汽车构造（上册 第4版）课件：柴油机燃油供给系统

柴油机燃油供给系统柴油机燃油供给系统第一节柴油及其使用性能 第二节柴油机燃油供给系统的组成 第三节机械式喷油器 第四节机械柱塞式喷油泵 第五节分配式喷油泵 第六节泵喷嘴与单体泵系统 第七节共轨供油系统 第八节柴油机燃油滤清装置2314567第一节柴油及其使用性能

第一节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200~350℃之间的馏分即为柴油。柴油分为车用柴油和重柴油。1.车用柴油的牌号和规格车用柴油按其凝点分为5、0、-10、-20、-35和-50等几种牌号。2.车用柴油的使用性能为了保证高速柴油机正常、高效地工作,车用柴油应具有良好的发火性、蒸发性、低温流动性、化学安定性、防腐性和适当的黏度等诸多的使用性能。2134567第二节柴油机燃油供给系统的组成一、柴油机混合气形成特点柴油机以柴油为燃料。由于柴油的蒸发性和流动性都比汽油差,因此柴油相比汽油在气缸外部形成可燃混合气较为困难。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。与汽油机相比,柴油机混合气形成的时间极短,只占15°~35°曲轴转角。柴油机燃烧室的形状不胜枚举,一般均按其结构形式分为直喷式燃烧室和分隔式燃烧室两大类。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,主、副燃烧室之间用通道连通。分隔式燃烧室又有涡流燃烧室(图5-2a)和预燃燃烧室(图5-2b)之分。一、柴油机混合气形成特点图5-2分隔式燃烧室a)涡流燃烧室b)预燃燃烧室1—电热塞2—喷油器3—燃油喷柱4—通道5—主燃烧室6—涡流室7—预燃室二、柴油机燃油供给系统的功用1)在适当的时刻,将一定数量的洁净柴油增压后以适当的规律喷入燃烧室。各缸的喷油定时和喷油量相同且与柴油机运行工况相适应。喷油压力、喷柱雾化质量及其在燃烧室内的分布与燃烧室类型相适应。2)在每一个工作循环内,各气缸均喷油一次,喷油次序与气缸工作顺序一致。3)根据柴油机负荷的变化自动调节循环供油量,以保证柴油机稳定运转,尤其是稳定怠速,同时还具有限制超速的作用。三、传统机械式柴油机燃油供给系统的组成传统机械式柴油机燃油供给系统包括喷油泵、喷油器和调速器等主要部件及燃油箱、输油泵、油水分离器、燃油滤清器、喷油提前器和高、低压油管等辅助装置。图5-3所示为装有直列柱塞式喷油泵的柴油机燃油供给系统示意图。图5-3直列柱塞式喷油泵柴油机燃油供给系统示意图1—喷油器2—燃油滤清器3—直列柱塞式喷油泵4—喷油提前器5—输油泵6—调速器7—油水分离器8—燃油箱9—高压油管10—回油管11—低压油管2134567第三节

机械式喷油器第三节、机械式喷油器

喷油器是柴油机燃油供给系统中实现燃油喷射的重要部件,其功用是根据柴油机混合气形成的特点,将燃油雾化成细微的油滴,并将其喷射到燃烧室特定的部位。喷油器应满足不同类型的燃烧室对喷雾特性的要求。一般说来,喷柱应有一定的贯穿距离和喷雾锥角,以及良好的雾化质量,而且在喷油结束时不发生滴漏现象。汽车柴油机广泛采用闭式喷油器。根据喷油嘴结构形式的不同,闭式喷油器又可分为孔式喷油器和轴针式喷油器两种,分别用于不同类型的燃烧室。一、孔式喷油器1.孔式喷油器结构孔式喷油器用于直喷式燃烧室柴油机上,其结构如图5-5所示。由针阀11和针阀体12构成的喷油嘴通过锁紧螺母10与喷油器体9紧固在一起。2.孔式喷油器工作原理图5-5孔式喷油器结构1—回油管接头2、18—衬垫3—调压螺钉保护螺母4、6—垫圈5—调压螺钉7—调压弹簧8—顶杆9—喷油器体10—喷油嘴锁紧螺母11—针阀12—针阀体13—垫块14—定位销15—进油管接头保护螺母16—进油管接头17—喷油器滤芯19—保护套二、轴针式喷油器轴针式喷油器与孔式喷油器的工作原理相同、结构相似,只是喷油嘴头部的结构不同而已。在轴针式喷油器中,针阀密封锥面以下有一段轴针,它穿过针阀体上的喷孔且稍凸出于针阀体之外,使喷孔呈圆环形。因此,轴针式喷油器的喷柱是空心的。轴针可以制成圆柱形或截锥形(图5-8)。图5-8轴针式喷油器的结构形式a)圆柱形轴针b)截锥形轴针1—针阀2—针阀体3—承压锥面4—压力室5—密封锥面6—轴针2134567第四节机械柱塞式喷油泵第四节机械柱塞式喷油泵喷油泵的功用是按照柴油机的运行工况和气缸工作顺序,以一定的规律适时、定量地向喷油器输送高压燃油。多缸车用柴油机的机械式喷油泵应满足下列要求:1)各缸供油量相等。2)各缸供油提前角相同,误差小于0.5°~1°曲轴转角。3)各缸供油持续角一致。4)能迅速停止供油,以防止喷油器发生滴漏现象。喷油泵种类很多,有直列柱塞式喷油泵、转子分配式喷油泵,还有泵-喷嘴等。一、柱塞式喷油泵系列世界各国的喷油泵制造厂都是以几种不同的柱塞行程作为基础,将喷油泵划分成为数不多的几个系列或型号,如A型、B型、P型、Z型等,然后再配以不同尺寸的柱塞偶件,构成若干种循环供油量不等的喷油泵,以满足各种不同功率柴油机的需要。A型、B型喷油泵的基本结构相同,均为直列柱塞式喷油泵的传统结构。P型喷油泵则另辟蹊径,采用不开侧窗口的箱式封闭泵体,使喷油泵结构得到强化。下面分别介绍A型和P型喷油泵的结构及其工作原理。二、A型喷油泵的结构及工作原理(一)A型喷油泵结构柱塞式喷油泵由泵油机构、供油量调节机构、驱动机构和喷油泵体等部分组成。A型喷油泵结构如图5-13所示。图5-13

A型喷油泵结构1—齿圈2—供油量调节齿杆3—出油阀紧座4—出油阀弹簧5—出油阀6—出油阀座7—柱塞套8—低压油腔9—定位螺钉10—柱塞11—齿圈夹紧螺钉12—油量调节套筒13、15—上、下柱塞弹簧座14—柱塞弹簧16—供油定时调节螺钉17—挺柱18—滚轮销19—滚轮20—喷油泵凸轮轴21—凸轮22—喷油泵体23—供油量调节齿杆保护螺母24—联轴器从动盘25、26—轴承二、A型喷油泵的结构及工作原理(二)A型喷油泵工作原理1.运动过程2.泵油过程3.供油量的调节4.供油定时的调节三、P型喷油泵结构特点P型喷油泵的工作原理与A型喷油泵基本相同,但在结构上却脱离了柱塞式喷油泵的传统结构,具有一些明显的特点。1.箱形封闭式喷油泵体2.吊挂式柱塞套3.钢球式供油量调节机构4.压力润滑四、喷油提前器喷油提前器实际上是喷油泵供油提前角自动调节装置。供油提前角对柴油机性能有很大的影响,供油提前角过大或过小均会使柴油机的动力性和经济性恶化。为了保证柴油机有良好的使用性能,必须在最佳供油提前角下工作。当转速和供油量一定时,能获得最大功率和最小燃油消耗率的供油时刻,称最佳供油提前角。最佳供油提前角随柴油机转速和负荷而变化,转速越高,负荷越大,最佳供油提前角也越大。五、调速器调速器是一种自动调节装置,它根据柴油机负荷的变化,自动增减喷油泵的供油量,使柴油机能够以稳定的转速运行。按调速器起作用的转速范围不同,又可分为两极式调速器和全程式调速器。五、调速器(一)RQ型调速器结构通常把调速器结构分为感应部件、传动部件和附加装置三部分。感应部件用来感知柴油机转速的变化,并发出相应的信号;传动部件则根据此信号进行供油量的调节。RQ型两极式调速器如图5-24所示。图5-24

RQ型两极式调速器1—供油量调节齿杆2—连接杆3—飞锤4—半圆键5—喷油泵凸轮轴6—内弹簧座7—内弹簧8—中间弹簧9—外弹簧10—外弹簧座11—调速器壳体12—停油臂13—挡销14—怠速稳定弹簧15—调速杠杆16—滑块17—摇杆18—角形杠杆19—转矩平稳装置20—滑动销21—导向销22—调速套筒23—调速器盖24—调速手柄五、调速器(二)RQ型调速器基本工作原理(1)起动如图5-25b所示,将调速手柄2从停车挡块1移至最高速挡块4上。(2)怠速如图5-25c所示,柴油机起动之后,将调速手柄2置于怠速位置。图5-25

RQ型调速器工作原理示意图1—停车挡块2—调速手柄3—摇杆4—最高速挡块5—滑块6—调速杠杆7—供油量调节齿杆8—喷油泵柱塞9—供油量限制弹性挡块10—喷油泵凸轮轴11—飞锤12—调速弹簧13—调节螺母14—角形杠杆15—调速套筒16—导向销17—铰接点五、调速器(3)中速如图5-25d所示,将调速手柄从怠速位置移至中速位置,供油量调节齿杆处于部分负荷供油位置,柴油机转速较高,飞锤进一步外移直到飞锤底部与内弹簧座接触为止。(4)最高转速如图5-25e所示,将调速手柄置于最高速挡块4上,供油量调节齿杆相应地移至全负荷供油位置,柴油机转速由中速升高到最高速。(5)停车如图5-25a所示,将调速手柄置于停车挡块1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到停油位置,柴油机停车,调速器飞锤在调速弹簧的作用下抵靠在安装飞锤的轴套上。六、输油泵六、输油泵输油泵的功用是保证足够数量的柴油自燃油箱输送到喷油泵,并维持一定的供油压力,克服管路及燃油滤清器阻力,使柴油在低压管路中循环。输油泵的输油量一般为柴油机全负荷需要量的3~4倍。输油泵有膜片式、滑片式、活塞式及齿轮式等几种形式。活塞式输油泵安装在柱塞式喷油泵的侧面,并由喷油泵凸轮轴上的偏心轮驱动。2134567第五节

分配式喷油泵第五节分配式喷油泵分配式喷油泵简称分配泵,有转子式(径向压缩式)和单柱塞式(轴向压缩式)两大类。分配泵与柱塞式喷油泵相比,有许多特点:1)分配泵结构简单,零件少,体积小,质量小,使用中故障少,容易维修。2)分配泵精密偶件加工精度高,供油均匀性好,因此不需要进行各缸供油量和供油定时的调节。3)分配泵的运动件靠喷油泵体内的柴油进行润滑和冷却,因此,对柴油的清洁度要求很高。4)分配泵凸轮的升程小,有利于提高柴油机转速。一、VE型分配泵结构VE型分配泵由驱动机构、二级滑片式输油泵、高压分配泵头和电磁式断油阀等部分组成。此外,机械式调速器和液压式喷油提前器也安装在分配泵体内(图5-29)。图5-29

VE型分配泵1—二级滑片式输油泵2—调速器驱动齿轮3—液压式喷油提前器4—平面凸轮盘5—油量调节套筒6—柱塞弹簧7—分配柱塞8—出油阀9—柱塞套10—断油阀11—调速器张力杠杆12—溢流节流孔13—停油手柄14—调速弹簧15—调速手柄16—调速套筒17—飞锤18—调压阀19—驱动轴二、VE型分配泵工作过程VE型分配泵的工作过程如图5-32所示。图5-32

VE型分配泵的工作过程a)进油过程b)泵油过程c)停油过程d)压力平衡过程1—断油阀2—进油孔3—进油槽4—柱塞腔5—喷油器6—出油阀7—分配油道8—出油孔9—压力平衡孔10—中心油孔11—泄油孔12—平面凸轮盘13—滚轮14—分配柱塞15—油量调节套筒16—压力平衡槽17—进油道18—燃油分配孔19—喷油泵体20—柱塞套三、电磁式断油阀VE型分配泵装有电磁式断油阀,其电路和工作原理如图5-33所示。图5-33电磁式断油阀电路和工作原理1—蓄电池2—起动开关3—电阻4—电磁线圈5—回位弹簧6—阀门7—进油孔8—进油道四、液压式喷油提前器在VE型分配泵体的下部安装有液压式喷油提前器,其结构如图5-34所示。图5-34液压式喷油提前器的结构1—壳体2—活塞3—连接销4—传力销5—弹簧6—滚轮7—滚轮架8—滚轮轴五、全程式调速器机械离心全程式调速器的结构形式很多,有与柱塞式喷油泵配套的,也有装在分配泵体内的,但其工作原理基本相同。(一)VE型分配泵调速器结构如图5-35所示,在飞锤支架2上装有4个飞锤3,飞锤通过止推片推动调速套筒4移动。张力杠杆12、起动杠杆15和导杆16组成调速器杠杆系统。图5-35

VE型分配泵调速器结构示意图五、全程式调速器(二)VE型分配泵调速器工作原理全程式调速器的基本调速原理是,由于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。调速套筒的移动通过调速器的杠杆系统使供油量调节套筒的位置发生变化,从而增减供油量,以适应柴油机运行工况变化的需要。六、滑片式输油泵在采用分配泵的柴油机燃油系统中有两个输油泵,即一级膜片式输油泵和二级滑片式输油泵,前者与汽油机燃油系统中的膜片式输油泵完全相同。分配泵燃油系统采用两级输油泵,是因为分配泵每次进油的时间很短,进油节流阻力较大。为了保证分配泵进油充分,需要提高输油压力,为此在分配泵内增设一个滑片式输油泵。滑片式输油泵由输油泵体、输油泵盖、转子和滑片等零件构成。滑片式输油泵出口油压随其转速增高而增大。为了保持油压稳定,在输油泵出口装置了调压阀。2134567第六节泵喷嘴与单体泵系统第六节泵喷嘴与单体泵系统为了改善柴油机的运转性能,满足日益严格的排放标准以及降低燃油消耗率,从20世纪80年代初期开始,各种电控柴油喷射系统相继问世。与传统的机械控制柴油喷射系统相比,电控柴油喷射系统有下列优点:1)机械控制喷射系统的工作主要受柴油机的转速和加速踏板的位置影响,而电控喷射系统能够通过多个传感器检测柴油机的运转工况和环境条件,由电控单元根据控制目标计算出最佳的循环喷油量和喷油时刻等,然后控制执行器完成,从而实现最优控制。2)机械控制喷射系统会存在调整的误差和机械磨损等,导致喷油量、喷油时刻偏离目标值,而电控喷射系统可以通过反馈控制,提高其控制精度,动态响应快。第六节泵喷嘴与单体泵系统3)电控喷射系统取消了机械式调速器和供油提前调整装置,从而大幅度减小了供油系统的尺寸和质量,使柴油机更加紧凑。4)在电控喷射系统中,只需要改变控制策略和内部存储的数据,就可以改变燃油系统的供油特性,一套燃油系统的机械及电控系统硬件部分可适用于多种型号的柴油机。在柴油机与燃油系统的匹配过程中减少了机械加工,缩短了新产品的开发周期。柴油机电控喷射系统按照燃油喷射的控制方式可分为位置控制式和时间控制式两大类。一、泵喷嘴系统泵喷嘴系统将产生高压的泵油柱塞与喷油的针阀体偶件集成一体,取消了高压油管连接,减少了系统内燃油压力的波动和可压缩性带来的不良影响,使该系统能够提供200MPa以上的喷射压力,为改善柴油机各项性能提供了技术条件。泵喷嘴系统在每个气缸上安装一套,由缸盖上的顶置式凸轮轴驱动,定时、定量喷油控制与产生高压均在系统内完成。泵喷嘴系统有机械式和电控式两类。电控泵喷嘴系统仍采用柱塞实现对燃油的加压,喷油量和喷油正时由电磁阀来控制,具有以下结构特点:1)采用大容量齿轮泵提供燃油。2)清洁燃油供入气缸盖上的主供油管,通过喷油器的溢油管经调压阀排出气缸盖外部来完成溢油。一、泵喷嘴系统3)高压燃油通过凸轮直接或通过摇臂间接驱动柱塞实现升压,电控单元根据发动机转速、曲轴转角和加速踏板位置等信号进行最佳燃油喷射时刻、喷射量的计算,控制溢油电磁阀来完成喷油。4)实现高压喷射,通过适当组合喷油嘴的喷孔流通截面积和驱动凸轮的形状,可以改变喷油速率的变化规律,先缓后急,减少预混合期间的喷油量,实现控制预混合燃烧的目的。电控泵喷嘴常见的结构有两种,即一种是电磁阀内置式电控泵喷嘴,;另一种是电磁阀侧置式电控泵喷嘴。二、电控单体泵单体泵的驱动方式和喷油控制与泵喷嘴类似,不同之处在于单体泵系统的柱塞泵与喷油器是分开的,通过一根高压油管进行连接,又称为泵-管-嘴系统。单体泵的喷油器安装在缸盖上,而柱塞泵则安装在发动机缸体侧面,由凸轮轴上的供油凸轮直接驱动。与泵喷嘴相比,单体泵喷油器体积小,不需要对气缸盖进行重新设计;直接由凸轮驱动,不需要摇臂,易于拆装,维护方便。单体泵的高压油管需要承受脉动的高压,因此要用无缝钢管制造,设计时长度尽可能短,对于多缸机各个气缸的高压油管长度应该一致。2134567第七节共轨供油系统第七节共轨供油系统高压共轨式供油系统的主要特征是该系统中有一根各缸共用的高压油管(共轨),用高压油泵向共轨管路中泵油,经过共轨将一定高压值的燃油分别送往各缸喷油器,使各缸燃油喷射压力一致。和其他供油系统相比,共轨系统有如下优点:1)可实现高压喷射,能够达到200MPa甚至更高的喷射压力,极大地改善了燃油的喷雾质量。2)喷射压力可以独立控制,不受发动机转速、喷油时刻和喷油量的影响。3)喷油量和喷油时刻自由控制,可以在一个工作循环中进行多次预喷、后喷,能够调节喷油速率,实现理想的喷油规律。4)良好的喷射特性可优化燃烧过程,使发动机油耗、烟度、噪声及排放等性能指标得到明显改善。5)结构简单,可靠性好,适应性强,可在所有新老发动机上应用。一、共轨供油系统的基本组成共轨供油系统的基本组成如图5-42所示,由高压油泵18、油轨3、燃油压力传感器1、压力限制阀2、流量限制器4、高压油管6、电控喷油器7和油量计量阀17等组成。图5-42共轨供油系统的基本组成1—燃油压力传感器2—压力限制阀3—油轨4—流量限制器5—回油管6—高压油管7—喷油器8—燃油冷却器9—机械撞车阀10—一级燃油泵11—燃油箱12—双金属预热阀13—燃油滤清器14—压力保持阀15—燃油温度传感器16—二级燃油泵17—油量计量阀18—高压油泵二、高压油泵高压油泵的供油量必须满足柴油机的喷油量与控制油量之和的需求以及起动、加速时油量急剧变化工况的需求。高压油泵的结构形式有三缸径向柱塞泵(图5-43、图5-44),多适用于乘用车的高转速柴油机、小流量燃油需求;直列双柱塞高压油泵,多适用于商用车低转速柴油机、大流量燃油需求。图5-43三缸径向柱塞泵纵向剖视