柴油机燃料供给系统

柴油机燃料供给系统柴油发动机是以柴油为燃料的发动机。本章重点研究的是柴油发动机的燃料供给系统，将对系统的组成、工作原理、主要零部件构造，常见故障诊断与排除、电控系统简介等几方面加以介绍。第一节 柴油机燃料供给系统的组成和工作原理学习目标1.了解柴油机的功用和组成2.掌握燃烧室的结构和特点一、柴油机燃料供给系统的组成1.功用完成燃料的储存、滤清和输送工作；根据不同工况的要求以一定压力及喷油质量，将燃油定时定量的喷入燃烧室，与空气迅速形成良好的混合气并燃烧；根据柴油机的负荷变化自动调节循环供油量，以保证柴油机的稳定运转，尤其是稳定怠速，限制超速；将燃烧后的废气从气缸中导出并排入大气中。2.组成如图7-1所示，柴油机燃料供给系由空气供给装置、燃油供给装置、混合气形成装置、废弃排出装置四部分组成。空气供给装置：由空气滤清器、进气管道等组成，有的还有增压器；燃油供给装置：由喷油泵、喷油器、调速器、柴油箱、输油泵、油水分离器、柴油滤清器、喷油提前器高、低压油管等辅助装置；混合气形成装置：燃烧室；废气排出装置：由排气管道及排气消声器组成。图7-1柴油机燃料供给系统1一低压油管；2一柴油滤清器；3一喷油泵；4一输油泵；5一柴油箱；6一回油管；7一喷油器；8一高压油管当柴油机工作时，输油泵从燃油箱吸出柴油，经油水分离器除去柴油中的水分，再经柴油滤清器滤除柴油中的杂质，然后输入喷油泵。在喷油泵内，柴油经过增压和计量之后，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。喷油泵前端装有喷油提前器，后端与调速器组成一体。输油泵供给的多余柴油及喷油器顶部的回油均经回油管返回燃油箱。3.燃烧室（1）定义：当活塞到达上止点时，气缸盖和活塞顶组成的密闭空间称为燃烧室。（2）分类：分统一式燃烧室和分隔式燃烧室两大类。 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。燃油自喷油器直接喷射到燃烧室中，借喷出油注的形状和燃烧室形状的匹配，以及燃烧室内空气涡流运动，迅速形成混合气。所以又叫做直接喷射式燃烧室。（3）构造：缸盖底面是平的，活塞顶部下凹（型、浅盆型、球型、U型） 型燃烧室（图7-2）：柴油直接喷射在活塞顶的浅凹坑内，喷射的柴油雾化要好，而且要均匀地分布在空气中。要求喷射压力高，一般1722MPa，要求雾化质量高，因此，采用多孔喷咀，孔数一般为612个。 优点：形状简单，结构紧凑，燃烧室与水套接触面积小，散热少，可减少热损失，热效率高，经济性较好。 缺点：工作粗暴，喷射压力高，制造困难，喷孔易堵。 图7-2球形燃烧室（图7-3）：空气由缸盖螺旋形进气道以切线方向进入气缸，绕气缸轴线作高速螺旋转动，并一直延续到压缩行程。喷油器沿气流运动的切线方向喷入柴油，使绝大部分柴油直接喷射在燃烧室壁面上形成油膜。小部分柴油雾珠散布在压缩空气中，并迅速蒸发燃烧，形成火源。油膜一方面受灼热的燃烧室壁面的加温，同时又受已燃柴油的高温辐射，使柴油机逐层蒸发，与涡流空气边混合边燃烧。优点：工作柔和，噪音小，又叫轻声发动机。 缺点：起动困难，螺旋形进气道，结构复杂，制造困难。 分隔式燃烧室由两部分组成，一部分位于活塞顶与气缸底面之间，称为主燃烧室，另一部分在气缸盖中，称为副燃烧室。这两部分由一个或几个孔道相连。图7-3分隔式燃烧室的常见型式有涡流室燃烧室和预燃室燃烧室两种。 涡流室式燃烧室（图7-4）:它的副燃烧室是球形或圆柱形的涡流室，其容积约占燃烧室总容积的50%80%，涡流室有切向通道与主燃烧室相通。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。 要求：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（1214 MPa） 优点：所以工作柔和，空气利用率较高，喷射压力也较低。 缺点：热损失大，经济性差，起动困难。图7-4预燃室燃烧室（图7-5）：缸盖上有预燃室，占燃烧室总容积的1/3，预燃室与主燃室有通道，活塞为平顶。因为通道不是切向的，所以压缩时不产生涡流。连通预燃室与主燃室的孔道直径较小，由于节流作用产生压力差，使预燃室内形成紊流运动，油束大部分射在预燃室的出口处，只有少部分与空气混合（出口处较浓，而上部较稀），上部着火后，产生高压，已燃的和出口处较浓的混合气一同高速喷入主燃烧室，在主燃烧室内产生强烈的燃烧拢流运动，使大部分燃料在主燃烧室内混合和燃烧。 优缺点与涡流室燃烧室基本相同。图7-5第二节 柴油及混合气的形成学习目标1.了解柴油的性能2.掌握可燃混合气的形成和燃烧过程一、柴油及其使用性能柴油和汽油一样都是石油制品。在石油蒸馏过程中，温度在200350之间的馏分即为柴油。柴油分为轻柴油和重柴油。轻柴油用于高速柴油机，重柴油用于中、低速柴油机。汽车柴油机均为高速柴油机，所以使用轻柴油。1.轻柴油的牌号及规格轻柴油按质量分为优等品、一等品和合格三个等级，每个等级又按柴油的凝点分为10、0、-10、-20、-35和-50等六种牌号。2轻柴油的使用性能为了保证高速柴油机正常、高效的工作，轻柴油应具有良好的发火性、低温流动性、蒸发性、化学安定性、防腐性和适当的粘度等诸多的使用性能。（1）发火性：指柴油的自燃能力，用十六烷值评定。柴油的十六烷值大，发火性好，容易自燃。国家标准规定轻柴油的十六烷值不小于45。（2）蒸发性：指柴油蒸发气化的能力，用柴油馏出某一百分比的温度范围即流程和闪点表示。比如，50%馏出温度即柴油馏出50%的温度，此温度越低，柴油的蒸发性越好。国家标准规定此温度不得高于300。但没有规定最低温度限。为了控制柴油的蒸发性不致过强，标准中规定了闪点的最低数值。柴油的闪点指在一定的实验条件下，当柴油蒸汽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。（3）低温流动性 用柴油的凝点和冷滤点评定低温流动性。凝点是指柴油失去流动性开始凝固时的温度而冷滤点则是指在特定的试验条件下，在1min内柴油开始不能流过过滤器20mL时的最高温度。一般柴油的冷滤点比其凝点高46。（4）粘度 时评定柴油稀稠度的一项指标，与柴油的流动性有关。粘度随温度而变化，当温度升高时，粘度减小，流动性增强;反之，当温度降低时，粘度增大，流动性减弱。GB/T2521994中规定的实际胶质、10%蒸余物残炭和氧化安定性，总不溶物等三项指标，是柴油安定性的评定指标。柴油的防腐性则用硫含量、硫醇硫含量、酸度、铜片腐蚀及水溶性酸或碱等指标来评定。柴油中的灰分、水分和机械杂质，是评定柴油清洁性的指标。二、柴油机可燃混合气的形与燃烧1.可燃混合气形成特点由于柴油的蒸发性和流动性都比汽油差，因此柴油机不能像汽油机那样在汽缸外部形成可燃混合气。柴油机的混合气只能在气缸内部形成，即在接近压缩行程终点时，通过喷油器把柴油喷入气缸内。柴油油滴在炽热的空气中受热、蒸发、扩散，并与空气混合形成可燃混合气，最终自行发火燃烧。其主要特点如下：（1）柴油黏度大，不易挥发，必须以雾状喷入（2）混合气不均匀，燃烧室内过量空气系数变化很大。（3）混合气在燃烧室内形成，所以混合空间小，而且时间短，只占1535曲轴转角。可燃混合气的形成和燃烧过程是同时、连续重叠的，即边喷射边混合边燃烧，成分不断变化。2.可燃混合气的形成与燃烧可燃混合气的形成与燃烧大体分为下面4个时期：（1）备燃期：从喷油开始开始着火燃烧为止 喷入气缸中的雾状柴油并不能马上着火燃烧，气缸中的气体温度，虽然已高于柴油的自燃点，但柴油的温度不能马上升高到自燃点，要经过一段物理和化学的准备过程。也就是说，柴油在高温空气的影响下，吸收热量，温度升高，逐层蒸发而形成油气，向四周扩散并与空气均匀混合（物理变化）。 随着柴油温度升高，少量的柴油分子首先分解，并与空气中的氧分子进行化学反映，具备着火条件而着火，形成了火源中心，为燃烧作好了准备。这一时期很短，一般仅为0.00070.003 秒。 （2）速燃期：从燃烧开始气缸内出现时为止火源中心已经形成，已准备好了的混合气迅速燃烧，在这一阶段由于喷入的柴油几乎同时着火燃烧，而且是在活塞接近上止点，气缸工作容积很小的情况下进行燃烧的，因此，气缸内的压力P迅速增加,温度升高很快。 （3）缓燃期：从出现出现为止这一阶段喷油器继续喷油，由于燃烧室内的温度和压力都高，柴油的物理和化学准备时间很短，几乎是边喷射边燃烧。但因为气缸中氧气减少，废气增多，燃烧速度逐渐减慢，气缸容积增大。所以气缸内压力略有下降，温度达到最高值，通常喷油器已结束喷油。（4）后燃期：缓燃期以后的燃烧 这一时期，虽然不喷油，但仍有一少部分柴油没有燃烧完，随着活塞下行继续燃烧。后燃期没有明显的界限，有时甚至延长到排气冲程还在燃烧。后燃期放出的热量不能充分利用来作功，很大一部分热量将通过缸壁散至冷却水中，或随废气排出，使发动机过热，排气温度升高，造成发动机动力性下降，经济性下降。 因此，要尽可能地缩短后燃期。3可燃混合气形成要求 综上所述，要使燃烧过程进行得好，混合气形成的好环是关键，所以对混合气形成的要求如下：（1）必须要有足够的空气量和适当的柴油量 因为柴油燃烧放出热量是由于柴油和空气中的氧气在一定温度和压力条件下产生化学作用的结果，所以空气与柴油是放热的两个重要因素。 空气量与柴油量比例不同，所形成的可燃混合气的成分也就不同，一般要求：=1.31.5 ；过大，混合气过稀，燃烧速度慢，散发热量多，Ne ； 过小，混合气过浓，燃烧不完全，油耗增加，冒黑烟，经济性变坏。可见是影响发动机功率和油耗的重要因素。 （2）喷油时刻要准确，混合气形成的规律应合适 气缸中燃烧过程的主要放热阶段应该是上止点稍后，容积小可得到较高的压力，热效率高，热损失小，所以要求喷油时刻要准确。喷油过早，过晚对发动机工作都是不利的。 过早：混合气提前形成，并在活塞到达上止点前像爆炸似的同时着火燃烧，结果给正在上行的活塞造成一个短时间阻力，并严重敲缸工作粗暴。 过迟：混合气在活塞下行时才开始形成和燃烧，结果燃烧空间增大，从气缸壁面传走的热量增加，造成发动机过热，燃烧压力降低（P）气体压力推动活塞的效果减小，甚至有可能使部分混合气来不及燃烧而随废气排出去，使Ne。 最好的喷油时刻与燃烧室的型式和发动机转速有关，对于一定结构的发动机在规定转速下，可通过试验找到一个功率大，油耗低的最好喷油时刻，通常用曲轴距活塞到达上止点的转角表示，称为喷油提前角。 （3）喷油质量应与燃烧室形状相适应，形成均匀的混合气 雾化良好：喷油泵和喷油器的喷射质量应与燃烧室相适应。燃烧室的形状：空气产生相应流动来促进混合。 （4）气流的搅动，燃料的性能 燃烧室的形状，切向进气，形成涡流，有利于混合，柴油的16烷值高，则自燃点低，备燃期短。4.可燃混合物的形成方法(1)空间雾化混合方式：将柴油喷向燃烧室的空间，形成雾状混合物，再在空间蒸发形成混合气。油雾形成。燃料以高压、高速从喷油器以圆锥形的油束喷出，如图76所示。图7-6油束的形状喷雾锥角表示油束的扩散程度。越大，扩散越好。射程L表示油束的穿透能力。雾化质量表示油束喷散雾化的程度，喷散得越细、越均匀，则雾化质量越好。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，多采用下列两种方法。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，如图7-7所示。 （ a ） ( b )图7-7进气涡流的形成a)切向进气道；b)螺旋进气道产生挤压涡流：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，如图7-8所示。图7-8挤压涡流的形式转速愈高，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。(2)油膜蒸发混合方式。如图79所示，它是将柴油喷向球形油膜燃烧室的壁面上，在强烈的空气涡流作用下，燃油的大部分(95)形成油膜。由于油束贯穿缸内空气和燃烧室壁的反射，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。图79油膜的形成和气体的分离运动(3)复合式u形燃烧室。即空间雾化混合和油膜蒸发混合，二者兼而有之，低速以前者为主，高速以后者为主。第三节 柴油机燃料供给系统主要零部件的构造学习目标1.了解喷油器的分类原理2.掌握喷油泵的结构及工作过程，明确供油正时的意义。3.了解调速器的结构及工作过程一、喷油器1.喷油器的功用和要求（1）功用。使一定数量燃油得到良好的雾化。使燃油的喷射按燃烧室类型合理分布。（2）要求。应具有一定喷射压力和射程、合适的喷雾锥角和雾化质量。喷停要迅速，不发生燃油滴漏。开始喷油少，中期喷油多，后期喷油少。2.喷油器的分类采用闭式喷油嘴，按其结构形式分孔式和轴针式两种基本形式入图710所示。（1）孔式喷油器。应用：直接喷射燃烧室，孔数18个，孔径0.20.8mm。特点：a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。b喷射压力较高。c喷油头细长，喷孔小，加工精度高。（2）轴针式喷油器。特点：a不喷油时针阀闭喷孔，使高压油腔与燃烧室隔开，燃烧气体不致冲入油腔内起积炭堵塞。b喷孔直径较大，便于加工且不易堵塞。c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，油喷开始和停止都干脆利落，没有滴油现象。d不能满足对喷油质量有特殊要求的燃烧室的需要。喷油器主要部件为喷油嘴针阀和阀体，对采用耐热强度好的优质轴承钢制成，为不可互换的高压精密偶件，配合间隙为0.001-0.003mm。 （ a ） ( b )图710 闭式喷油器的两种基本形式（a）孔式喷油器 （b）轴针式喷油器3.喷油器的工作原理（1）喷油：油泵泵油环形高压油腔进油承压锥面承受油压推针阀上行密封锥面离座喷油孔喷油。针阀最大升程：针阀关闭时其凸肩与针阀体下端面的距离大小决定喷油量多少，一般为0.4-0.5mm。（2）停喷：油泵停止泵油高压油腔油压下降调压弹簧伸张挺杆推针阀下行密封锥面落座喷空关闭不喷油。（3）回油：少量高压油经针阀偶件间间隙挤上，经回油管流回柴油箱或柴油滤清器，润滑、冷却针阀偶件并防背压增加。（4）调压：旋动调压螺钉或增减垫片，改变调压弹簧对针阀的压紧力，即可改变喷油压力。针阀上端由调压弹簧压紧，产生关闭压力P1，从进油到进入高压室在油压作用力，在承压锥面上形成一个向上的轴向压力P2，成为开启压力。若喷油泵供油，则p2p1,喷油器喷油，喷油泵停供，则p2p1,喷油器停喷。孔式喷油嘴有1-7个喷孔，喷孔直径为0.25-0.5mm，多用于直接喷射式燃烧室。轴针式喷油嘴是单孔式，喷孔直径1-3mm。其轴针制成圆柱形成或倒锥形，喷雾形状分别为空心柱形和扩散的锥形，多用于分开式燃烧室。轴针式有两个可变断面，圆柱形轴针的通过断面是先大后小，喷油特性是先少后对；倒锥形轴针的通过断面是先小后大又变小，喷油特性是先少后多又变少，能较好地满足喷油的前期少、中期多、后期少的特性要求。二、喷油泵1.功用（1）提高油压（定压）：将喷油压力提高到10-20Mpa。（2）控制喷油时间(定时)：按规定的时间喷油和停止喷油。（3）控制喷油量(定量)：根据柴油机的工作情况，改变喷油量，以调节柴油机的转速和功率。2.对喷油泵的要求（1）各缸供油量相等。在标定工况下各缸供油量差不得超过3%-4%。（2）各缸供油提前角要相同。误差小于0.5-1曲轴转角。（3）各缸供油持续角一致。（4）供油迅速，停喷干脆，以防止滴漏现象的发生。3.喷油泵的分类（1）柱塞式喷油泵；（2）泵喷油器式：将喷油泵和喷油器结合在一起；（3）转子分配式喷油泵。4.柱塞式喷油泵的工作原理(1)柱塞副的结构，如图711所示。图711 常用柱塞副柱塞为一光滑的圆柱体，在其上部铣有螺旋或斜槽或中心孔轴向孔和径向孔使槽和柱塞上端的泵油室相通。柱塞的下部置有安装弹簧座的圆柱体和十字凸快或压入调节臂以便使柱塞能往复运动，调节供油量。柱塞套筒为光滑的圆柱形长孔，套筒上部开有一个进油和回油用的小孔，或开有两个径向孔，两孔中一孔进油一孔回油，它们与壳体上的低压进油室相通。柱塞套筒装在壳体座孔内，并用定位螺钉和定位孔来固定，以防止柱塞套筒转动柱塞和柱塞套筒是一对精密的偶件，不能互换。柱塞副用耐磨性高的优质和金钢轴承钢制成，并进行热处理和时效处理。(2)柱塞的进油、压油、回油过程，如图7一12所示。 （ a ） ( b ) ( c )图7一12(a)进油、(b)压油、(c)回油进油过程：柱塞从下止点至进油孔以下时，燃油在真空吸力及输油泵的压力下充满泵油室。 压油过程：当柱塞从下止点向上移动到将进油孔关闭时，泵油室内的燃油压力将骤然升高，推开出油阀，将高压油压人高压油管。回油过程：当柱塞上移到螺旋槽线或斜槽上线，高出进油孔的下沿时，高压油通过柱塞上的直槽或中心孔高速流回低压油室。由于泵油室内的油压急剧下降，出油阀在弹簧和残余压力的作用下迅速回位，油泵停止供油。柱塞继续上升，直到上止点为止，都是回油过程。柱塞在向上运动的全行程中，包括预备行程、减压行程、有效行程和剩余行程。各种行程如图713所示。a.预备行程：柱塞从下止点开始上行至其上端面将进油孔关闭所移动的距离。b.减压行程：从预备行程开始到出油阀开启时柱塞上升行程。c.有效行程：从出油阀开启到柱塞打开回油孔时柱塞移动的距离。喷油泵每次泵出的油量取决于有效行程的长短。d.剩余行程：从有效行程结束，到到达上止点为止柱塞移动的距离。图713 柱塞的驱动示意图1一柱塞；2一滚轮体；3一凸轮；H一凸轮和柱塞的升程ab一凸轮的升弧(工作面)；bc一凸轮的降弧（3）油泵供油量的调节原理改变柱塞斜槽棱边与柱塞套上回油孔的相对角位置，即改变了柱塞的有效行程，使喷油泵供油量改变。如图7-14所示，喷油泵采用齿杆式油量调节机构，柱塞2下端的榫舌嵌入控制套筒12相应的切槽中。套筒12松套在柱塞套3上。在控制套筒上部套有一个可调齿圈11，用螺钉锁紧。可调齿圈与齿杆6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2相对不动的柱塞套3转动，以调节供油量。图714循环供油量的调节1、5柱塞套油孔；2柱塞；3柱塞套；4柱塞腔；6调节齿杆；7直槽；8螺旋槽；9循环供油量容积；10调节齿圈紧固螺钉；11调节齿圈；12控制套筒5柱塞式喷油泵的构造、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。 (1)分泵。如图715所示，分泵由柱塞、柱塞套筒、回位弹簧、弹簧座、出油阀、出油阀座、出油阀弹簧、出油阀压紧螺帽等零件组成。图715 分泵的组成 出油阀的构造。a出油阀和阀座是精密偶件，采用优质合金钢制造，其导孔、上下端面及座孑L经过精密的加工和研磨，配对以后不能互换。如图716所示。图716 出油阀偶件 b出油阀的圆锥部是阀的轴向密封锥面，阀的锥部通过在导孔中滑动起导向作用。尾部加工有切槽，形成十字形断面，以便使燃油通过。出油阀中部的圆柱面叫减压带，它与密封锥面间形成了一个减压容积。 c阀座的下端面和柱塞套筒的上端面经过精密加工严密贴合，它是通过压紧螺帽以规定的扭紧力矩来压紧的。压紧螺帽与阀座之间有一定厚度的铜制高压密封垫圈。出油阀压紧螺帽和壳体上端面间还有低压密封垫圈。 d在出油阀压紧螺帽内腔装有带槽的减容器，以减小内腔空间的容积，促进喷停迅速，限制出油阀最大升程的作用。 出油阀的作用。 a防止喷油前滴油，提高喷射速度：喷油泵供油时，待油压高于出油阀弹簧的预紧力和高压油管内的残余压力后，出油阀升起，其密封锥面离开阀座。必须等到出油阀上的减压带完全离开阀座的导向孔时，泵油室的燃油才能进入高压油管。 b防止喷油后滴油，提高关闭速度：停止供油时，出油阀减压带的下沿一进入导管时，高压油管与泵室的通路便被切断。当出油阀完全座落后下降了一距离h，因而高压油管的容积得到增大，使油压迅速地下降12 MPa，断油迅速干脆，防止了因油压的波动和“管缩油涨”而产生喷后滴油的现象发生。 c防止燃油倒流，使高压油管内保持一定的残余压力。 (2)油量调节机构。 油量调节机构的作用：根据柴油机的转速和负荷变化相应的转动柱塞，改变供油有效行程，保证各缸供油量均匀一致。 油量调节机构型式： a齿杆式油量调节机构：由齿杆、齿扇和传动套等组成，如图717所示。各缸供油均匀性的调整，是通过改变齿扇与传动套圆周方向的相对位置来实现。齿杆的轴向位置由驾驶员或调速器控制，齿扇通过传动套带动柱塞套筒相对于柱塞套筒转动，便可节供油量。图717齿杆式油量调节机构由于齿杆式油量调节机构零件较多，为了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、齿杆柱塞都有装配位置记号，如图718，装配时记号对齐。图718 油量调节机构的装配标记b拨叉式油量调节机构：如图7-19所示，通过改变拨叉在供油拉杆上的位置对各缸供油量进行调整。传递的方式依次为：拉杆移动拨叉移动调节臂转动柱塞转动。图719拨叉式油量调节机构(3)分泵驱动机构。 作用： a推动柱塞往复运动，完成进油、压油、回油过程； b保证供油正时。 组成：由凸轮轴、滚轮体组成。 a凸轮轴： 功用：传送推力使柱塞运动，产生高压油；同时保证各分泵按柴油机的工作顺序和一定的规律供油。构造：凸轮轴上的凸轮数目与缸数相同，排列顺序与柴油机的工作顺序相同。四冲程柴油机曲轴转两周，喷油泵的凸轮轴转一周，各分泵都供一次油。多加入中间传动齿轮，喷油泵凸轮轴的旋转方向与曲轴相同。相邻工作两缸凸轮间的夹角叫供油间隔角，角度的大小同配气机构凸轮轴同名凸轮的排列，四缸柴油机为90，六缸柴油机为60，凸轮轴的构造如图720所示。 材料：由于负荷大，驱动齿轮采用钢制齿轮。不少凸轮轴的外形对称，凸轮在轴上的距离相等，轴两端尺寸相同。凸轮的工作段是切线形状，可快速建立油压。图720凸轮轴的构造1一密封调整垫；2一锥形滚柱轴承；3一连接锥面；4一油封；5一前端盖； 6一壳体；7一调整垫；8，9，10，11一凸轮；12一输油泵偏心轮 b滚轮体传动件： a.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。b.调整垫块式滚轮体(图721)：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，因此相对运动发生在三处，相对滑动相应降低，减轻了磨损，且磨损均匀。图721调整垫块式滚轮体l一调整垫块；2一滚轮；3一滚轮衬套；4一滚轮轴；5一滚轮架 滚轮体的周向定位方法：一是在滚轮体圆柱面上开轴向孔，用定位螺钉插入槽中防止转动；二是利用加长滚轮轴，使其一端插入壳体导孔一侧的滑槽中。 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01 mm，相应凸轮轴转角为05。，反映到曲轴上为1。c.调整螺钉式滚轮体(图722)：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；拧人螺钉，h值减小，供油提前角即减小。图722 调整螺钉式滚轮体1一滚轮轴；2一滚轮；3一滚轮架；4一锁紧螺母；5一调整螺钉d.供油提前角调整的必要性：若柱塞下端、垫块、滚轮和凸轮磨损，则滚轮体的工作高度变小，供油提前角减小，供油起始角减小，凸轮与滚轮的接触点(供油始点)即上移，喷油始点压力、喷油持续时间长短、每一循环供油量的多少将发生变化，因此必须定期地对供油提前角进行检查和调整。 e.供油提前角的调整方法：对单个分泵进行调整，使分泵供油提前角一致，供油间隔角度相等；对整个喷油泵进行统一调整，达到柴油机规定的供油提前角的要求。 f.喷油泵供油时刻的表示方法有如下两种。 供油起始角：指第一缸分泵柱塞开始供油时，相应凸轮的中心线与滚轮体中心线的夹角。 柱塞的预行程：利用量具测量预行程大小。 喷油泵的供油起始角与柴油机的供油提前角完全不是一回事，二者的角度含义不同，一个是凸轮轴的转角，一个是曲轴的转角。(4)泵体。泵体是喷油泵的基础件，多用铝合金铸成。泵体分为组合式和整体式两种。组合式有上下两部分，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变形，但分泵和驱动件等零件的拆装较麻烦。6喷油泵的驱动与供油正时 (1)喷油泵的驱动。喷油泵是由柴油机曲轴前端的正时齿轮通过一组齿轮来驱动的(图723)。喷油泵驱动齿轮和中间齿轮上都刻有正时记号。 有的喷油泵直接利用其前端壳体上的凸缘盘固定在驱动齿轮后面的箱体上，固定螺栓处是弧形槽连接，可利用壳体相对于凸轮轴的转动来调节供油提前角的大小。图723喷油泵的驱动与供油正时l一曲轴正时齿轮；2一喷油泵驱动齿轮；3一空气压缩机曲轴；4一联轴器； 5一供油提前角自动调节器；6一喷油泵；7一托板；8一调速器；9一配气机构驱动齿轮；10一飞轮上的喷油正时标记；A一各处标记位置 (2)联轴器。 作用：补偿喷油泵安装时凸轮轴和驱动轴的同轴度偏差；用少量的角位移调节供油提前角，以获得最佳的喷油提前角。构造：传统的联轴器多采用胶木盘交叉连接，现已被挠性片式联轴器所代替，如图724所示。其挠性作用是通过两组圆形弹性钢片来实现的。靠其挠性可使驱动轴与凸轮轴在少量同轴度偏差的情况下无声传动。两组圆形弹性钢片有所不同，钢片的内孔与主动连接叉紧固连接，外孔是两个弧形孔，用两个连接螺钉和调节器连接，以便调节供油提前角的大小。图724挠性片式联轴器l一供油提前角自动调节器；2、4一弹簧钢片；3一连接叉；5一喷油泵凸轮轴(3)供油提前角调节装置。供油提前角调节的必要性：供油提前角过大时，燃油是在气缸内空气温度较低的情况下喷入，混合气形成条件差，燃烧前集油过多，会引起柴油机工作粗暴，怠速不稳和启动困难；过小时，将使燃料产生过后燃烧，燃烧的最高温度和压力下降，燃烧不完全和功率下降，甚至排气冒黑烟，柴油机过热，导致动力性和经济性降低。 最佳的供油提前角不是一个常数，应随柴油机负荷(供油量)和转速变化，即随转速的增大而加大。 车用柴油机根据其常用的某个供油量和转速范围来确定一个供油提前初始角，其初始角的获得，可通过联轴器或转动喷油泵的壳体来进行微量的变化。因柴油机转速变化范围较大，还必须使供油提前角在初始角的基础上随转速而变化。因此车用柴油机多装有供油提前角自动调节器。供油提前角自动调节器的构造和工作原理：如图725所示，它装于喷油泵凸轮轴的前端，用联轴器来驱动，由主动件、从动件和离心件三部分组成。它是一个密封体，内腔充满润滑油。 图725供油提前角自动调节器的工作原理图1从动盘臂主动盘；2从动盘；3滚轮；4飞块；5凸块；6弹簧座；7主动盘；8飞块销钉当柴油机转速达设定值时，两个飞块在离心力的作用下绕其轴销向外甩开，滚轮迫使从动盘带动凸轮轴沿箭头方向转动一个角度，直到弹簧的张力与飞块的离心力平衡为止，这时主动盘又与从动盘同步旋转。此时，供油提前角等于初始角加上。 当柴油机转速再升高时，飞块进一步张开，从动盘相对于主动盘又沿旋转方向向前转动一个角度，这样，随转速的升高，提前角不断增大，直到达到最大转速。 当柴油机转速降低时，飞块收拢，从动盘便在弹簧力的作用下相对于主动盘后退一个角度，供油提前角便相应减小。三、调速器 1柱塞式喷油泵的速度特性 (1)速度特性 喷油泵的速度特性：是指供油拉杆位置不变时，喷油泵每一个循环供油量(g)随转速变化的规律。 柱塞泵的供油特性：每一循环的供油量(g)随转速的升高而增加。 (2)产生喷油泵速度特性的原因 柱塞运动速度增加时，由于柱塞套筒上的进、回油孔的节流作用，产生早喷晚停的现象。且节流作用随着转速的升高而增加，“早喷”和“晚停”的程度也随着增大。 柱塞运动速度增加时，泄漏时间缩短，泄漏量减少。 (3)喷油泵速度特性带来的恶果 转速升高，高速时飞车。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。 转速降低，低速时熄火。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。 2调速器的作用 当负荷改变时，调速器自动地改变供油量，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200 rmin。 (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、气门和喷嘴因积炭影响而关闭不严或短暂停喷等)，会引起启动力的变化，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。 3调速器的种类 按作用原理可分为机械离心式调速器(车用柴油机)、真空膜片式调速器(少数小功率柴油机)和复合调速器(机械离心式和真空膜片式合为一体)。 按调节范围可分为两速式调速器和全速式调速器。 (1)两速式调速器。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。多用于车用柴油机。(2)全速式调速器。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的调速器。多用于工况多变和突变的柴油机，如矿用车、越野车、自卸车等。 4离心式调速器的工作原理 (1)基本工作原理，如图726所示。机械离心式调速器是根据弹簧力和离心力相平衡进行调速的，工作中，弹簧力总是将供油拉杆向循环供油量增加的方向移动；而离心力总是将供油拉杆向循环供油量减少的方向移动。当负荷减小时，转速升高，离心力大于弹簧力，供油拉杆向循环供油量减少的方向移动，循环供油量减小，转速降低，离心力又小于弹簧力，供油拉杆又向循环油量增加的方向移动，循环供油量增加，转速又升高，直到离心力和弹簧力平衡，供油拉杆才保持不变。这样转速基本稳定在很小的范围内变化。反之当负荷增加时，转速降低，弹簧力大于离心力，供油拉杆向循环供油量增加的方向移动，循环供油量增加，转速升高，弹簧力又小于离心力，供油拉杆又向循环供油量减小的方向移动，循环供油量减小，转速又降低，直到离心力和弹簧力平衡。图726离心式调速器原理简图 启动工况。将调速手柄从停车挡块移至最高速挡块上。调速手柄带动摇杆和滑块，使调速杠杆以其下端的铰接点为支点向右摆动，并推动喷油泵供油量调节齿杆克服供油量限制弹性挡块的阻力，向右移到启动油量的位置。 怠速。柴油机启动后，将调速手柄置于怠速位置。这时调速手柄通过摇杆、滑块使调整杠杆向左摆动，并拉动供油量调节齿杆左移至怠速油量的位置。 中速。柴油机转速较高，飞锤外移直到飞锤底部与内弹簧座接触为止。柴油机在中等转速范围内工作时，飞锤的离心力不足以克服怠速弹簧和高速弹簧的共同作用力，飞锤始终紧靠在内弹簧座上而不能移动，不起调节供油量的作用。但驾驶员可根据需要改变调速手柄的位置，使供油量调节齿杆增加或减少供油量。 最高转速。此时，飞锤的离心力相应增大，并克服全部调速弹簧的作用力，飞锤离心力与弹簧作用力达到新的平衡。若柴油机转速超过规定的最高转速，则飞锤的离心力便超过调速弹簧的作用力，供油量调节齿杆向减油方向移动。 停车。将调速手柄置于停车挡块上，调速杠杆以其下端的铰接点为支点向左摆动，并带动供油量调节齿杆向左移动到停油位置，柴油机停车。 (2)工作原理的分析。 一定的调速弹簧的刚度和预紧力，对应一定的柴油机转速。 如果调速弹簧有两个刚度和预紧力，就能控制两个转速，这就是双速式调速器；如果调速器的预紧力可以由驾驶员任意决定，则能控制任意转速，这就是全速式调速器。双速式调速器和全速式调速器的最大区别除工作点不同外，关键在于是否直接操纵供油拉杆或利用调速器间接操纵供油拉杆。 柴油机稳定运转，必须达到两个平衡：一是柴油机的平衡状态；二是调速器的平衡状态。人工调节和自动调节是互不干涉运动的代数和关系。人工调节的支点是6点，自动调节的支点是口点，是互为支点、互不影响的关系。供油拉杆的位移量，是驾驶员和调速器二者分别操纵或同时操纵所产生的位移代数和，如图727所示。图727 调速器的过渡过程图 调速器的稳定性。调速过程不是复位，而是在一定的转速范围内获得新的平衡点，这是由于调速弹簧较前略有变软或变硬。在一个平衡位置(选定的转速)，由于负荷的变化，移动到另一个平衡位置以接近其原来的转速，此过程称为“过渡过程”。在过渡中转速波动的幅度和持续的时间越小越好，如图727所示。 可见，负荷多变和突变的柴油机，在工作中其供油拉杆是在振荡中不断过渡的。在一定范围内维持新的平衡，平衡是短暂的，不平衡是经常的。 5离心调速器的结构形式 离心调速器由离心元件(飞块)、调速弹簧(压簧、拉簧、扭簧)、传动定位和调整机构(杆式、板式和杠杆之类)三大部分组成。 (1)大飞块和浮动杠杆的结构。如图728所示，其结构特点如下。离心元件是两个大飞块，内装压缩式调速弹簧。外弹簧在怠速时起作用，高速时内、外弹簧都起作用。 浮动式调速杠杆，杠杆比可变。 操纵臂直接操纵调速杠杆。图728 大飞块和浮动杠杆结构 (2)锥形飞块和倒挂式调速杠杆机构。如图729所示，其结构特点如下。 两个飞块收拢时成锥形，张开时成圆柱形，其内臂联动。结构紧凑，灵敏度高。 调速杠杆通过支持杆和浮动杠杆间接的操纵齿杆，杠杆比大于1。 摆动式拉力调速弹簧。操纵臂是通过拉簧间接地操纵调速杠杆和供油齿杆，是全速式调速器(RSV)。图729 锥形飞块和倒挂式调速杠杆机构 (3)球盘式结构。如图730所示，其结构特点如下。 飞球式离心元件，杠杆比等于1，灵敏度差。 操纵臂间接操纵传动板和供油拉杆，是全速式调速器。图730 球盘式结构第四节 电子控制柴油喷射系统学习目标1.了解电控喷射系统的发展组成2.掌握共轨系统的优点一、柴油机电控技术的发展 载货汽车和轿车的柴油机不仅随着转速改变喷油量和喷油时间，而且随着负荷的变化采用复杂的控制模型对温度、进气压力等参数进行补偿控制。进人20世纪80年代，越来越多的汽车柴油机采用了电子控制，而且电子控制的项目愈来愈多，这些技术在不同的柴油机上，在不同的条件下逐步实施，使柴油机的电控技术水平一步一步地提高，一代又一代地向前发展。 柴油机电控技术的发展是在解决能源危机和排放污染两大难题的背景下，在飞速发展的电子控制技术平台上发展起来的。汽油机电控技术的发展为柴油机电控技术的发展提供了宝 贵经验。到目前为止，柴油机电控燃油系统的主要类型有：电控直列泵、电控分配泵和电共轨燃油系统。 二、柴油机电控燃油喷射系统的优点 1改善低温启动性 电子控制系统能够以最佳的程序替代驾驶员进行这种麻烦的启动操作，使柴油机低温启动更容易。 2降低氮氧化物和烟度的排放 采用柴油机电控技术，可精确地将喷油量控制在不超过冒烟界限的适当范围内，同时根据发动机工况调节喷油时刻，从而有效地抑制排烟。3提高发动机运转稳定性采用柴油机电控系统，无论负荷怎样增减，都能保证发动机怠速工况下以最低的转速稳定运转，有利于提高其经济性。 4提高发动机的动力性和经济性 柴油机电控系统中，ECU根据传感器信号精确计算喷油量和喷油正时，从而提高发动机动力性和经济性。 5控制涡轮增压 采用电子控制技术可以对增压装置进行精确的控制。 6适应性广 只要改变ECU的控制程序和数据，一种喷油泵就能广泛用在各种柴油机上，而且柴油机燃油喷射控制可与变速器控制、怠速控制等各种控制系统进行组合实现集中控制，有利于缩短柴油机电控系统开发周期，并降低成本，从而扩大柴油机电控系统的应用范围。 三、柴油机电控燃油喷射系统的功能与组成 1柴油机电控系统的功能 (1)燃油喷射控制。燃油喷射控制主要包括：供(喷)油量控制、供(喷)油正时控制、供(喷)油速率控制和喷油压力控制等。 (2)怠速控制。柴油机的怠速控制主要包括怠速转速控制和怠速时各缸均匀性的控制。 (3)进气控制。柴油机的进气控制主要包括进气节流控制、可变进气涡流控制和可变配气正时控制。 (4)增压控制。柴油机的增压控制主要是由ECU根据柴油机转速信号、负荷信号、增压压力信号等，通过控制废气旁通阀的开度或废气喷射器的喷射角度、增压器涡轮废气进口截面大小等措施，实现对废气涡增压器工作状态和增压压力的控制，以改善柴油机的扭矩特性，提高加速性能，降低排放和噪声。 (5)排放控制。柴油机的排放控制主要是废气再循环(EGR)控制。ECU主要根据柴油机转速和负荷信号，按内存程序控制EGR阀开度，以调节EGR率。 (6)启动控制。柴油机启动控制主要包括供(喷)油量控制、供(喷)油正时控制和预热装置控制，其中供(喷)油量控制和供(喷)油正时控制与其他工况相同。 (7)巡航控制。带有巡航控制功能的柴油机电控系统，当通过巡航控制开关选定巡航控制模式后，ECU即可根据车速信号等自动维持汽车以一定车速行驶。 (8)故障自诊断和失效保护。柴油机电控系统中也包含故障自诊断和失效保护两个子系统。柴油机电控系统出现故障时，自诊断系统将点亮仪表盘上的“故障指示灯”，提醒驾驶员注意，并储存故障码，检修时可通过一定的操作程序调取故障码等信息；同时失效保护系统启动相应保护程序，使柴油能够继续保持运转或强制熄火。 (9)柴油机与自动变速器的综合控制。在装有电控自动变速器的柴油车上，将柴油机控制ECU和自动变速器控制ECU合为一体，实现柴油机与自动变速器的综合控制，以改善汽车的变速性能。 2柴油机电控燃油喷射系统的组成 如图7-31所示，柴油机电控燃油喷射系统除了控制喷油量外，对喷油正时和喷油的压力都有很高的要求。柴油机电控燃油喷射系统的喷油压力较高，约196 MPa。各种柴油电控系统的区别在于控制功能、传感器的数量和类型、执行元件的类型、ECU控制软件、主要电控元件的结构原理和安装位置，基本组成与其他电子控制系统一致，也由传感器、ECU、执行元件三部分组成。图7-31柴油机电控燃油喷射系统 (1)传感器。 加速踏板位置传感器； 反馈信号传感器； 燃油温度传感器； 其他传感器和信号开关。 (2)柴油机控制ECU。根据各传感器输入信号和内存程序，计算出供(喷)油量和供(喷)油开始时刻，并向执行元件发出执行令信号。四、柴油机电控燃油喷射系统的分类 (1)根据喷油量的控制分为位置控制式、时间控制式。(2)由产生高压油的机构不同分为直列泵式、分配泵式（图7-32）、泵喷油器式、单缸式、共轨式。图7-32 分喷泵电控喷射系统五、共轨式柴油机共轨系统将燃油压力产生和燃油喷射分离开来，如果把单体泵柴油喷射技术比作柴油技术的革命的话，那共轨就可以称作反叛了，因为它背离了传统的柴油系统而近似于顺序汽油喷射系统。共轨系统开辟了降低柴油发动机排放和噪声的新途径，如图7-33所示。图7-33共轨式柴油机 1供油系统得到精确控制 低压油泵将柴油从油箱中吸出，经过过滤提供给高压油泵，在低压泵内有一电磁阀控制燃油到达高压泵室，燃油进入管形蓄压器燃油轨道。在共轨上有压力传感器时时监测燃油压力，并将这一信号传递给ECU，通过对流量的调节控制共轨内的燃