柴油机喷油器工作原理.doc

课题四 燃油系统目的要求:1.了解船用燃油理化性指标.2.熟悉燃油系统的组成,功用和要求.3.熟悉供油系统的设备.4.掌握回油孔式,回油阀式喷油泵工作原理,结构形式.5.掌握喷油泵回油孔式,回油阀式的三种油量调节方法和特点.6.熟悉电子控制喷射系统与供油定时自动调节装置.7.掌握喷油器的工作原理,结构形式.8.掌握燃油的喷射过程和影响喷油规律的主要因素.9.熟悉喷油泵,喷油器的故障和维护管理.10.掌握喷油泵的检查与调整方法.11.熟悉喷油器的检查与调整方法.12.了解低值燃油使用.重点难点:1.回油孔式,回油阀式喷油泵工作原理,结构形式.2.喷油泵的油量和定时调节方法.3.燃油的喷射过程和影响喷油规律的主要因素3.喷油泵的检查与调整方法.教学时数:10学时教学方法:现场和多媒体讲授课外思考题:1.燃油系统由哪些设备组成 其工作线路如何 2.燃油喷射系统的要求.3.单体泵包括哪些机构 它们在装配上有些什么要求 4.燃油泵的供油量大小调节,定时调节在套筒和柱塞工作上的体现是什么 5.三种油量调节方式供油特点是什么 用在什么类型柴油机上 6.喷油器主要的元件是哪些 它们各有什么作用 7.喷油泵,喷油器的故障有哪些 对柴油机工作影响和维护方法.8.喷油泵进行哪些检查和调整 9.喷射过程的三个阶段和特征.10.柴油机负荷,转速以对喷油规律的影响.课题四 燃油系统第一节 船用燃油简介一,燃油的理化性能指标柴油机的燃油主要分轻柴油,重柴油,船用燃料油(重油),内燃机燃料油,主要来自于石油产品.石油是多种有机化学物组成的极为复杂的混合物,所含元素主要是碳约占石油重量的83-87%左右,氢约占石油重量的11-14%左右,也含有少量的氮,氧,硫及金属混合物.碳氢化合物简称烃,故石油是烃类的混合物.燃油中所含的烃往往不同,根据其分子结构燃油中的烃可分为三类:脂肪烃:一种链状结构的饱和烃.含脂肪烃多的燃油容易燃烧,自燃温度低,自燃性好.环烷烃:一种环状结构的饱和烃.由于此烃呈环状结构,使其自燃性较脂肪烃差,自燃温度也较高.芳香烃:也是一种环状结构的烃,但它们都是以苯核作为基础的,故其自燃性较差,自燃温度最高.且燃烧中容易积碳,不宜用作柴油机燃料.燃油的质量是以其理化性能指标来衡量的.根据其对柴油机工作的影响,这些指标大致可分为三类:影响燃油燃烧性能的指标:十六烷值,馏程,粘度和发热值;影响燃烧产物成分的指标:硫分,灰分,钠的含量和残炭值;影响燃油系统管理工作的指标:闪点,密度,凝点,浊点,机械杂质等.1.十六烷值柴油的自燃性用十六烷值衡量.其值越高,燃油的自燃性能越好.柴油机的类型不同,对十六烷值的要求也不同.十六烷值过高,燃油容易发生高温裂化而生成游离碳,使柴油机冒黑烟,并使燃油费用增加;十六烷值过低,也会使燃烧粗暴,不易起动,低负荷运转不好.高速柴油机由于燃烧过程时间极短,对燃油的自燃性能要求较高,所用燃油的十六烷值在4060之间;中,低速柴油机燃烧时间较高速柴油机长,其十六烷值分别为3550之间,柴油机对十六烷值的要求比较宽.实际使用中,燃油的十六烷值达到最低要求即可应用,不必使用过高的十六烷值.实际中,一般燃油都能满足中,低速机燃烧的要求,特别是低速机.因此除轻柴油外,重柴油,燃料油在燃油规格中均不对十六烷值做出规定.2.馏程馏程表示在某一温度下所能蒸发掉的百分数,它是燃油的蒸发性指标.品质好的燃油应是在250350之间的中馏分最多,且馏分组成的温度范围较窄为好.3.粘度粘度是表示燃油自身流动时的内阻力,它是燃油最重要的特性之一.粘度过大使雾化不良,流动和过滤困难;粘度过小,则会引起喷油泵柱塞偶件及喷油器针阀偶件因润滑不良易于磨损.柴油的粘度有几种单位,我国和欧洲一些国家使用恩氏粘度和运动粘度单位,英,美等国则使用雷氏粘度和赛氏粘度单位.国际标准化组织(ISO)决定以运动粘度作为世界各国通用的标准粘度单位.4.热值1千克燃油完全燃烧时所放出的热量称为燃油的热值或发热量.其国际单位是kJ/kg,工程单位是kcal/kg.不计入燃烧产物中水蒸汽的汽化潜热的热值称为低热值,用Hu表示.轻柴油的标准热值为Hu=42700kJ/kg,重油的标准热值为Hu=42000kJ/kg,ISO规定的标准为Hu=42707kJ/kg.5.硫分硫分是指燃油中所含硫的重量百分数.燃油中的硫是以硫化物的形成存在,对燃油系统的管道,容器及喷射设备产生腐蚀;硫的燃烧产物易对缸套产生低温腐蚀,且有促进生成结炭的作用,使气缸中结炭既多且硬,不易除去.6.灰分燃油的灰分为油溶性有机酸和无机酸盐类以及不燃烧的机械杂质所占的重量百分数.灰分中含有各种金属氧化物,易使燃烧室部件发生高温腐蚀和腐料磨损.7.残炭值和沥青分残炭值是指燃油在规定试验条件下加热干馏最后剩下的残留焦炭占试验油重量的百分数.它表示燃油在燃烧过程中形成炭渣的倾向.气缸内结炭使热阻增大,引起过热和磨损,严重时造成柴油机部件损坏.沥青分表示沥青占燃油重量的百分数.沥青很难燃烧,容易在气缸中及喷油器喷孔外形成积炭,使雾化变差,致使排气冒黑烟.同时在正常分油温度下,沥青悬浮于油中不易分离.8.钒钠含量燃油中所含钒,钠等金属占重量的百分数,用ppm表示.钒,钠燃烧后生成低熔点的化合物,产生高温腐蚀.9.闪点燃油蒸气与空气的混合气同火焰接触而闪火的最低温度称为燃油的闪点.船用燃油闪点应不低于65,重质燃油闪点高于轻质燃油.倾倒燃油或敞开燃油容器应在低于闪点17的环境温度下进行,以确保安全,防火,防爆.10.密度燃油的密度是20时的燃油重量与4时同体积水的重量之比,单位是kg/m3.密度对燃油的管理有很大的意义.根据密度和油舱容积可以计算燃油的装载量;一般分油机只能净化密度小于0.98的燃油;喷油泵的喷油量是以容积为基础的,更换不同密度的燃油时,应适当调整喷油泵的油量调节机构.11.浊点和凝点燃油冷却到停止流动时的最高温度称为凝点.燃油在标准条件下冷却至开始呈现混浊时的温度称为浊点.一般燃油的浊点高于凝点8.5.当燃油的温度低于浊点温度时,从燃油中析出的石蜡结晶将使滤器堵塞,供油中断.从使用的角度看,浊点比凝点重要.燃油的浊点至少应比使用温度低35.12.机械杂质和水分燃油中所含不溶于汽油或苯的固体颗粒或沉淀物的重量百分数称为机械杂质.燃油中的机械杂质不能燃烧,容易造成供油管路,滤器,和喷油器喷孔堵塞,并使喷油泵和喷油器产生严重磨损.燃油中的水分以容积的百分数表示.水分会降低燃油的热值,并破坏正常的发火.二,柴油机使用的燃油1.国产柴油机燃油的规格与选用1)轻柴油按凝点不同分为10号,0号,-10号,-20号及-35号五个等级,也就是它们的凝点分别高于10,0,-20,-35.选用轻柴油要根据当地冬天最低环境温度而定,一般最低环境温度应高出凝点温度5以上.轻柴油是质量最好,价格最贵的柴油机燃料,适用于高,中速大功率柴油机.救生艇柴油机一般选用-10号轻柴油,应急发电柴油机和高速发电柴油机可用0号轻柴油.2)重柴油按凝点不同分为10号,20号及30号三个牌号,其代号分别为RC10,RC20和RC30.重柴油的主要特点是凝点高.使用重柴油的柴油机应有完善的的预热设备,低速及民用中速大功率柴油机,由于考虑经济性问题,一般都燃用价格低廉的重柴油.般,10号重柴油适用于500l 000r/min的中速机,20号重柴油适用于300700r/min的柴油机,而30号重柴油适用于300r/min 左右的柴油机.3)重油(燃料油)按80时的运动粘度分为20,60,100及200四个牌号,可供船舶锅炉使用.4)内燃机燃料油内燃机燃料油由渣油,重油与重柴油调制而成,专供远洋船舶使用,目前尚无国家标准.在船舶柴油机的使用说明书中,都规定了所用燃油的品种.补充燃油时应注意其性能要与说明书中的规定相符,选择燃油时,应首先注意看粘度是否合适,再看硫分高低,以判断和润滑油的碱性是否匹配,再看密度,沥青分,钒钠含量等指标.2.国外燃油的规格与选用国外船用燃油基本上分为四类:1)轻柴油(MGO):相当于国产轻柴油(-35号),常用于救生艇柴油机和应急发电柴油机. 2)船用柴油(MDO):相当于国产20号重柴油,常用作发电柴油机和柴油主机机动操纵时的燃料.3)中间燃料油(IFO):由渣油与柴油调制而成的掺合油,根据对粘度的不同要求决定两者的混兑比例,主要用作各类大功率中速机及低速机.4)船用燃料油(MFO):也叫C级锅炉油,主要用于锅炉,也可以用于最新型的大功率中速柴油机和大型低速柴油机.第二节 燃油系统的组成,功用和要求一,燃油系统的功用和组成功用:将一定数量的洁净燃油,以足够的压力,按照严格的喷油定时,在规定的时间内以良好的雾化状态喷入气缸,与燃烧室内的压缩空气相混合形成均匀的可燃混合气.燃油系统工作性能的好坏,将直接影响气缸内燃油的燃烧质量,直接影响柴油机的经济性和动力性.燃油系统包括供应和喷射两个系统.供应系统一般由日用油柜,输油泵,燃油滤清器和低压管路等组成,用来向喷射系统提供充足,清洁的燃油.喷射系统由喷油泵,高压油管和喷油器组成,用来定时,定量,定压地向气缸内喷入雾化良好的燃油.复习:柴油机拆装实习所用的4015小型高速柴油机的燃油系统:日用油柜输油泵燃油滤清器喷油泵高压油管喷油器.供给喷油泵多余的燃油流回输油泵进口端.从喷油器泄漏的燃油沿回油管5流回日用油柜.图4-2是6250C型柴油机燃油系统.图4-2 6250C型柴油机燃油系统二,对喷射系统的要求1.良好的雾化状态喷入气缸的燃油必须雾化良好,油滴细小均匀,具有足够的穿透力,且与燃烧室形状相配合;在喷射开始和结束时要干脆利落,不得有滴油现象.燃油的雾化程度取决于喷油压力和喷孔直径等因素.不同类型的柴油机对燃油雾化质量要求不同.直接喷射式燃烧室对燃油雾化质量要求较高;分隔式燃烧室对燃油雾化质量要求较低;高速机燃烧时间短要求雾化质量较高;低速机对燃油雾化质量要求稍低.2.正确的喷油定时燃油要在规定的喷油始点和喷油持续角内喷入气缸.包括准确的喷油提前角及适当的持续时间,以及各缸的一致性.不同时刻的供油量应符合燃烧规律的要求,故要求柴油机各缸喷油正时能单独调节.3.可以调节的供油量喷油泵应能根据柴油机负荷的变化调节供油量(总调),各缸的喷油量应均等(分调).第三节 供油系统设备一,日用燃油柜按所装燃油品种不同,可分为重油日用油柜和柴油日用油柜.按其供给对象不同,又分为主机日用油柜和辅机日用油柜.日用燃油柜专供柴油机日常用油,如图4-3所示.输油泵将油舱或沉淀柜中的燃油经进油管口1驳入日用油柜.溢流管5将因油柜驳满外溢的燃油引流回沉淀柜.透气管2用来防止在装注或吸排燃油时,油柜内产生真空或气垫.在易于观察的地方装有液面管(油位指示器3).日用油柜一般设置在机舱内较高位置处,打开出油阀6,燃油在重力作用下向柴油机喷射系统供油.二,输油泵1.功用和要求功用:将日用油柜中的燃油以一定的压力和流量输送给喷油泵.对输油泵的要求如下:1)油泵的压力要适当.2)供油量要充足.3)工作可靠.大,中型柴油机的输油泵常用齿轮泵和叶片泵,小型柴油机则用活塞泵.大型柴油机的输油泵常由专设的电动机驱动,中,小型柴油机的输油泵则常由柴油机直接驱动.2.活塞式输油泵 该泵可现场拆卸讲解工作原理:偏心轮由喷油泵凸轮轴驱动旋转.当顶杆和活塞在弹簧的作用下,以偏心轮控制的最低位置上行至最高位置过程中,活塞上腔的燃油被排挤出去,出油侧单向阀关闭,燃油被送至燃油滤清器;同时活塞下腔产生真空,进油侧单向阀被打开,从日用油柜吸入燃油.偏心轮继续转动,在活塞由最高位置下行至最低位置的全行程中,单向阀关闭,单向阀开启,下油腔的油排入上油腔.如此循环,输油泵将燃油不断地吸入排出.若下油腔排出的油量多于上油腔吸入的油量,则在活塞下行行程也向外输油,使输油连续和比较均匀.这种输油泵能够按需要自动改变输油量.当柴油机的负荷减少时,喷油量随之减少,下油腔的油不能全部排除,活塞下行到一定距离就被柴油托住而停止,顶杆在顶杆弹簧的作用下继续下移而与活塞脱开.这样,顶杆在凸轮作用下仍然照常动作,但活塞行程减短,输油量减少,适应了喷油时减少的需要,因此,活塞式输油泵不设置安全阀.三,燃油滤清器燃油滤清器用来滤除燃油中的杂质.滤清器有多种型式,按其过滤能力不同分为粗滤器,细滤器和高压滤器三种.粗,精滤器的区别在于滤芯.常用的滤芯形式有表面式和缝隙式两种.因此,船用滤清器多做成双联式,用三通旋塞控制交替使用.表面式的滤清器常用作粗滤器.图4-5所示为圆筒形金属网式粗滤器.若在滤芯的金属骨架上套上棉纱或毛毡等滤芯材料,即可成为细滤器.还有采用纸质和粉末冶金滤芯的,如图4-6所示.这种滤芯孔隙分布均匀,有良好的渗透性,过滤精度高,性能稳定,使用寿命长,经清洗后可反复使用.图4-5 金属网式粗滤器 缝隙式滤器通常由金属片制成.可做成粗滤器或细滤器,两者只是在金属片间的间隙上有所不同,如图4-7所示.高压缝隙式滤器由在喷油器高压油管接头内孔的圆柱形金属滤芯组成,如图4-8所示.滤芯的外圆表面与油管接头内孔之间保持很小的间隙,(0.04mm0.25mm),并开有相互间隔而有各自分别通向滤芯一端的纵向油槽.当高压燃油从滤芯上端的纵向油槽进入后,在流过间隙进入通往下端的纵向油槽时,便把油中的杂质阻留在上端的纵向油槽内,使进入喷油器的燃油保持清洁.重油滤清器与普通滤清器相似,也是由滤器壳及滤芯组成.不同的是,在重油滤清器的壳体中,设有蒸汽加热腔,以降低重油的粘度,减小滤器的阻力,避免滤器处压力过大,保证重油能顺利清除杂质.重油滤器多有四组滤芯,滤器设有旋转阀用来转换滤芯使用.各组滤器腔室均设有安全阀,当压力超过一定值时,安全阀开启,保证滤器安全工作.第四节 回油孔调节式喷油泵功用:在柴油机工作时使燃油产生高压,并按照发火顺序和负荷大小,将燃油定时,定量地送到喷油器喷入气缸.喷油泵都采用柱塞式的结构,产生高压,流量不受压力的影响.根据喷油器的油量调节机构形式不同,它可以分为回油孔调节式和回油阀调节式两大类.前者在沿海及内河船舶上各类中小型柴油机上获得广泛使用,后者只要用于大型柴油机.回油孔式喷油泵又称波许泵(Bosch).根据其结构可分为单体泵和组合式两种.前者用于大,中型柴油机,后者用于多缸柴油机.一,单体泵的结构(图4-9)1.柱塞与套筒套筒2置于泵体4内,由排油阀3和出油接头5压紧定位.套筒上部对径方向钻有两个孔,左侧的圆形孔为进油孔,右侧的孔为回油孔.进回油孔使套筒外部的低压贮油室与套筒内腔连通.回油孔外表面呈腰圆形,由定位螺钉8周向定位.定位后回油孔仍能进回油,但套筒不能转动,以防套筒转动时引起混乱.安装时,切记不能将两孔装反,若得螺钉堵住圆形进油孔,会造成油量调节机构失效.柱塞的上部柱面开有直槽a,斜槽b和环形槽c,如图4-10所示.这些槽道与套筒上回油孔相配合,用来控制柱塞的有效行程,以获得不同的供油量.图4-9 回油孔调节式喷油泵1-柱塞;2-套筒;3-排油阀座;4-喷油泵本体;5-出油管接头;6-排油阀弹簧;7-排油阀8-定位螺钉;9-调节齿套;10-小齿轮;11-弹簧上座;12-弹簧;13-导程筒;14-弹簧下座;15-卡簧;16-导销;17-放气螺钉;18-进油管接头;19-调节齿条;20-观察窗孔;21-指示片2.油量调节机构(图4-11) 组成:齿套和调节齿条.齿套滑套在套筒的下部,齿套下部对径方向开有切槽,柱塞中下部的横销d按对中记号滑嵌其中并能上下移动.调节齿套的上部紧固着小齿轮10(又称齿圈)与调节齿条相啮合.导销16插入齿条背部的长槽内起导向作用,以防止齿条歪斜与齿圈卡住.拉动齿条,调节齿套随之转动并带动柱塞相对于套筒转动.当齿条位置一定时,柱塞斜槽边与回油的相对位置也就确定,即柱塞的有效行程和供油量也就确定了.安装时,应确保齿套上的齿圈与齿条按标记对正啮合,否则会造成各缸供油量不一致.图4-10 柱塞与套筒 图4-11 齿条式油量调节机构3.柱塞弹簧组件组成:上,下弹簧座11,14,弹簧12,导程筒13和卡簧15.弹簧上座滑套在齿套上,带有切槽的弹簧下座装于柱塞下端凸圆台上.弹簧上,下座应能保持柱塞弹簧的轴线正确,弹簧张力使弹簧上座紧靠本体,并通过弹簧下座使柱塞下行.导程筒13从柱塞下端向上装入本体4内,与下弹簧座相接触.并与柱塞下端凸圆台间留有间隙,以保证柱塞能在上下运动的同时,可按油量调节的需要灵活转动.导程筒对柱塞和弹簧起导向持中作用.其下端的两个孔在安装时插入销子,防止柱塞转动,使柱塞横销容易按标记装入齿套切槽.卡簧15对导程筒起限位作用,使整个油泵形成一个独立的组件,可防止拆卸或搬运喷油泵时柱塞和弹簧组件脱落.4.排油阀(出油阀)偶件作用:控制高压燃油排出的单向阀.组成:排油阀座,排油阀,排油阀弹簧,出油管接头,密封垫圈.排油阀偶件如图4-12所示.当排油阀下降减压凸缘高度h时,给高压油管让出了1/4d2h,即相当于高压油管增大了一个卸载容积,使管中燃油压力因容积增大而迅速降低,加速喷油器针阀的关闭.综上所述,排油阀的作用有: (1)蓄压作用:出油阀升至h后真正开始供油,使初始压力高(弹簧力+高压剩余力+h行程升力).(2)止回作用:防止高压油管中燃油的倒流,能缩短喷射延迟阶段,并有利于排除喷油系统的空气.(3)卸载容积用作用:控制喷射过程结束后高压油管中的残余压力,断落有助于消除高压油管残余压力过高而引起的重复喷射和燃油滴油现象.1)等容卸载排油阀(图4-12)使用最多的一种排油阀,在柴油机任何转速工况下,其卸载容积都不变.等容卸载排油阀易在颈部断裂,如果导向孔间隙夹有杂质,减压凸缘易被卡在导向孔内;排油阀落座过程中,高压油管中空出的卸载容积会使燃油压力急剧下降,导致喷油器针阀下降速度过大.图4-13 杯式等容卸载排油阀图4-13所示为杯式等容卸载排油阀,可以避免上述缺点.排油阀下降一个距离E后落座,为高压油管让出了1/4d2E的等容卸载容积,供燃油膨胀卸载,避免了喷油器出现重复喷射及滴油等现象.2)等压卸载排油阀(图4-14)等压卸载排油阀在增压高速大功率柴油机上使用较多.随着柴油机增压压力和单缸功率的不断增加,每循环喷油泵的供油量增大,为了降低高压油管中的残余压力,排油阀的卸载容积必须随之增大.但过大的卸载容积易在高压油管系统中产生零压,负压或气泡,导致油管穴蚀.在喷油泵供油期间,燃油压力将排油阀顶起,燃油进入高压油管.当供油结束排油阀落座后,如果高压油管中残余压力过高,卸载阀将在高压油管残余压力的作用下克服卸载弹簧的张力和泵油腔燃油压力的共同作用而下行开启,使燃油流回泵油腔,至一定残余压力后,由卸载阀弹簧将卸载关闭,使高压油管中保持了一定的残余压力,可以避免高压油管内产生空泡和穴蚀以及重复喷射.还有一种球形等压卸载排油阀.其不同之处在于这种阀的卸载阀为球形.5.喷油泵传动机构(图4-15)组成:凸轮轴,凸轮,滚轮,顶头,顶头调节螺钉和锁紧螺母等组成.功用:是驱动柱塞上行压油.柱塞的下行吸油则是靠柱塞弹簧弹力来完成的.喷油泵的供油提前角是指柱塞上行关闭回油孔开始供油时,该缸曲柄距上止点的相应转角.这一角度的大小,主要取决于凸轮在凸轮轴圆周方向的安装位置,传动齿轮(或链条链轮)的安装情况,泵座垫片厚度和调节螺钉的旋出高度等.此外,柱塞下端与导程筒之间的间隙,弹簧下座与柱塞下端面之间,导程筒与调节螺钉之间,凸轮与顶头滚轮之间,凸轮轴与轴瓦之间的磨损等也都影响供油提前角.调节螺钉主要用来调整柱塞前导程,也可用以微量调节供油提前角,以补偿喷油泵各零件在制造,安装及磨损造成的差异,确保供油提前角相同.但应注意,切勿使顶头的高度增加过大,否则柱塞上行时会撞击到排油阀座造成损坏.二,组合式喷油泵的结构以柴油机拆装的4105柴油机组合式喷油泵为例.组合式喷油泵是将各缸的单体泵集中安装在一个泵体内,其喷油凸轮也安装在一根凸轮轴上.各分泵按编号用高压油管与对应缸的喷油器相连.组合泵多用于小型多缸柴油机上.其结构和工作原理与单体泵基本相同.泵体由上体和下体通过双头螺栓连接构成.油泵上体有一贮油室与各分泵套筒的进回油孔相通.其左端进油管螺钉与输油泵输出管路相连;右端装有溢油阀部件.油量调节机构采用拨叉式,当供油量及各缸供油量不均匀时,可以用改变调节叉.在拉杆上的位置进行调整.下泵体内装有凸轮轴和滚轮体部件.组合泵的供油提前角由传动齿轮的安装啮合标记和可调联轴器来保证.若各分泵供油定时不合规定,则可以选择适当厚度的垫块来给予适当调节.三,回油孔调节式喷油泵工作原理1.吸排原理(图4-18)图4-18 回油孔或喷油泵工作原理1)进油:由下死点到关闭回油孔前导程,由图a)到图b);2)供油:由关闭进回油孔到回油孔开启有效导程,由图b)到图c);3)回油:由回油孔开启到上死点后导程,由图c)到图d);4)停油:直槽对回油孔,如图e)所示;5)中间供油:从上往下看顺时针转柱塞到供油量增大,反之下降到停油,调节范围小于180 ,如图f)所示;6)最大供油量:直槽不对进油孔,最长边对进油孔直槽稍过进油孔,如图g)所示.2.供油过程的调节原理柱塞的斜槽边与套筒回油孔的相对位置,决定着柱塞有效行程的长短,即决定着喷油泵的供油量.转动柱塞就改变了柱塞斜槽边和回油孔的相对位置,也就改变了柱塞的有效行程,即决定了供油始点及时间,其有效行程大,供油量大.供油时间取决于柱塞上下关闭进回油孔时间.归纳:供油量大小调节为转动柱塞齿条和拔叉式调节;正时调节移动柱塞上下位置曲轴与凸轮相对位置.3.三种油量调节方式(图4-19)油泵的供油量决定于供油的始,终点.供油始点取决于柱塞上端面遮闭回油孔的时刻;终点则取决于柱塞斜槽边开启回油孔的时刻.图4-18中的柱塞无论怎样转动,其供油始点都不变,供油量通过改变供油的终点来调节.图4-19 三种油量调节方式及其柱塞头部结构a-凸轮升程曲线;b-供油曲柄转角;c-柱塞头部1)终点调节式:终点调节式喷油泵柱塞头部为平顶,斜槽在下面.供油始点不变,而供油终点则随供油量而延后.这种调节方式适用于转速不变的发电柴油机.2)始点调节式:柱塞斜槽在上面.但供油始点随供油量的增加而提前,即供油提前角增大.这种调节方式适用于转速经常变化的船舶主机.3)始终点调节式:柱塞头部上,下各有一个螺旋斜槽.始点和终点都随供油量的变化而改变.供油量减小,始点迟后,终点提前;供油量增大,始点提前,终点迟后.这种调节方式适用于高增压船舶主机.归纳:三种不同的调节方式取决于柱塞结构斜槽上下的差异.调节方式:在采用单体式喷油泵的多缸柴油机上,各喷油泵的油量调节齿条都连接在一根共同的油量调节杆上,通过操纵台上的油量手柄控制供油量.拉动油量手柄,各缸喷油泵的供油量同时改变,实现了柴油机的油量总调.为保证各缸喷油泵的供油量相同,一般在各喷油泵调节齿条和油量调节杆的连接处装有调节螺钉.旋转调节螺钉就能对某缸的供油量进行单独的增减调节以及前面介绍微调方式;组合泵则调节齿圈位置或拔叉在调油杆上的位置.第五节 回油阀调节式喷油泵的工作原理特点:柱塞上没有直槽与斜槽,但具有进,回油阀机构.供油量是靠进,回油阀启,闭的早晚来改变的.以图4-20为为例讲解回油阀式的喷油泵结构和工作原理.一,吸排油原理1)当滚轮2位于凸轮l的基圆上时,柱塞3被柱塞弹簧4压在最低位置.以偏心轴11为支点的摆杆10的右端处于最高位置,进(回)油阀7被顶杆8顶起在最高位置,燃油经进油阀进入泵腔.2)当柱塞3被凸轮1顶动从最低位置上行时,顶杆8和进油阀7则在各自弹簧作用下随之下行,泵腔容积逐渐减小,部分燃油从尚未关闭的进油阀回流到低压油腔,直至顶杆8与进油阀7脱离接触,回油阀关闭.这是该喷油泵的几何供油始点.柱塞继续上行,当油压大于高压油管内的残余压力和排油阀弹簧张力之和时,排油阀6被打开,燃油进入高压油管流向喷油器.3)柱塞上行至最高位置,泵油腔内油压不再升高,排油阀6自行关闭,供油结束.此时,摆杆10右端处于最低位置,在顶杆8和回油阀7之间出现间隙.4)当燃油凸轮转过最高点后,柱塞3受其弹簧的作用而下行,泵腔容积增大,油压降低,当进油阀7被顶杆8顶开时,又开始了下一个吸油行程.燃油经开启着的进油阀7进入泵腔,直到柱塞3到达行程的最低位置. 归纳:进油阀关闭:供油开始时,可由调节螺钉调节顶杆长度.增长供油开始延后,间隙小;减短供油开始提前,间隙大.进油阀和顶杆之间间隙反映了柱塞的有效行程.从阀开始有间隙到最大间隙是柱塞某一上升位置到上死点.间隙大,供油终点不变,供油始点提前,柱塞有效行程长,供油量大,当凸轮在最高位置时调节.二,供油过程的油量调节1)图a):当柱塞3位于最高位置时,进油阀7和顶杆8之间出现间隙.这一间隙的大小反映了柱塞3的有效行程的长短,即反映了供油量的大小.间隙大,柱塞上行压油时顶杆8与进油阀7脱离早,进油阀关闭早,柱塞供油始点提前,柱塞有效行程长,喷油泵供油量大. 2)图b):当柱塞3位于最低位置时,顶杆8也处于最低位置,进油阀处于关闭状态,在顶杆与进油阀之间有一间隙.间隙大,顶杆8顶开进油阀的时刻晚,柱塞有效行程长,供油量大.归纳:顶杆和进油阀之间的间隙的大小,反映了喷油泵供油量的大小.间隙和柱塞有效行程的关系还取决于摆杆支点的位置,该支点的位置由偏心轴调节.调节此间隙的大小就可以改变喷油泵的供油量.回油阀式喷油泵供油量的调节方法:转动偏心轴11改变顶杆与进油阀之间的间隙来调节供油量,即总调;转动调节螺钉9,改变顶杆与进油阀的间隙,即各缸的单调.三,三种油量调节方式图4-20 回油阀调节式喷油泵的工作原理1)始点调节式(图a):其柱塞与顶杆位于偏心轴的两侧.供油终点不变,供油始点随有效行程的增大而提前.供油量大,喷油提前角亦随之增大.2)终点调节式(图b):柱塞与顶杆在偏心轴的同侧.供油始点不变,供油终点取决于顶杆与进油阀间隙的大小.间隙大,进油阀开启的时刻晚,柱塞有效行程长,供油终点后延,供油量大.3)始终点调节式(图c):它有两个进(回)油阀,两个顶杆和两个调节螺钉,分别布置在偏心轴的两侧.左侧的进油阀控制着供油终点,右侧的进油阀控制着供油始点.供油始终点都随柱塞的有效行程的变化而改变.间隙大,右侧进油阀关闭早,左侧进油阀开启晚,柱塞有效行程大,供油量大,供油始点提前(供油提前角增大)而供油终点则延迟.回油阀调节式喷油泵结构比较复杂,管理也较麻烦.但它的柱塞与套筒有较好的密封性,能保证较高的喷射压力,且磨损均匀,使用寿命长,因而在大型柴油机上获得广泛的应用.第六节 电子控制喷射系统与供油定时自动调节装置一,电子控制喷射系统简介特点:对喷油定时,喷油量和喷射率在内的喷油规律实行的最优控制,来完善柴油机的燃烧,使柴油机具有较好的经济性能和较低的废气排放,达到优化运行.电子控制喷射系统与机械喷射系统相比较,具有以下优点:1)无论喷油泵输出如何,都能改变供油定时,喷射持续时间和喷射压力来获得最佳喷射.2)在燃用劣质燃油时仍能保证最佳喷射和燃烧.3)能适应各种运行条件.而且由于改善并实现了更完全的燃烧,使环境污染减轻.4)能适应迅速改变功率和转速的要求.在最小到最大负荷之间,任何工况都可以获得最佳喷射.降低了燃油消耗率,特别是使低负荷时的燃油消耗率得到显著降低.改善了柴油机的加速性能.最低稳定转速由目前的1/4额定转速降至为1/6额定转速.5)对于二冲程柴油机,可省去传统的凸轮轴传动机构,燃油凸轮轴,单体式喷油泵和传动箱.同时采用微处理机执行机构的控制,起动系统得以简化.6)采用电子控制喷射系统的二冲程柴油机,只采用一种型号燃油高压泵,并可根据柴油机型号和缸数选用两只或多只燃油高压泵,但并非一缸一泵.燃油高压泵通常布置在推力轴承上方,由单级齿轮传动或用电动机驱动.要获得以上优点,本质上是保证喷射适时,并且喷射特性与燃油高压泵无关.在喷射过程中,喷射压力基本保持一定,喷射压力的高低也与功率相适应.一般电子控制喷射系统是以蓄压式喷射系统为基础的.图4-21为电子控制的蓄压式喷射系统原理图.从油箱l0来的燃油经滤清器9进入燃油高压泵8.燃油高压泵由可变速电动机驱动,它是由计算器发出的信号来调节的.油泵出来的高压油进入蓄压器7,蓄压器容积与柴油机工作循环喷油量之比为400:1,以保证在喷射持续期间喷孔处的喷射压力基本不变.蓄压器中压力有高压油路4和压力调节器6来控制.柴油机在运行中油路系统始终充满高压油.传感器3由柴油机凸轮轴驱动,根据运转中温度,压力,转速和机械位置等变化,将信号转换给计算机2,计算机经分析后再发出信号给动作转换器,用以控制电磁喷油器1的工作.喷油定时和喷油器等最后通过电磁喷油器加以控制.因此,喷油器性能对整个系统有很大的影响.特别是在高转速时,喷油持续时间短,故要求电磁喷油器动作迅速.二,供油定时自动调节装置(V.I.T.机构)传统高压油泵调整参数以额定工况确定,因而部分负荷不能实现最佳参数配合.在当代新型船用低速二冲程柴油机的喷油泵上都带有可变供油正时机构(简称V.I.T机构).V.I.T机构可以在柴油机外界负荷变化时,使喷油泵的供油提前角随供油量的变化而改变,提高了柴油机在部分负荷运行时的最高爆发压力,改善了在部分负荷运行时的经济性能.当柴油机在高负荷运行时,又能控制最高爆发压力,使之不超过标定值.1.MAN-B&W公司L-MC/MCE型柴油机的V.I.T机构图4-22所示为该机型的V.I.T机构.该油泵有两条齿条,一根是燃油量调节齿条,能转动柱塞改变供油量;另一根是喷油正时调节齿条,能使套筒升降改变供油定时.位置侍服器为气动执行元件,其活塞杆通过定时调节杆与正时调节齿条相接.控制信号来自位置传感器.位置传感器由调速器的调速轴控制.当负荷变化时,调速器的调速轴在改变供油量的同时通过杠杆改变位置传感器的控制空气压力的变化可以改变位置伺服器的活塞位置,从而拉动供油正时调节齿条并通过齿套螺母使套筒在泵体内升降,达到改变供油正时的目的.这种V.I.T机构的调节特性为当柴油机在50%标定功率以下时,当负荷处于50%78%标定功率范围内,供油提前角随负荷的增大而增大,爆发压力也随之逐渐增高至最大值;当负荷在78%100%标定功率时,供油提前角将随负荷增大而减小,以保持爆发压力不变.2.柱塞斜槽采用特殊线型在回油孔式喷油泵上,可以利用几段不同斜度的线段构成特殊线型的柱塞斜槽边在改变供油量的同时自动调节供油定时.这种方法结构简单,只要更换柱塞套筒偶件即可.但对斜槽的线型进行优化设计和特殊的加工.第七节 喷油器一,喷油器的结构形式现代柴油机广泛采用液压启阀式(又称闭式)喷油器,按喷孔数目不同,又可分为多孔式和单孔式两种.1.闭式喷油器结构及工作原理(图4-23)组成:本体4,精密偶件针阀1和针阀体2,推杆13,弹簧下座12,弹簧11,弹簧上座9,调压螺钉8,锁紧螺母10以及高压滤器15,进油管接头等.图4-23 135型柴油机喷油器针阀体中空部分为贮油腔,喷油嘴均布着4个直径为0.35mm的喷孔,喷射锥角150.针阀体顶部有环形槽,为保证密封,此面与本体下端面精细研磨配合.针阀体内有斜孔将环形槽与贮油腔相通.针阀与针阀体精密配合,允许有少量燃油经针阀体的导向部间隙回流,以润滑和冷却针阀偶件.调压弹簧通过推杆将预紧力传至针阀,将针阀紧压在阀座上.弹簧的弹力可由调压螺钉控制,并用锁紧螺母锁紧.针阀尾柄插入推杆底部中孔,针阀升程受到本体端面限制,正常值为0.45mm.高压燃油自进油管接头经本体内孔进入贮油腔作用在针阀的锥面上,克服弹簧的预紧力将针阀抬起.当针阀一离开阀座,其承压面突然增大,使针阀快速升起,减小了节流损失,使燃油果断地经喷孔喷入气缸.喷油泵停止供油后,贮油腔油压突然降低,针阀在弹簧的作用下迅速关闭,喷油便断然停止.此时,针阀把高压油空间与燃烧室隔开,所以把这种喷油器称为闭式喷油器.燃油抬起针阀的最低压力叫启阀压力. 2.喷油嘴结构形式1)单孔式喷油嘴(图4-24a)喷孔在喷油嘴中央,孔径最小为0.2mm,供油量大的孔径也增加.孔内座面与针阀的密封锥角为5060.燃油雾化锥角随孔的直径及长度而变化通常在515之间.这种喷油嘴由于孔径大不易堵塞,喷出的油束穿透力强,雾化油粒较大.这种喷油嘴多用于采用分隔式燃烧室的小型柴油机.2)多孔式喷油嘴(图4-24b)喷孔数目412个,孔径0.15mm1.Omm.雾化油粒匀细,分布较均匀,因孔径较小喷孔容易堵塞,适用于直接喷射式燃烧室.3)轴针式喷油嘴(图4-24c)在针阀下端有一小轴针,插入喷孔中,轴针有圆柱形和锥形两种.喷出的油束成空心柱状或空心锥状.这种喷油嘴不易产生积炭堵塞等故障.常应用于采用分隔式燃烧室.目前,对于强化程度较高的中,低速柴油机,大都采用冷却式喷油嘴.这种喷油嘴在针阀体内部布置有冷却液流道用以冷却,这种冷却方式也称为内部冷却.冷却液通常采用淡水或柴油.淡水导热系数大,冷却效果好.使用淡水冷却的喷油器冷却系统,是一个单独设立的冷却系统,称为喷油器冷却系统.用燃油冷却无需专门密封,系统较为简单.图4-25所示为两种常见的冷却式喷油嘴,分为钻孔冷却(图a)和冷却水套式(图)b).第八节 燃油的喷射过程和喷油规律一,燃油的喷射过程1.喷射过程图4-26为燃油喷射过程示波图.图a)为喷油泵出口压力曲线;图b)为喷油器进口压力曲线;图c)为喷油器针阀升程曲线.按过程进行的特征,喷射过程分为如下三个阶段:第一阶段:喷射延迟阶段,从柱塞将回油孔关闭的喷油泵供油始点(OH)开始,到喷油器针阀开始升起点(O)为止.喷油始点落后于供油始点的喷射延迟,是燃油的可压缩性,高压油管的弹性和高压系统的节流等方面原因造成的.对柴油机燃烧油有直接影响的是喷油提前角.但它在柴油机管理中无法直接进行检查和调节,能够进行检查和调节的是供油提前角,故习惯上常将供油提前角称为喷油提前角.高压油管愈长,直径愈大,柴油机转速愈高,针阀启阀压力愈高,则喷射延迟长.第二阶段:主要喷射阶段,从喷油器的喷油始点Ou到喷油泵停止供油点KH为止.在这一阶段中喷油器中压力较高,大部分燃油喷入气缸.此阶段的长短与柴油机的负荷有关.负荷愈大,此阶段愈长,反之则短.第三阶段:滴漏阶段,从喷油泵停止供油点KH到喷油器针阀落座Ku为止.喷油终点落后于供油终点的原因是因为:回油孔的启闭受柱塞控制,当柱塞斜槽边刚打开回油孔时,由于节流作用喷油泵供油压力并不立刻下降,在回油孔开启较大时,泵端压力才急剧下降,使喷油器端压力下降较喷油泵端迟.当喷油器端压力下降到低于针阀落座压力px时,针阀关闭,喷油才停止.喷油器中压力从最高喷射压力pmax一直下降到高压油管中的残余压力Po.由于喷油压力急剧下降,燃油雾化不良,甚至有滴漏发生.因此,应力求断油迅速,将此阶段缩短到最小程度.2.喷射过程的压力波由于压力波的存在,不但使喷油器的喷射状况和喷油泵的供油产生差异,还将引起一系列的不正常喷射,并使喷射系统的某些零件发生破坏.形成原因:在燃油喷射过程中,高压油管中瞬时最高压力一般为60MPa70MPa甚至更高,而残余压力却只有几兆帕.每一次喷射都要经过压力的巨变过程;此外,柴油机每一循环的喷油量与喷油泵排油阀至喷油器针阀的通道容积中充满的燃油量相比要少得多.这种情况下,燃油的可压缩性对喷射过程将产生很大影响;同时,高压油管具有弹性,在压力剧变的情况下,高压油管的弹性容积变化对喷射过程也将产生一定的影响.由于燃油的可压缩性及高压油管的弹性,造成喷射系统的局部压力升高,瞬时压力继续升高,都以压力波的形式以音速沿高压油管向喷油器端传播,如图4-27所示.针阀的开启,部分压力波的反射,如此反复波动又使峰值增大时,会再开启针阀,造成不正常喷射,导致喷油压力低,雾化不良.3.产生不正常喷射的原因燃油正常喷射的特征是在柴油机每一工作循环的喷油过程中针阀只启闭一次,针阀升程曲线基本为一梯形,每一循环高压油管中的残余压力也基本相同.正常喷射以外的各种喷射型式均属不正常喷射.图4-28所示为一大功率中速柴油机喷射系统的试验曲线.1)重复喷射在喷油泵供油结束后,喷油器针阀落座后再次打开喷油的现象称为重复喷射.在大型低速柴油机或高压油管较短的喷射系统中,在高转速高负荷时最容易产生,有时表现为针阀尚未完全落座又重新开启.图4-28 各种喷射形式的分布特性使喷射持续角增加,在压力较低的情况下进行的,雾化变差,甚至形成小滴,引起严重后燃,排气温度升高,机件过热,燃烧室积炭严重,排烟质量变差等不良后果.造成柴油机经济性,可靠性变差,并造成大气污染.喷油器喷孔部分堵塞,排油阀减压作用减弱,内径和长度较大或刚性较小的高压油管,都会使高压油管中的压力波动加剧,容易引起重复喷射.另外喷油器弹簧预紧力调节得过低或运转中预紧力下降,使启阀压力变低也容易引发重复喷射.喷孔直径变小,内径增加,使重复喷射界线左移,易引起重复喷射.2)断续喷射在喷油泵的一次供油期间,针阀周期性地多次开启与关闭的喷射称为断续喷射.断续喷射容易发生在柴油机低速运转时.3)不稳定喷射和隔次喷射不稳定喷射是喷油泵持续工作时各循环喷油量不均的喷射.其极端情况是喷油泵每供油两次,喷油器才喷射一次的所谓隔次喷射.这两种情况也发生在柴油机低负荷运转时,或喷油设备偶件过度磨损时,从而使柴油机转速不稳,甚至因低于最低稳定转速而停车.4.最低稳定转速在多缸柴油机中,当柴油机低速运转时,会出现各缸供油量严重不均匀现象.这主要因为:各缸喷油泵柱塞偶件,喷油器偶件的间隙和喷孔孔径间的差别;喷油泵调节杆系安装间隙的不同.在柴油机低速运行时,由于各缸喷油量很少,上述差异会对各缸喷油量产生显著影响,致使各缸喷油量显著不均匀,严重时可能个别缸不能发火,使柴油机转速不稳定,甚至自动停车.因此,任何柴油机都有一个各缸都能均匀发火燃烧的最低转速最低稳定(工作)转速.我国对船用主机的要求规定,船用低速机最低稳定转速应不高于标定转速nb的30%;中速机不高于nb 的40%;高速机应不高于nb的45%. 二,喷油规律1.供油规律和喷油规律喷油泵的单位转角供油量dgp/d随喷油泵凸轮转角(或时间t)的变化规律称为供油规律.单位转角喷入气缸的喷油量dgn/d随凸轮转角(或时间t)的变化规律称为喷油规律.供油规律和喷油规律可用曲线表示.由图4-29可见,喷油开始时刻比供油开始时刻滞后约9凸轮转角,喷油持续时间比供油持续时间延长约4凸轮转角,而且曲线形状有较大的变化.这些差异正是燃油喷射延迟的结果.直接影响燃油燃烧过程的是喷油规律,而喷油规律曲线的基本形状则是由供油规律确定的.2.影响喷油规律的因素1)凸轮外形(图4-30)在柱塞有效行程和供油始点相同情况下,凸轮外形越陡,油压上升越快,供油速度越大,喷油延迟角和喷油持续角越小;若凸轮外形较平坦,则油压上升较慢,喷油延迟角和喷油持续角将增大.合理的凸轮外形应该是:开始供油段柱塞速度较小,以减少初期喷油量;供油的中期和后期,柱塞速度和喷射压力迅速提高,供油持续时间短.这样可使柴油机运转平稳,经济性高.柴油机类型不同,所用凸轮的外形不同.凸面凸轮的外形较平,柱塞速度较低,适用于中,低速柴油机;切线凸轮外型较陡,柱塞速度较高,适用于中,高速柴油机;凹面凸轮外形更陡,柱塞速度最高,适用于高速柴油机,但因加工困难,目前应用不多.此外,还有两次喷射的双凸峰凸轮,如图4-31所示.两次喷射使柴油机运转平稳,热效率也较高.2)凸轮有效工作段有效工作段是指柱塞有效行程所对应的凸轮轮廓线.应把凸轮的有效工作段选在柱塞运动的高速部分以减少喷油持续角提高雾化质量.图4-32 中,h为柱塞升程曲线,VP柱塞速度曲线.在柱塞行程相同时,有效工作段较,段的柱塞速度低,供油持续时间长,每循环的喷油量也较少.图4-32 凸轮有效工作段的比较2)柱塞直径和喷孔直径当每循环供油量和柱塞速度不变时,柱塞直径加大,使喷油速度增大,喷油持续角减小,有利于燃烧过程在上止点后附近结束,改善了柴油机的经济性,工作粗暴.在增压柴油机中,为了增加每循环的供油量,而喷油持续时间不延长,通常加大柱塞直径.但为防止柴油机工作粗暴,应适当减小供油提前角.喷油孔的孔数不变而直径减小时,由于节流作用增强,喷油压力增加,此时雾化质量较好.但喷油持续时间增长,每度凸轮转角的燃油喷射量(喷油速率)减小.由于高压油管中的压力增加,容易产生重复喷射现象.4)高压油管尺寸油管越长,喷射延迟阶段越长,实际喷油提前角减小而喷射持续时间基本不变.因此,多缸柴油机各缸高压油管长度应相等.在各缸油管长度不一的柴油机上,为保证各缸喷油规律一致,油管较长的气缸其供油提前角应相应增大.油管内径越小,流阻越大,喷射延迟阶段愈长.5)柴油机的负荷与转速当柴油机的负荷及喷油正时不变而转速增高时,喷射延迟阶段和喷油持续角加大,单位凸轮转角的喷油量减少,如图4-33所示.当柴油机转速和喷油正时不变而增加负荷时,其喷油始点基本不变而终点后延,使喷油持续角增大.第九节 喷射系统的故障与维护管理一,喷油泵的主要故障1.穴蚀现象:零件表面出现的麻点或蜂窝状的孔群.位置:最容易发生在排油阀与阀座的密封处,柱塞斜槽上面宽度为回油孔直径的区域并与回油孔相对的泵体上.原因:空泡腐蚀.当某处油压下降到低于或等于该温度下燃油汽化压力时,该处燃油开始汽化产生汽泡,随后汽泡在正压力波的作用下破裂,激发出很强的冲击力作用在金属表面上.这样周而复始,使该处的金属表面不断剥落,形成穴蚀.2.柱塞和套筒过度磨损,拉毛,卡紧和咬死1)柱塞和套筒过度磨损与拉毛影响:密封性下降,造成柱塞偶件漏油,喷油提前角减小,喷射压力下降,雾化不良,燃烧恶化.若各缸喷油泵柱塞套筒磨损不均匀,将使各缸喷油量不均匀,引起柴油机低速运转不稳定.原因: