柴油机供给系统

第五章柴油机供给系统 主要内容 概述喷油器柱塞式喷油泵分配式喷油泵调速器辅助装置电控柴油喷射系统进 排气系统及排气净化装置 第一节概述 柴油及其使用性能柴油机混合气形成特点柴油机供给系统的功用与组成 一 柴油及其使用性能 概述石油制品 蒸馏温度200 350 轻柴油 重柴油 车用柴油机使用轻柴油轻柴油的牌号和规格柴油分成三个质量等级 优级品 一等品和合格品 每一等级又按凝点分为六个牌号 10 0 10 20 35 50 柴油的使用性能 发火性 自燃能力 用十六烷值评定 十六烷值大 发火性好 容易自然 蒸发性 蒸发汽化的能力 馏程 馏出某一百分比的温度范围 闪点馏程 50 300 馏出温度 温度越低越好 闪点 一定试验条件下 当柴油蒸气与周围空气形成的混合气接近火焰时 开始出现闪火的温度 闪点低 蒸发性好 柴油的使用性能 低温流动性 用凝点和冷滤点评定 凝点 柴油失去流动性 开始凝固时的温度 冷滤点 在特定试验条件下 在一分钟内柴油开始不能流过过滤器20mL时的最高温度粘度 稀稠度指标 与流动性有关 随温度变化 其他特性 安定性 防腐性 清洁性轻柴油的选择 按照当地当月风险率为10 的最低气温选用 二 柴油机混合气形成特点 柴油蒸发性和流动性都比汽油差 不能在气缸外部形成混合气 燃料与空气的混合是在气缸内进行的 接近压缩行程终点时 把柴油喷入气缸 受热 蒸发 扩散 与空气混合 可燃混合气形成和燃烧过程是同时 连续重叠进行 边喷射 边混合 边燃烧混合气形成的时间很短 15 35 的曲轴转角 燃烧室各处混合气成分不均匀 且随时间变化 柴油粘度大 不易挥发 必须以雾状喷入 柴油机混合气形成特点 为改善混合气 提高经济性 动力性等要求 必须要有足够的空气和柴油混合 a 1进气道 燃烧室 燃油系统要相互匹配 不同形式的燃烧室对喷油始点 喷油持续角 喷油压力 喷油规律 雾化质量及在燃烧室内的分布等都有要求燃烧室 直喷式和分隔式 直喷式燃烧室 燃烧室的容积集中于气缸之中 且其大部分集中于活塞顶上的燃烧室凹坑内 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 一部分在气缸内 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 之间用通道连通 柴油机燃烧室 直喷式 型 直喷式 球型 柴油机燃烧室 分隔式 涡流室 柴油机燃烧室 分隔式 预燃室 柴油机燃烧室 三 柴油机供给系统的功用与组成 在适当时刻 将增压的 洁净的 适量的柴油以适当的规律喷入气缸 喷油正时和喷油量与发动机工况适应 喷油压力 喷注雾化质量及其在燃烧室的分布与燃烧室类型适应 一个工作循环内 各缸均喷油一次 喷油次序与气缸工作顺序一致 根据负荷变化自动调节循环喷油量 保证发动机稳定运转 稳定怠速 限制超速 储存一定数量燃油 保证汽车的最大续驶里程 柴油机供给系统的组成 低压供油系统将过滤后的清洁燃油输入喷油泵的低压油腔 并将多供柴油和喷油器泄漏的柴油送回油箱 辅助装置 油箱 低压油管 柴油滤清器 输油泵高压喷射系统将输入的低压油加压到超过喷油器开启压力 以雾状喷入气缸 喷油泵 高压油管 喷油器自动调节系统喷油提前器 转速变化时自动调整喷油正时 调速器 根据柴油机负荷的变化 自动增减喷油泵供油量 使转速保持稳定 柴油机供给系统的组成 柱塞式喷油泵 分配式喷油泵 汽油机与柴油机的差异 1 燃料特性主要区别 2 混合气形成 燃烧及负荷调节方式的差异 3 性能的基本差别 4 结构及使用上的主要差异 汽油机与柴油机的差异 汽油粘性小 易挥发 不易自燃 易点燃柴油粘度较大 不易挥发 易自燃 传统汽油机与柴油机在混合气形成 燃烧及负荷调节方式上的差异 1 汽油机缸外预制均匀混合气 火花塞点燃燃烧 靠节气门 油门 开度变化调节混合气进气量 实现负荷 量调节 2 柴油机充入纯空气 压缩终了高压喷雾着火 进行扩散燃烧 靠调节循环喷油量进行负荷 质调节 传统汽油机与柴油机性能的基本差别 1 燃油经济性2 动力性3 有害排放量4 噪音与舒适性5 其他性能 柴油机压缩比高于汽油机 汽油机 7 10 柴油机 14 23 柴油机标定工况最低油耗普遍比汽油机低15 30 汽油机负荷 量调节 柴油车比汽油车的使用油耗普遍低25 45 传统汽油机与柴油机性能的基本差别 1 燃油经济性2 动力性3 有害排放量4 噪音与舒适性5 其他性能 汽油机油气混合均匀 空气利用完全 汽油机燃烧压力低 机件重量轻 标定工作转速高于柴油机 导致汽油机比功率 kW kg 优于柴油机 但低速转矩不如柴油机 汽油机HC CO排放大大高于柴油机 柴油机烟度 微粒排放大大高于汽油机 NOx排放属于同一量级 汽油机略高 1 燃油经济性2 动力性3 有害排放量4 噪声与舒适性5 其他性能 柴油机最高燃烧压力pmax和最高压力升高率高于汽油机 噪声大 工作较粗暴 怠速及起动噪音强 柴油机运动机件质量大 振动大 舒适性差 柴油机寿命长 易维修 柴油比汽油安全 柴油机起动性比汽油机差 汽油机的循环及各缸均匀性比柴油机差 传统汽油机与柴油机性能的基本差别 传统汽油机与柴油机性能的基本差别 1 汽油机只适用于中小型内燃机 2 汽油机供油系统为化油器或缸外低压燃油喷射 喷压一般小于0 2 0 4MPa 柴油机采用高压燃油喷射系统 最高喷压可大于100MPa 3 汽油机增设点火系统 柴油机增设调速系统 4 柴油机已普遍采用增压装置 第二节喷油器 功用将喷油泵供给的高压柴油以雾状喷入燃烧室要求油束有一定的贯穿距离和喷雾锥角 其形状和方向与燃烧室适应 雾化质量好 喷射干脆利落 喷射结束后无滴漏现象 闭式喷油器 广泛采用组成 主要由喷油器体 调压装置 喷油嘴 针阀 针阀体偶件 分类 孔式和轴针式两种 孔式喷油器用于直喷式燃烧室 喷孔数 1 7孔径 0 2 0 5mm 见课件 孔式喷油器工作过程 喷油 停油 孔式喷油器 特点 喷孔的位置和方向与燃烧室形状相适应 以保证油雾直接喷射在球形燃烧室壁上 喷射压力较高 喷油头细长 喷孔小 加工精度高 轴针式喷油器 工作原理与孔式相同用于分隔式燃烧室 喷孔数 1孔径 1 3mm分为普通型 节流型 分流型 不喷油时针阀关闭喷孔 使高压油腔与燃烧室隔开 燃烧气体不致冲入油腔内引起积炭堵塞喷孔直径较大 便于加工且不易堵塞针阀在油压达到一定压力时开启 供油停止时 又在弹簧作用下立即关闭 因此 喷油开始和停止都干脆利落 没有滴油现象 轴针式喷油器特点 第三节柱塞式喷油泵 喷油泵功用按照柴油机的运行工况和气缸工作顺序 以一定规律适时 定量地向喷油器输送高压燃油喷油泵是柴油供给系中最重要的零件 它的性能和质量对柴油机影响极大 被称为柴油机的 心脏 多缸车用柴油机的喷油泵应满足要求 各缸供油量相等 随工况变化而变化 需供油量调节结构各缸供油提前角相等 随工况变化而变化 需喷油提前器各缸供油持续角一致迅速停止供油 以防止喷油器发生滴漏现象 柱塞式喷油泵系列 由于柴油机单缸功率变化范围大 喷油泵制造厂都是以几种不同的柱塞行程作为基础 将喷油泵分为不同型号 然后再配以不同尺寸的柱塞偶件 我国系列A B系列 基本结构相同 直列柱塞式喷油泵传统结构P系列 采用不开侧窗口的箱式封闭泵体 使喷油泵结构得到强化 A型喷油泵的结构与工作原理 A型喷油泵结构泵油机构供油量调节机构驱动机构喷油泵体 1 泵油机构 泵油机构数目与发动机缸数相等 一个气缸一个泵油机构 各缸泵油机构尺寸一样 组成 柱塞偶件 柱塞弹簧 出油阀偶件 出油阀弹簧 出油阀压紧座等两套精密偶件柱塞 柱塞套出油阀 出油阀座 泵油机构 两套精密偶件 柱塞 柱塞套配对研磨后不能互换 高精度 光洁度 耐磨性好 间隙0 0015 0 0025mm头部圆柱面上切有斜槽 径向孔 轴向孔与顶部相通 目的是改变循环供油量 柱塞套上有进回油孔 与低压油腔相通柱塞头部斜槽的位置不同 供油量也不同 出油阀 出油阀座 配对研磨后不能互换 配合间隙为0 01mm 出油阀是单向阀在弹簧作用下 阀上部圆锥面与阀座严密配合 在停供时 将高压油管与柱塞上端空腔隔绝 防止高压油管内的油倒流入喷油泵内 出油阀下部呈十字断面 导向 通柴油 减压环带 出油阀锥面下有一个小的圆柱面在供油终了时 使上方容积很快增大 高压油管内的油压迅速下降 停喷迅速 避免喷孔处产生滴油现象 2 供油量调节机构 功用 根据柴油机负荷和转速的变化相应改变喷油泵的供油量 由驾驶员直接操纵或者由调速器自动控制 结构 采用齿杆式油量调节机构 调节齿杆 调节齿圈工作可靠 传动平稳 成本较高 3 驱动机构 喷油泵凸轮轴是曲轴通过齿轮驱动的 曲轴转两圈 各缸喷油一次 凸轮轴只需转一圈就喷油一次 二者速比为2 1 4 喷油泵体 基础零件 泵油机构 供油量调节机构和驱动机构等安装在喷油泵体上 承受较大的作用力应有足够的强度 刚度和良好的密封性便于拆装 调整和维修 A型喷油泵的工作原理 运动过程泵油原理供油量的调节供油定时的调节 泵油原理 进油过程柱塞下行 上方泵腔容积增大 产生真空度 露出进油孔后 将油吸入供油过程柱塞上行 关闭进油孔后 泵腔油压骤然升高 冲开出油阀后 流向高压油管回油过程柱塞继续上行 回油孔开启后 泵腔高压油经回油孔流回低压油腔 出油阀关闭 供油结束 泵油原理 总结 柱塞行程 柱塞从下止点到上止点的距离 也即凸轮的最大升程 柱塞有效行程 柱塞顶面封闭柱塞套油孔 旋转槽打开柱塞套油孔的行程 有效行程越大 供油时间越长 供油量多 柱塞往复运动总行程L是不变的 由凸轮的升程决定 转动柱塞 改变有效行程 可改变供油量 供油量的调节 调节齿杆拉动柱塞使其转动 通过改变柱塞的有效行程来完成 多缸机还要注意各缸供油均匀性的调整 供油定时的调节 供油定时 指喷油泵对柴油机有正确的供油时刻 而供油时刻用供油提前角表示供油提前角 从柱塞顶面封闭柱塞套油孔起到活塞上止点为止 曲轴所转过的角度调节方法 改变供油定时调整螺钉伸出挺柱体外的高度 挺柱体高度增加 柱塞升高 油孔提前关闭 供油提前 P型喷油泵结构特点 1 采用不开侧窗口的箱形封闭式喷油泵体 适应柴油机向大功率 高转速强化的需要 2 采用吊挂式柱塞套3 钢球式油量调节机构4 压力润滑5 利用在柱塞套凸缘下面增减垫片调节各缸供油提前角 利用转动柱塞套调匀各缸供油量 喷油提前器 喷油提前器 供油提前角自动调节装置喷油提前角过大过小均使柴油机的动力性和经济性恶化 最佳喷油提前角在转速和供油量一定的条件下 能获得最大功率及最小燃油消耗率的喷油提前角 任何一台柴油仉 最佳喷油提前角都不是常数 随供油量和曲轴转速变化 供油量愈大 转速愈高 则最佳喷油提前角也愈大喷油提前角实际上是由供油提前角保证的 调节整个喷油泵供油提前角的方法是改变发动机曲轴与喷油泵凸轮轴的相对角位置为满足最佳喷油提前角随转速升高而增大的要求 原理 若转速升高 则飞锤的离心力Ff克服弹簧力使飞锤向外张开 当飞锤的圆弧面沿传动销由内向外滑动时 便带动从动盘相对主动盘顺喷油泵旋转方向转过一定角度 从而使喷油提前 只响应转速的变化 第四节分配式喷油泵 分类转子式分配泵 也称径向压缩式分配泵单柱塞式分配泵 也称轴向压缩式分配泵特点结构简单 零件少 体积小 重量轻 使用中故障少 容易维修精密偶件加工精度高 供油均匀性好 不需要进行各缸供油量和供油定时的调节运动件靠喷油泵体内的柴油进行润滑冷却 对柴油清洁度要求高凸轮的升程小 有利于提高柴油机转速基本工作过程 见教材 VE型分配泵 VE型分配泵的工作过程 第五节调速器 为什么要安装调速器发动机负荷变化 导致发动机转速变化 负荷减小 转速升高 导致柱塞泵循环供油量增加 又导致转速进一步升高 不断地恶性循环 造成发动机转速越来越高 最后飞车 负荷增大 转速降低 导致柱塞泵循环供油量减少 又导致转速进一步降低 如此循环 造成发动机转速越来越低 最后熄火 结论 改变恶性循环 需要能根据负荷的变化 自动调节供油量的装置 使发动机在规定的转速范围内稳定运转 功用调速器是自动调节装置 它根据发动机负荷变化而自动调节供油量 保证发动机能够以稳定的转速运行 类型 工作原理不同 机械式 气动式 液压式 电子式等机械式调速器广泛应用 结构比较简单 工作可靠 性能良好 作用的转速范围不同 两极式调速器 两速调速器 全程式调速器 全速调速器 两极式调速器 适用于一般条件下使用的汽车柴油机 它只能自动稳定和限制柴油机最低与最高转速 而在所有中间转速范围内则由驾驶员控制 德国Bosch公司生产的RQ型调速器是典型的两速调速器 与A B P型直列柱塞式喷油泵配套 RQ型调速器结构 RQ型两极调速器适用于一般条件下使用的汽车柴油机 发动机转速在怠速和最高转速之间时 调速器不起作用 驾驶员通过油门踏板直接控制转速 结构 感应部件 飞锤 块 传动部件 角型杠杆 油量控制拉杆 调速套筒附加装置 停车调速手柄置于停车档上 控制拉杆在停油位置 柴油机停车 飞锤在弹簧作用下靠在轴套上 RQ型调速器基本工作原理 RQ型调速器基本工作原理 起动提供比全负荷更多的油量 以利冷起动 控制杠杆起作用 RQ型调速器基本工作原理 怠速控制杠杆作用转速的改变调节 怠速弹簧起作用 怠速弹簧力与飞块离心力平衡 飞块未与高速弹簧内座接触 中速飞块离心力克服怠速弹簧力后 抵住高速弹簧内座 但离心力还不足以克服高速弹簧预紧力 调速器不起作用 RQ型调速器基本工作原理 最高转速飞块离心力大于怠速弹簧力和高速弹簧预紧力之和 三弹簧力与离心力平衡 调速器起作用 RQ型调速器基本工作原理 附加装置 1 怠速稳定弹簧 安装位置刚好与供油量调节齿杆相对 它对调节齿杆的移动起限位和缓冲作用 有了怠速稳定弹簧 怠速更加稳定 2 转矩平稳装置 安装在滑动销内 缓冲高速时喷油泵供油量调节齿杆的振动 借以消除柴油机转矩的波动 转速升高 飞锤离心力超过调速弹簧作用力时 飞锤开始向外移动 调节齿杆在转矩平稳装置中的弹簧缓冲后 才开始移动 减缓了其频繁移动或振动 使柴油机输出的转矩趋于平稳 3 转矩校正装置 矫正弹簧功用 校正喷油泵供油量随转速变化的特性 使供油量与空气量相匹配 转矩校正有正校正与负校正两种 供油量随转速下降而增加的校正为正校正 供油量随转速下降而减少的为负校正 前