孔径的喷油器 喷射压力也较低 12 14MPa 涡流室式燃烧室 特点 油压要求不高 故障少 工作较平稳 散热面积大 油耗高 起动性差 2 预燃室式燃烧室1 整个燃烧室分两部分 预燃室位于气缸盖内为总燃烧室容积的25 40 活塞上方为主燃室 2 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 3 大部分燃料是在主燃烧室中混合燃烧 是属于空间混合方式 4 利用压缩紊流先预燃 5 利用强烈的燃烧涡流 促使完全燃烧 6 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 8MPa 12MPa 有适应大转速范围和不同着火性能燃料的能力 7 运转平顺 燃烧噪声小 但经济性较差 热损较大 起动性能差 必须加装电热塞 预热室式燃烧室 四 柴油机燃料供给系统主要部件的构造 1 输油泵 功用 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 结构型式 活塞式 转子式 滑片式 齿轮式等 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 活塞式输油泵工作原理 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 A B 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 2 柴油滤清器 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 分类 柴油粗滤器 柴油细滤器 限压阀 出油口 盖 进油口 壳体 滤芯 中心杆 放油螺塞 结构 3 喷油泵 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 提高油压 定压 将喷油压力提高到10MPa 20MPa 控制喷油时间 定时 按规定的时间喷油和停止喷油 与各个气缸的发火顺序有关 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 分类 柱塞式喷油泵 性能良好 可靠 使用广泛 转子分配式喷油泵 VE 靠转子的转动实现柴油的增压与分配 体积小重量轻速度好 泵喷嘴 喷油泵 喷油器 将喷油泵和喷油器结合在一起 不需高压油管 但驱动机构复杂 一 柱塞式喷油泵 分泵 每个气缸所对应的一套柱塞副 出油阀副等零件组成的高压泵油机构 分泵组成 高压油管接头 减容体 出油阀弹簧 出油阀副 柱塞副 柱塞弹簧及座 挺杆 1 分泵 精密配合偶件 配合间隙为0 0015 0 0025mm要求 成对使用 不能互换 拆装维修时要作好记号 结构 1 柱塞偶件 柱塞上行 a 从下止点到柱塞头部封闭径向油孔之前 b 从柱塞头部封闭径向油孔到柱塞斜槽露出径向孔之前 c 从柱塞斜槽露出径向油孔到柱塞上行至上止点 b 工作原理 a 从上止点到柱塞斜槽封闭径向油孔之前 c 从柱塞头部露出径向油孔到运行下止点 b 从柱塞斜槽封闭径向孔到柱塞头部露出径向油孔之前 a b 柱塞下行 调节供油量方法 转动柱塞 改变hg 改变循环供油量 g 停油 直槽对准油孔 油量调节机构 供油有效行程 柱塞顶面封闭柱塞套径向油孔至柱塞斜槽露出径向油孔前柱塞上移的行程 用hg表示 hg决定了喷油泵每循环供油量 g 作用 防止燃油倒流 保证供油迅速 停油干脆 2 出油阀偶件 出油阀上升 减压环离座孔前 油管内减容增压 减压环离座孔 达喷油压力 迅速喷油 出油阀下落 减压环入座孔 切断油路 防止燃油倒流 保证下次供油迅速 减压环落座 管内增容减压 停油干脆 防止二次喷射和滴漏现象 出油阀工况 3 减容体作用 弹簧导向 减容 限位 出油阀压紧螺帽内腔空间的容积 在高压系统中占有相当大的比例 高压油管的内径仅1mm 该容积过大将造成 喷油压力升高较慢 喷油时间延迟 油管内残余压力过高 喷油延续时间增长等弊病 为此在内腔装有带槽的减容器 以减小这部分空间的容积 促进喷停迅速 改善喷油过程 同时其尾部还起限制出油阀最大升程的作用 作用 执行驾驶员或调速器的指令 转动柱塞改变各分泵的供油量 以适应柴油机负荷和转速变化的需要 并通过它来调整各缸供油的均匀性 工作原理 转动柱塞改变柱塞与柱塞套的相对位置 从而改变供油行程来完成的 2 油量调节机构 拨叉式 号泵 由调节臂 拨叉 供油拉杆组成 驾驶员或调速器轴向移动供油拉杆时 拨叉带动调节臂及柱塞相对柱塞套转动 从而调节了供油量 当各缸供油量不等时 可松开固定螺钉改变拨叉在供油拉杆上的位置予以调整 柱塞4下端的榫舌嵌入控制套筒6相应的切槽中 套筒6松套在柱塞套1上 在控制套筒上部套有一个可调齿圈5 用螺钉锁紧 可调齿圈与齿杆3相啮合 齿杆的轴向位置由驾驶员或调速器控制 移动齿杆时 齿圈连同控制套筒带动柱塞4相对于不动的柱塞套1转动 以调节供油量 齿条齿圈式 3 传动机构 驱动柱塞往复运动 滚轮传动部件 滚轮 长槽 垫块 凸轮轴 按作功顺序排列凸轮 改变挺杆高度 可以改变供油提前角 作用 1 推动柱塞往复运动 完成进油 压油 回油过程 2 保证供油正时 滚轮体传动件1 功能 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 调整各分泵的供油提前角和供油间隔角 2 调整垫块式滚轮体带有滑动配合衬套的滚轮体松套在滚轮轴上 滚轮轴也松套在滚轮架的座孔中 调整垫块安装在滚轮架的座孔中 用耐磨材料制成 磨损后可翻转使用 制有不同厚度的垫块 厚度差为0 1mm 相应凸轮轴转角为0 5 反映到曲轴上为1 调整垫块 滚轮轴 滚轮 滚轮衬套 滚轮架 3 调整螺钉式滚轮体在滚轮架上端有工作高度可调节的调整螺钉 拧出调整螺钉 h值增大 供油提前角即增大 拧入螺钉 h值减小 供油提前角即减小 1 滚轮轴 2 滚轮 3 滚轮架 4 锁紧螺母 5 调整螺钉 功用 调速器是根据发动机负荷变化而自动调节供油量 从而保证发动机的转速稳定在很小的范围内变化 喷油泵的速度特性 当油量调节拉杆位置一定时 供油量随转速升高而增加 随转速下降而减少 4 调速器 产生喷油泵速度特性的原因 1 当发动机转速增加 从而喷油泵柱塞移动速度增加时 柱塞套上油孔的节流作用随之增大 于是在柱塞上移时 即使柱塞尚未完全封闭油孔 由于燃油一时来不及从油孔挤出 泵腔内油压增加而使供油开始时刻略有提前 同样道理 在柱塞上移到其斜槽已经与油孔接通时 泵腔内油压一时还来不及下降 使供油停止时刻略微延后 这样 即使调节拉杆位置不变 随着发动机转速增大 柱塞产生早喷晚停 使得柱塞的有效行程将略有增加 而供油量也略微增大 2 柱塞运动速度增加时 泄露时间缩短 泄露量少 3 喷油泵速度特性带来恶果1 转速升高每循环供油量增加 充气系数下降 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2 转速降低每循环供油量减少 充气系数上升 造成油少气多而 游车 不稳定 甚至熄火 具体情况是 1 超速满载汽车从上坡行驶刚过渡到下坡行驶时 柴油机突然卸荷 而油量调节拉杆可能由于某种原因还保持在最大的供油量位置 显然 发动机转速将大为增高以至于超速 这时 喷油泵在上述供油特性的支配下 反而自动将供油量加大 更促使发动机转速升高 发动机转速和供油量如此相互作用的结果 将加速导致发动机超速而出现排气管冒黑烟及发动机过热等不良现象 同时 往复运动零件的惯性力增大 使某些机件过载 甚至于损坏 2 怠速不稳汽车柴油机还经常在怠速工况下工作 如短暂停车 起动暖机等 此时 供入气缸的燃油量很少 发出的动力仅用以克服发动机本身内部各机构运转阻力 而这阻力则随发动机转速升高而增加 这时 主要问题在于发动机能否保持最低转速稳定运转而不熄火 对于汽油机 这是不成问题的 汽油机怠速时 化油器的节气门保持最小开度不变 当发动机内部阻力因某种原因变大时 发动机转速会立即降低 但转速的降低却使充气系数提高 因而气缸内的平均压力增大 使发动机转速又回升到接近原先的数值 至于柴油机的情况 则恰恰相反 即使油量调节拉杆保持在最小供油量位置不变 当内部阻力略有增大因而使发动机转速略微降低时 如前所述 喷油泵的供油量却自动减少 促使发动机转速进一步降低 如此循环 最后将使发动机熄火 反之 当机内阻力稍有减小时 柴油机怠速转速将不断升高 4 调速器的作用 当负荷改变时 自动地改变供油量的多少 维持稳定运转 对在良好的道路上行驶的汽车来说 多用于限制柴油机的最高转速nmax和保持稳定的最低转速nmin 怠速 1 限制最高转速全负荷时 由于负荷的减小 转速将升高 当转速超过额定转速nmax时 调速器开始自动减油 使扭矩迅速减小 直到nT 停供转速 时即停止供油 nmax与nT差值一般不大于200r min 2 保持平稳怠速由于各种必然原因和偶然原因 水温 油温 机温 内部阻力 气门和喷嘴因积碳影响关闭不严或短暂停喷等 会引起起动力的变化 使怠速升高或降低 随转速的降低调速器自动加油 扭矩增加 又随转速的升高调速器自动减油 扭矩减小 使怠速保持稳定 5 喷油器 功用 将喷油泵供给的高压柴油喷散雾化 合理的分布于燃烧室 与高速流动的空气相混合 形成良好的可燃混合气 要求 雾化均匀 喷射干脆利落 无后滴现象 油束形状与方向 适应燃烧室 分类 构造 针阀偶件 针阀 导向圆柱面 承压锥面 密封锥面针阀体 油道 油腔 喷孔 调压组件 顶杆 调压弹簧 调压螺钉 喷油器体 贯通油道 缝隙滤芯 1 喷油嘴由针阀和阀体组成 并用螺套装在壳体上 并借助定位销使喷孔在气缸中保持所定的方位 在针阀体上套有铜锥体 是气缸密封并帮助喷油嘴散热 2 针阀上部的圆柱表面通针阀体的相应内圆柱面作高精度的滑动配合 配合间隙为0 002 0 004mm 此间隙过大则乍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 3 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 4 壳体用来安装调压件和进油管等部件 并利用其定位销正确地将喷油器固装在气缸盖座孔中