课外教育北师大版高中二年级必修1 第6柴油机燃料供给

柴油机燃料供给与燃烧,目录,6.1.1柴油机混合气形成特点,柴油机混合气形成的理想过程应该是燃料喷入燃烧室后在尽可能短的时间内与周围空气均匀雾化、混合，形成可燃混合气；着火后继续喷入的燃料应及时得到足够的空气和混合能量，以便迅速混合，力求避免燃料直接进入高温缺氧区域，引起裂化。,与汽油机相比，柴油机的混合气形成有两个最显著的特点：一是混合气形成在气缸内部，二是混合气形成时间较短。,6.1.2柴油机的燃烧室,燃烧室是一个整体，位于活塞顶面和气缸盖底平面之间，燃料直接喷入该燃烧室中与空气进行混合燃烧。,柴油机燃烧室可分为两大类：直喷式燃烧室和分隔式燃烧室。,1.直喷式燃烧室,（a）浅盆形（b）形（c）球形直喷式燃烧室形式,6.1.2柴油机的燃烧室,分隔式燃烧室的结构特点是除位于活塞顶部的主燃烧室外，还有位于缸盖内的副燃烧室，两者之间有通道相连。,2.分隔式燃烧室,涡流室的形状,涡流室燃烧室,（1）涡流室燃烧室的结构,6.1.2柴油机的燃烧室,2.分隔式燃烧室,涡流室的形状,（2）预燃室燃烧室的结构,预燃室燃烧室的工作原理与涡流室式燃烧室相似，都是采用浓、稀两段混合燃烧。在压缩过程中，气缸内部分空气流入预燃室内，由于连接通道截面积很小，且不与预燃室相切，所以在预燃室内形成强烈的无组织的湍流。,目录,6.2.1柴油机燃油供给系的功用及要求,柴油机燃料供给系的功用是贮存、滤清和输送柴油，并按柴油机各种不同工况的要求，定时、定量、定压地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。,现代柴油机对燃料供给系的主要要求如下所述：1）根据柴油机的不同转速和不同负荷，供给相应的燃油量。2）燃油要在规定的时刻喷入缸内，即定时喷油。3）喷入气缸（或燃烧室）的燃油应呈良好的雾状，并满足规定的喷雾形状和角度，以高压喷入。4）保证燃烧过程最经济、功率最大且运转平稳，同时对柴油机零部件的寿命和运行安全有利。5）根据负荷变化能自动调节供油量。,6.2.2燃料供给系组成,柴油机燃油供给系统由油箱、输油泵、燃油滤清器、喷油泵、喷油器以及高低压油管等组成。,燃料供给系组成,目录,6.3柱塞式喷油泵,喷油泵又称为高压油泵，其作用是根据发动机的不同工况，定压、定时、定量的向喷油器输送高压柴油。,喷油泵的结构形式较多，车用柴油机的喷油泵按作用原理不同，可分为三类：1）柱塞式喷油泵2）喷油泵喷油器3）分配式喷油泵,6.3.1分泵,对多缸喷油泵来讲，是将与发动机缸数相同的几组泵油机构装配在同一壳体内形成的，其中每组泵油机构称为一个分泵。,A型喷油泵,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。,分泵的构造,6.3.1分泵,柱塞式喷油泵泵油原理,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,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）。,6.3.1分泵,出油阀的结构与工作原理,作用：防止燃油倒流，保证供油迅速，停油干脆。,出油阀偶件,6.3.2油量调节机构,出油量调节机构的作用是根据柴油机负荷和转速的变化相应地改变喷油泵的供油量并保证各缸的供油量一致。由喷油泵的工作原理可知，喷油泵的供油量可通过转动柱塞以改变柱塞的有效行程的办法来改变。,6.3.2油量调节机构,齿杆式油量调节机构,齿杆式油量调节机构的特点是传动平稳，但制造成本较高。,柱塞旋转机构,6.3.3传动机构,传动机构由喷油泵凸轮轴和滚轮传动部件组成。滚轮传动部件的功用是将凸轮的旋转运动转变为自身的往复直线运动，推动柱塞上行供油。,滚轮传动部件,6.3.4泵体,A型喷油泵采用整体式泵体，由铝合金铸成。分泵、油量调节机构及传动机构都装在泵体内。,A型喷油泵,A型喷油泵泵体,目录,四缸柴油机用VE泵实物图,六缸柴油机用VE泵实物图,6.4分配式喷油泵,分配式喷油泵按其结构特点分为转子式（径向压缩式）和单柱塞式（轴向压缩式）两大类。,VE型分配泵结构示意图,6.4.1泵体和泵盖,泵体和泵盖用铝合金铸成，支承着喷油泵的所有零部件。泵盖与泵体之间用橡胶垫密封，不得漏油。泵盖上安装有回油电磁阀、调速手柄、高速限制螺钉、怠速螺钉、最大油量调整螺钉等。,6.4.2驱动机构,驱动机构由驱动轴、调速器驱动齿轮、滚轮支架、滚轮、十字联轴器和平面凸轮盘等组成。,VE型分配泵,6.4.3滑片式输油泵,输油泵转子6由分配泵驱动轴5驱动，它偏心地安装在输油泵体8的内孔中，形成月形的工作腔。四块滑片7分别安装在输油泵转子的四个径向滑片槽内，将月形的工作腔分隔成A、B、C三个油腔。滑片可以在槽内作径向运动，并随着转子一起旋转。当分配泵驱动轴旋转时，滑片随之旋转，进油腔A容积由小变大，不断吸油，经过渡油腔B，送往出油腔C；出油腔容积由大变小，使柴油压力提高。,滑片式输油泵,6.4.4泵油机构,泵油机构是VE分配泵的关键部件，用以定时、定量产生高压油。它主要由柱塞、柱塞套、油量调节套筒、柱塞弹簧、出油阀偶件等组成。,泵油机构,6.4.4泵油机构,以四缸发动机配用的VE型分配泵为例：,VE型分配泵工作原理,1.进油过程,2.泵油过程,3.停油过程,4.压力平衡过程,5.断油电磁阀,6.4.5喷油提前器,在VE型分配式喷油泵体的下部安装有液压式喷油提前器。,液压式喷油提前器,目录,6.5.1喷油器功用与分类,喷油器是柴油机燃料供给系的重要部件，燃油的雾化质量和可燃混合气的良好形成，均与喷油器有直接关系。喷油器的功用：一是将一定数量的高压燃油雾化，并按一定的要求喷入燃烧室；二是使喷雾和燃烧室大小、形状相配合，分散到燃烧室各处，和空气迅速而完善的混合，形成均匀的可燃混合气。喷油器按结构型式可分为开式和闭式两大类。常见的闭式喷油器的型式有两种：孔式喷油器和轴针式喷油器。,6.5.2喷油器构造与工作原理,喷油器安装在气缸盖上，种类较多，车用柴油机喷油器常见的形式有两种：孔式喷油器和轴针式喷油器。,1.孔式喷油器,孔式喷油器图,喷油器针阀偶件,6.5.2喷油器构造与工作原理,2.轴针式喷油器,（a）不喷油（b）喷油喷油器喷油情况,轴针式喷油器适用于对喷雾要求不高的分隔式燃烧室，它的构造与孔式喷油器的不同之处在于针阀下端的密封锥面以下还延伸出一个轴针，其形状可以是倒锥形或圆柱形。,目录,6.6.1调速器的作用,柴油机转矩特性,调速器是一种随柴油机负荷与转速的变化自动调节喷油泵供油量、以限制或稳定转速的装置。,柴油机不同于汽油机，其转矩特性曲线比较平坦。,6.6.2调速器分类,1.按转速调节范围分类,1）全速式调速器2）两速式调速器3）单程式调速器4）极限式（限速式）调速器,2.按感应元件或执行机构分类,1）机械式调速器2）液压式调速器3）气动式调速器4）电子调速器,6.6.3全速调速器,机械离心式全速调速器有与柱塞式喷油泵配套的，也有装在分配式喷油泵体内的，其工作原理基本相同。以VE型分配泵的调速器为例：,1.VE型分配泵调速器的结构,VE型分配泵调速器结构示意图,6.6.3全速调速器,2.VE型分配泵调速器工作原理,VE型分配泵调速器工作原理,调速器传动轴旋转所产生的飞锤离心力与调速弹簧力相互作用，如果两者不平衡，调速套筒便会移动。,（1）启动（2）怠速（3）中速和最高速（4）最大供油量的调节,6.6.3全速调速器,3.附加装置,增压补偿器,（1）增压补偿器,在增压柴油机上装用的分配式喷油泵附有增压补偿器，其作用是根据增压压力的大小，自动增减供油量，以提高柴油机的有效功率和燃油经济性，并可减少有害气体的排放。,6.6.3全速调速器,3.附加装置,（a）正转矩校正（b）负转矩校正转矩校正装置,（2）转矩校正装置,根据需要可在VE型分配泵上装备正转矩校正或负转矩校正装置。,6.6.3全速调速器,3.附加装置,负荷传感供油提前装置,（3）负荷传感供油提前装置,功用是根据柴油机负荷的变化自动改变供油提前角。,6.6.3全速调速器,3.附加装置,大气压力补偿器,（4）大气压力补偿器,功用是随着大气压力的降低或海拔高度的增加自动减少供油量，以防止柴油机排气冒黑烟。,目录,6.7柴油机的燃烧过程,1.着火延迟期,柴油机的燃烧过程,着火延迟期是指从喷油开始（A点）到柴油开始着火（B点）的时期。,6.7柴油机的燃烧过程,2.速燃期,柴油机的燃烧过程,速燃期指从柴油开始着火（B点）到气缸内最高压力点（C点）的时期（如图中的）。,6.7柴油机的燃烧过程,3.缓燃期,柴油机的燃烧过程,缓燃期指从最高压力点（C点）到最高温度点（D点）的时期（如图中的）。,6.7柴油机的燃烧过程,4.后燃期,柴油机的燃烧过程,后燃期指从缓燃期终点（D点）到燃料基本燃烧完为止（E点）的时期（如图中的）。,目录,6.8.1概述,第一代为位置控制式电控燃油喷射系统，用电子喷油提前器代替原有的机械式喷油提前器来实现供油时间的控制。,从柴油机电控燃油喷射系统的控制方式来看，已经先后发展三代。,第二代为时间控制式电控燃油喷射系统，采用高速电磁阀来实现供油量和供油时刻的控制，供油加压功能仍由柱塞泵单独完成。,第三代为时间-压力控式电控燃油喷射系统，向共轨（燃油分配管）供油以维持所需的共轨压力，通过调节共轨压力来控制喷油压力，高速电磁阀则控制喷油量和喷油时间。,6.8.2柴油机电控燃油喷射系统的组成及控制原理,1.柴油机电控燃油喷射系统的组成,柴油机电控燃油喷射系统由控制系统和燃油供给系统两大部分组成。控制系统由传感器和其他信号输入装置、电脑控制单元（ECU）和执行器组成。燃油供给系统主要由喷油泵、喷油器、蓄压共轨、喷油器等组成，因柴油机电控燃油喷射系统的控制方式而各有差别。,6.8.2柴油机电控燃油喷射系统的组成及控制原理,2.柴油机电控燃油喷射系统的控制原理,传感器和其他信号输入装置把检测到的各种参数和信号输入到电控单元ECU中，电控单元ECU根据各种传感器适时检测到的柴油机运行参数和信号，与ECU中预先已经存储的参数值或参数图谱(称为MAP图)相比较，按其最佳值或计算后的目标值把指令输送到执行器（如喷油器等）。执行器根据ECU指令控制喷油量(齿条位置或电磁阀关闭持续时间)和喷油正时(正时控制阀开闭或电磁阀关闭始点)。电控柴油喷射系统还可和整车传动装置的ECU、制动防抱系统(ABS)的ECU及其它系统的ECU互通数据，从而实现整车的电控。,6.8.3柴油机电控燃油喷射系统的主要控制功能,1.喷油量的控制,喷油量的控制是柴油机电子控制系统的一项主要控制内容。ECU根据加速踏板位置传感器和转速传感器的输入信号，首先计算出基本喷油量，然后根据来自水温传感器、进气温度传感器、进气压力传感器以及电动机等信号，对这个基本喷油量加以修正，再与来自控制套筒位置传感器的信号进行比较后，产生与两者差值成比例的驱动电流，执行器则根据输出的驱动电流进行操作，使油门拉杆移动到目标位置，最后确定最佳喷油量。,6.8.3柴油机电控燃油喷射系统的主要控制功能,2.怠速转速等的控制,柴油机的低速怠速不稳，在机械式控制系统中用两种调速器控制。在电子控制的情况下，操作全部由ECU控制，根据加速踏板传感器、车速传感器、启动及转速等信号，可以决定怠速控制何时开始，其次再根据水温传感器、空调器等信号，算出所设的怠速转速以及相应的喷油量。为了使怠速能够保持稳定，也可以根据发动机转速的反馈信号，不断地对该喷油量进行修正。,6.8.3柴油机电控燃油喷射系统的主要控制功能,3.启动喷油量的控制,柴油机低温启动时，由于发动机的摩擦大，启动性变得较差，因此低温启动时，柴油机必须加大喷油量，使柴油机发出的扭矩大于自身的摩擦力矩，才能顺利启动。在电控柴油喷射系统中，由油门和转速决定基本喷油量，由水温传感器等信号决定补偿油量，两者的综合结果就是启动喷油量。,6.8.3柴油机电控燃油喷射系统的主要控制功能,4.各缸喷油量不均匀的修正,在多缸柴油机工作时，即使喷油量控制指令值一定，各缸喷油泵的性能差异仍将导致各缸的喷油量差异，从而引起发动机转速的波动，产生所谓的怠速振颤。柴油机电控系统可通过各缸在做功冲程时的曲轴转速变化判断各缸喷油量的差异，利用电磁溢流阀的快速响应性，及时修正各缸的喷油量，即按各缸间转速无波动偏差来控制各缸的喷油量，以降低发动机转速的波动。,6.8.3柴油机电控燃油喷射系统的主要控制功能,5.喷油正时的控制,首先，根据柴油机转速、负荷和冷却水温的信号在ECU中利用预先存储的喷油正时脉谱，计算确定喷油始点的目标值；其次，通过检测上止点参考脉冲与喷嘴针阀升程传感器输出脉冲之间的夹角，计算出实际喷油始点。将两者比较，决定最佳喷油始点后，ECU就输出一个脉宽可调的信号来控制一个电磁阀。为了实现柴油机燃烧的及时与完全，电控系统应根据柴油机的运行状态和环境条件来控制喷油正时。,6.废气再循环,该系统通过控制参与再循环的废气量以减少废气中的NOx排放量。,6.8.4典型电控喷射系统,1.位置控制式电控分配泵喷射系统,位置控制式电控分配泵系统就是将VE泵中的机械调速器换成电子控制的执行机构。,电控分配泵位置控制式,旋转螺旋线圈式执行机构,6.8.4典型电控喷射系统,1.位置控制式电控分配泵喷射系统,（1）喷油量控制,喷油量控制概念图,ECU根据发动机的状态计算出目标喷油量，并将其结果输出到驱动回路；驱动回路根据ECU的指令一边反馈控制执行机构的位置，一边控制输出。这样，将VE分配泵的溢油环控制在目标位置，从而控制喷油量。,6.8.4典型电控喷射系统,1.位置控制式电控分配泵喷射系统,（2）喷油时间控制,喷油时间控制概念图,VE型分配泵的提前器活塞内设有连通高压腔和低压腔的通道，按占空比控制定时调节阀，使定时活塞两侧的压力差变化，从而控制喷油时间。由传感器检测出定时活塞的位置，从而进行反馈控制。,6.8.4典型电控喷射系统,2.时间控制式电控泵喷嘴系统,电控泵喷嘴系统,以博世(Bosch)公司的1.9LTDI系统(2005款帕萨特柴油版)为例，其喷油泵与喷油器和控制单元组合在一起。,6.8.4典型电控喷射系统,2.时间控制式电控泵喷嘴系统,(a)预喷射循环开始(b)预喷射循环结束预喷射循环工作过程,为确保燃烧过程尽可能平稳，在主喷射循环之前，少量燃油在低压下被喷入。这个过程叫预喷射循环。少量燃油的燃烧使燃烧室内的压力和温度上升。,（1）预喷射循环,6.8.4典型电控喷射系统,2.时间控制式电控泵喷嘴系统,(a)主喷射循环开始(b)主喷射循环结束主喷射循环工作过程,喷油器针阀关闭后的短时间内，由于喷油器电磁阀仍然关闭，并且泵活塞继续下移。所以，高压腔内的压力立即重新上升。,（2）主喷射循环,6.8.4典型电控喷射系统,3.电控高压共轨燃油喷射系统,高压共轨系统组成结构图,电控高压共轨燃油喷射系统主要由高压泵、带调压阀的共轨管、带电磁阀的喷油器、ECU和各种传感器组成。,目录,6.9.1柴油机燃油供给系统的维护,1.柴油的净化,柴油机使用的柴油，除应按照行车使用说明以内规定与季节变化选用外，柴油中不应含有机械杂质和水分。使用中保持柴油清洁的措施是：（1）柴油在加入柴油箱之前，一般要经过72小时的沉淀过滤。加油时，加油口附近要清洁，不得晃动油桶或将油管插到底，最好采用密闭加油。（2）适时放出柴油和柴油滤清器内的沉淀物，并按时清洗柴油滤清器。（3）拆卸高压管或其他管路时，要用清洁的布包扎油管接头，防止尘土进入油管或机件内。,6.9.1柴油机燃油供给系统的维护,2.保证管路密封,柴油管路应不漏油，不进气。管路漏油与进气将会导致供油不足，甚至中断供油，从而使起动困难，工作不稳定，功率下降，甚至会自行熄火。引起柴油管路不密封的主要原因是油管破裂，油管接头松动或密封垫圈损坏，应及时更换。,6.9.1柴油机燃油供给系统的维护,3.主要部件维护,喷油泵的维护作业主要有外部的清洁、校准供油正时和向供油提前角自动调节装置补给润滑油等。,（1）喷油泵,（2）输油泵,维护时，应清洗检查输油泵。首先，检查并清洗进油口上的滤网。输油泵经清洗后，用手指压下推杆，应能将活塞完全压进；松开手柄，手柄应能完全弹出。否则，应拆检活塞和推杆的卡滞故障。,6.9.2喷油器的检修,1.解体,喷油器的针阀偶件为精密配合零件，在使用中不许互换。解体前，应确认缸序标记，按缸序拆卸喷油器。并保证能正确装回原位。,解体后在清洁的柴油中清洗针阀偶件、清洗时，可用木条清除针阀前端独针上的积炭；对阀座外部的积炭用铜丝刷清除；不得用手接触针阀的配合表面，以免手上的汗渍遗留在精密表面，引起锈蚀。,2.清洗,6.9.2喷油器的检修,3.检验,1）针阀和座的配合表面不得有烧伤或腐蚀等现象；2）针阀的轴针不得有变形或其它损伤；3）针阀偶件的配合间隙应符合相应标准。,6.9.3喷油泵、调速器检修,1.柱塞副的检修,（1）柱塞副的外观检验（2）