第5章柴油機(jī)燃料供給系

第五章柴油機(jī)供給系

柴油粘度大，蒸發(fā)性差，因此不能通過化油器在氣缸外部與空氣形成均勻的混合氣，故采用高壓噴射的方法，在壓縮接近終了時(shí)把柴油噴入氣缸，在缸內(nèi)形成混合氣。并借缸內(nèi)空氣的高溫自行發(fā)火燃燒。因此，柴油機(jī)的供給系，構(gòu)造及工作原理與汽油機(jī)有較大的區(qū)別。輕柴油用于高速柴油機(jī)。重柴油用于中、低速柴油機(jī)。汽車柴油機(jī)為高速柴油機(jī)，所以使用輕柴油。

1、柴油的牌號及規(guī)格輕柴油按質(zhì)量分：優(yōu)等品、一等品、合格品。牌號：按柴油的凝點(diǎn)（失去流動性的溫度）分為：

10、0、–10、–20、–35、–50六個(gè)牌號。第一節(jié)柴油及其使用性能柴油分為輕柴油和重柴油：2、輕柴油的使用性能發(fā)火性：指燃油的自燃能力。用十六烷值表示（通過對比試驗(yàn)測定。），十六烷值40—50時(shí)，自燃性好，自燃溫度低，發(fā)動機(jī)工作柔和，冷起動好。十六烷值>65，柴油蒸發(fā)性差氣體混合不均勻，發(fā)動機(jī)工作粗暴，排氣冒煙蒸發(fā)性：評定柴油蒸發(fā)汽化的能力。測50%的餾出溫度（顯示輕、中質(zhì)成分含量，該溫度不得高于300oC）、90%的餾出溫度（顯示重質(zhì)難蒸發(fā)成分含量，T越低越好）。閃點(diǎn)：在一定試驗(yàn)條件下，柴油蒸發(fā)與空氣形成的混合氣接近火焰時(shí)，開始出現(xiàn)閃火的溫度。T越低，蒸發(fā)性越好。低溫流動性（評定柴油低溫流動性能）：粘度：評定柴油稀稠的指標(biāo)，與流動性有關(guān)。要求柴油在其工作溫度下粘度應(yīng)保持適中。（過稀→遺漏，加劇精密偶件磨損。過稠→流動阻力↑，影響霧化質(zhì)量。）3、車用輕柴油的選擇

的最高溫度。冷凝點(diǎn)比凝點(diǎn)高4~6oC。

冷凝點(diǎn)：在一定試驗(yàn)條件下，在1min內(nèi)柴油開始不能流過過濾器20ml時(shí)凝點(diǎn)：失去流動性的溫度。按照當(dāng)?shù)卦嘛L(fēng)險(xiǎn)率為10%的最低氣溫選用柴油牌號。一般所選柴油牌號應(yīng)比最低氣溫低5oC以上。如：當(dāng)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)率為10%的最低氣溫為0oC或–5oC則選用的柴油牌號應(yīng)為–10號。

第二節(jié)柴油機(jī)供給系的組成

一、柴油機(jī)混合氣形成特點(diǎn)（前面已敘述）

由于柴油機(jī)混合氣形成的時(shí)間極短，只占15—35o曲軸轉(zhuǎn)角。因此，為在短時(shí)間內(nèi)使其混合均勻，完全燃燒，必須要重視對燃油系統(tǒng)、燃燒室及它們之間互相匹配的設(shè)計(jì)。不同形式的燃燒室對噴油始點(diǎn)、噴油壓力、噴油規(guī)律、噴注霧化質(zhì)量及其在燃燒室中的分布等都有不同要求。以上參數(shù)的選取將直接影響柴油機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性及噪聲水平。（圖1）（圖2）（圖1）（圖2）渦流燃燒室預(yù)燃燃燒室

直噴式：由凹形活塞頂與缸蓋內(nèi)壁所圍成的單腔。

渦流燃燒室（付燃燒室占總?cè)莘e50—80%）

預(yù)燃燃燒室（付燃燃燒室占總?cè)莘e25—45%）

燃燒室形式：

分開式：

（又稱統(tǒng)一式）主燃燒室（一部分住于活塞頂與缸蓋底之間）付燃燒室（一部分住于缸蓋中）

主、付燃燒室由一個(gè)或幾個(gè)孔相連通。（配用孔式噴油器170—220個(gè)大氣壓）（又稱直噴式燃燒室）優(yōu)點(diǎn)：工藝簡單、結(jié)構(gòu)緊湊，起動性好。

缺點(diǎn)：噴油器加工精度要求高，小孔易堵塞，燃燒前期室內(nèi)形成的混合氣較多，工作粗暴。U型（配用軸針式噴油器120—140個(gè)大氣壓）優(yōu)點(diǎn)：混合氣的形成靠強(qiáng)烈的空氣運(yùn)動，對噴油器、油壓要求低。主燃燒室內(nèi)氣壓升高緩和，發(fā)動機(jī)工作柔和平放。

缺點(diǎn)：能量損失較大（∵散熱面大），起動性差。為改善起動性能要設(shè)電熱塞。

二、柴油機(jī)供給系的功用：1）在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻，將一定數(shù)量的潔凈燃油增壓后以適當(dāng)?shù)囊?guī)律噴入燃燒室，各缸的噴油定時(shí)和噴油量相同且與柴油機(jī)運(yùn)行工況相適應(yīng)。噴油壓力、噴注霧化質(zhì)量及其在燃燒室內(nèi)的分布與燃燒室類型相適應(yīng)。2）在每一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)，各缸均噴油一次，噴油次序與氣缸工作順序一致。3）根據(jù)柴油機(jī)負(fù)荷的變化自動調(diào)節(jié)循環(huán)供油量，以保證柴油機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，尤其是穩(wěn)定怠速，限制超速。4）儲存一定數(shù)量的燃油，保證汽車的最大續(xù)駛里程。

三、柴油機(jī)燃油供給系的組成柱塞式噴油泵油箱油水分離器油泵濾清器噴油泵噴油器分配式噴油泵油水分離器油箱一級油泵濾清器限壓閥旁通閥二級油泵

第三節(jié)噴油器一、功用：

①霧化均勻。

②噴射干脆利落。③無后滴現(xiàn)象。④油束形狀與方向，適應(yīng)燃燒室。二、設(shè)計(jì)要求：三、組成：針閥針閥體頂桿調(diào)壓彈簧調(diào)壓螺釘噴油器體使燃油物化成細(xì)微油滴，并將其噴射到燃燒室特定部位。四、類型：孔式噴油器：孔數(shù)2~8個(gè)（個(gè)別12個(gè)），孔徑0.2~0.8mm。軸針式噴油器：只有一個(gè)噴孔（Φ=1~3mm）承壓錐面密封錐面工作原理：孔式噴油器實(shí)物演示軸針式噴油器實(shí)物演示

接合座

①針閥與閥體為精密偶件（配合間隙0.002—0.004mm）不能互換。

②承壓錐面，密封錐面。

長型：將噴嘴加長，針閥導(dǎo)向部分遠(yuǎn)離燃燒室，以減少針閥受熱及變形，避免針閥卡死。用于ε大的柴油機(jī)。

短型：用于ε小的柴油機(jī)。

低慣量孔式噴油器：

1、結(jié)構(gòu)：

2、類型：（調(diào)壓彈簧下置）孔式噴油器：旋入燃燒室旋入燃燒室短型噴油器用于ε小的發(fā)動機(jī)長型噴油器用于ε大的發(fā)動機(jī)承壓錐面密封錐面工作原理與孔式噴油器相同。結(jié)構(gòu)相似。針閥下端的密封錐面以下延伸出一個(gè)軸針，是圓柱形或倒錐形。特點(diǎn)：軸針式噴油器：

普通型：軸針較短，圓環(huán)形噴孔的長度短。

節(jié)流型：軸針較長，圓環(huán)形噴孔的長度長。噴油特性：先緩后急，有利于緩和燃燒初期氣缸壓力的增長，對降低燃燒噪聲有利。

分流型：適用于渦流燃燒室。分流孔：起動時(shí)噴射。

主噴孔：起動后加入噴射。

噴油特性比較（圖1）（圖2）（圖1）軸針式噴油器類型：普通型節(jié)流型

主付（圖2）分流型低慣量軸針式噴油器：橫向孔、中心孔。當(dāng)工作時(shí)，既從中心孔噴油，又從橫向孔噴油，從而改善噴油中燃油的分布，有利混合氣混合均勻。調(diào)壓螺母保護(hù)螺母墊圈進(jìn)油管回油管一般噴油器低慣量軸針式噴油器

第四節(jié)柱塞式噴油泵多缸車用柴油機(jī)的噴油泵應(yīng)滿足下列要求。1）各缸供油量相等。在標(biāo)定工況下各缸供油量相差不超過3％~4％。噴油泵的供油量應(yīng)隨柴油機(jī)工況的變化而變化，為此噴油泵必須有供油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。2）各缸供油提前角相同，誤差小于0.5°~1°曲軸轉(zhuǎn)角。供油提前角也應(yīng)隨柴油機(jī)工況的變化而變化，為此應(yīng)裝置噴油提前器。3）各缸供油持續(xù)角一致。4）能迅速停止供油，以防止噴油器發(fā)生滴漏現(xiàn)象。噴油泵種類很多，在汽車柴油機(jī)上得到廣泛應(yīng)用的有直列柱塞式噴油泵和轉(zhuǎn)子分配式噴油泵。直列柱塞式噴油泵創(chuàng)制、發(fā)展和應(yīng)用的歷史比較久遠(yuǎn)，性能良好，工作可靠，為大多數(shù)汽車柴油機(jī)所采用。柱塞式噴油泵柱塞式噴油泵二、柱塞式噴油泵的結(jié)構(gòu)及工作原理：

1、構(gòu)造：分泵油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)傳動機(jī)構(gòu)泵體。

柱塞偶件（配合間隙0.0015~0.0025mm）

出油閥偶件（減壓環(huán)帶、密封錐面）

柱塞彈簧：使柱塞迅速回位。

出油閥彈簧：控制出油壓力。

出油閥壓緊座：可調(diào)整彈簧的壓緊力。

（各分泵相互配合的偶件不可互換）

2、分泵結(jié)構(gòu)（泵油機(jī)構(gòu)）

出油閥偶件柱塞偶件柱塞套柱塞3、工作原理：h—柱塞最大行程，hg—柱塞有效行程（泵油行程）。

進(jìn)油：柱塞下行進(jìn)油口開

壓油：柱塞上行進(jìn)油口關(guān)

回油：柱塞上行回油口接通動畫要想改變供油量則調(diào)整hg

4、油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)：控制套筒柱塞齒圈

(1)、齒輪式柱塞轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)：改變齒條與齒圈的相對位置，使柱塞與柱塞套之間相對轉(zhuǎn)動，而調(diào)節(jié)供油量。

(2)、拔叉式柱塞轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)：移動調(diào)節(jié)拉桿，改變拔叉擺向，使柱塞相對于柱塞套轉(zhuǎn)動，而調(diào)節(jié)供油量。5、傳動機(jī)構(gòu)：凸輪軸凸輪滾輪正時(shí)齒輪n曲:n凸=2:11、改變凸輪軸與曲軸的相對角位置，使各缸的噴油提前角同步變化（通過調(diào)整聯(lián)軸節(jié)來實(shí)現(xiàn)）。（圖1）2、改變滾輪部件的高度H，可糾正某缸因磨損而變化的噴油提前角。

a、更換墊片。b、調(diào)節(jié)滾輪部件上的調(diào)整螺釘。主動軸軸孔從動件中間傳力凸緣盤中間傳力片中間傳力片噴油提前角自動調(diào)節(jié)裝置（圖1）（圖2）三、噴油提前角的調(diào)整方法：（圖2）

四、噴油提前器：即噴油泵提前角自動調(diào)節(jié)裝置。

為保證柴油機(jī)有良好的使用性能，必須在最佳供油提前角下工作。當(dāng)轉(zhuǎn)速和供油量一定時(shí)，能獲得最大功率和最小燃油消耗率的供油時(shí)刻，稱為最佳供油提前角。最佳供油提前角隨柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷而變化。轉(zhuǎn)速高，負(fù)荷大，則最佳供油提前角也越大。

自動調(diào)節(jié)范圍為：（0o~10o）的曲軸轉(zhuǎn)角

飛錘銷從動盤飛錘傳動銷傳動銷離心力主動盤防護(hù)罩n飛錘銷傳動銷飛錘銷主動盤凸緣，連接主動軸

第五節(jié)分配式噴油泵一、分配泵的特性：分配泵與柱塞式噴油泵相比，有許多特點(diǎn)：1）分配泵結(jié)構(gòu)簡單，零件少，體積輕，使用中故障少，容易維修。2）分配泵精密偶件加工精度高，供油均勻性好，因此不需要進(jìn)行各缸供油量和供油定時(shí)的調(diào)節(jié)。3）分配泵的運(yùn)動件靠噴油泵體內(nèi)的柴油進(jìn)行潤滑和冷卻，因此，對柴油的清潔度要求很高。4）分配泵凸輪的升程小，有利于提高柴油機(jī)轉(zhuǎn)速。旁通閥

二、VE（單柱塞式）分配泵的結(jié)構(gòu)1.進(jìn)油道2.回油道7.滑片3.調(diào)壓彈簧4.調(diào)壓閥5.驅(qū)動軸6.輸油泵轉(zhuǎn)子A－進(jìn)油腔B－出油腔滑片式輸油泵油水分離器油箱一級油泵濾清器調(diào)壓閥二級油泵低壓油腔高壓油腔

轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動+平移不轉(zhuǎn)動驅(qū)動軸凸輪盤分配泵的結(jié)構(gòu)

三、VE（單柱塞式）分配泵的工作過程驅(qū)動軸壓力平衡槽F推>F彈a)進(jìn)油b)泵油c)

停油d)

壓力平衡柱塞體減小電流，減小導(dǎo)線發(fā)熱，延長使用壽命。停機(jī)正常工作起動電磁線圈

四、電磁式斷油閥當(dāng)n升高，高壓油腔壓力升高，推動活塞左移，使凸輪盤相對于滾輪架轉(zhuǎn)一角度，使供油提前。五、液壓式噴油提前器：滾輪架n活塞高壓油腔P高壓油P低壓油+F彈低壓油腔泵體噴油提前器（圖1）hg、G（供油量）

n（圖1）該特性對工況多變的車用柴油機(jī)是不利的。調(diào)速器是根據(jù)發(fā)動機(jī)負(fù)荷變化而自動調(diào)節(jié)供油量，從而保證發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在很小的范圍內(nèi)變化。

第六節(jié)調(diào)速器

一、作用：

二、類型：兩極式調(diào)速器、全程式調(diào)速器。

比如：1、超速：

當(dāng)汽車下坡時(shí)，突然卸載=>n↑→G↑→n↑↑→G↑↑→n↑↑↑=>超速。排氣管昌煙，發(fā)動機(jī)過熱損壞。

2、怠速不穩(wěn)定：當(dāng)?shù)∷俟r時(shí)，發(fā)動機(jī)內(nèi)部因某種原因使得阻力↑n↓→G↓→n↓↓→G↓↓→n↓↓↓=>熄火（停車）反之阻力↓=>n↑……。

噴油泵每個(gè)工作循環(huán)的供油量主要取決于調(diào)節(jié)拉桿的位置。此外，還受到發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的影響。在調(diào)節(jié)拉桿位置不變時(shí)，隨著發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速增大，柱塞有效行程略有增加，而供油量也略有增大；反之，供油量略有減少。這種供油量隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系稱為噴油泵的速度特性。

噴油泵的速度特性：三、柱塞式噴油泵兩極式調(diào)速器：RQ型調(diào)速器（機(jī)械離心式，可變杠桿比調(diào)速器）

1、工作原理停車起動兩速調(diào)速器適用于一般條件下使用的汽車柴油機(jī)，它只能自動穩(wěn)定和限制柴油機(jī)最低與最高轉(zhuǎn)速，而在所有中間轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)則由駕駛員控制。

調(diào)速手柄凸輪軸怠速彈簧高速彈簧停車時(shí)飛錘的位移飛錘滑塊（可動支點(diǎn)）+－怠速中速高速供油齒桿調(diào)速套筒=nm可變杠桿比：二者的比值小，供油量變化??；比值大，供油量變化大。n:m=1.35:1n:m=3.23:1飛錘的位移怠速中速高速支點(diǎn)控制套筒柱塞齒圈進(jìn)油高n低n

四、全程式調(diào)速器：

VE型分配泵調(diào)速器工作原理（圖2）

起動

怠速

高速

最大供油量調(diào)節(jié)螺釘彈簧張力最大彈簧張力為0中速（當(dāng)阻力,n）（當(dāng)阻力,n）支點(diǎn)起動彈簧檔銷動畫

第七節(jié)電控柴油機(jī)噴射系統(tǒng)簡介由傳感器、電控單元（ECU）、執(zhí)行器三部分組成。－－－基本特點(diǎn)

高壓共軌系統(tǒng)：利用較大容積的共軌腔將油泵輸出的高壓燃油蓄積起來，并消除燃油中的壓力波動，然后再輸送給每個(gè)噴油器，通過控制噴油器上的電磁閥實(shí)現(xiàn)噴射的開始和終止。其主要特點(diǎn)可以概括如下：通過高壓油泵上的壓力調(diào)節(jié)電磁閥，可根據(jù)發(fā)動機(jī)負(fù)荷狀況以及經(jīng)濟(jì)性和排放性的要求對共軌腔內(nèi)的油壓進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，尤其優(yōu)化了發(fā)動機(jī)的低速性能。共軌腔內(nèi)的高壓直接用于噴射，可以省去噴油器內(nèi)的增壓機(jī)構(gòu)；而且共軌腔

內(nèi)是持續(xù)高壓，高壓油泵所需的驅(qū)動力矩比傳統(tǒng)油泵小得多。

通過噴油器上的電磁閥控制噴射定時(shí)，噴射油量以及噴射速率，還可以靈活調(diào)節(jié)不同工況下預(yù)噴射和后噴射的噴射油量以及與主噴射的間隔。

共軌電控噴射系統(tǒng)－－－－典型系統(tǒng)

高壓共軌系統(tǒng)由五個(gè)部分組成，即高壓油泵、共軌腔及高壓油管、噴油器、電控單元、各類傳感器和執(zhí)行器。供油泵從油箱將燃油泵入高壓油泵的進(jìn)油口，由發(fā)動機(jī)驅(qū)動的高壓油泵（即噴油泵）將燃油增壓后送入共軌腔內(nèi)，再由電磁閥控制各缸噴油器在相應(yīng)時(shí)刻噴油。

油溫傳感器油量控制套筒位置傳感器控制壓力調(diào)節(jié)閥、噴油器高壓油泵供油量（油軌油壓）控制系統(tǒng)（調(diào)節(jié)油軌的油壓）

高壓油泵駕駛員的意愿是決定噴油量的首要因素，踏板位置傳感器包括一個(gè)怠速開關(guān)和一個(gè)換檔開關(guān)。電控單元通過這些信號和其他參數(shù)計(jì)算所需的噴油量。電控單元要精確計(jì)算噴油量必須考慮冷卻水溫，如果冷卻水溫傳感器失效，電控單元會用儲存的默認(rèn)值進(jìn)行計(jì)算。

空氣流量計(jì)測量發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量，電控單元會根據(jù)儲存的煙度MAP圖對噴油量進(jìn)行限制。

發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速是電控單元計(jì)算噴油量所需的主要信號之一。油量調(diào)節(jié)器按照電控單元的控制信號產(chǎn)生準(zhǔn)確的供油量。

柴油溫度會影響其密度，電控單元要精確計(jì)算噴油量必須考慮柴油的溫度。如果這個(gè)溫度傳感器失效，電控單元會用儲存的默認(rèn)值進(jìn)行計(jì)算。

油量控制套筒油量控制套筒位移傳感器把油量調(diào)節(jié)器的位移信息反饋給電控單元，電控單元利用這個(gè)信號計(jì)算實(shí)際噴油量。（噴油泵）

主噴射初期降低噴射速率，也可以減少著火延遲期內(nèi)噴入氣缸內(nèi)的油量。提高主噴射中期的噴射速率，可以縮短噴射時(shí)間從而縮短緩燃期，使燃燒在發(fā)動機(jī)更有效的曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)完成，提高輸出功率，減少燃油消耗，降低碳煙排放。主噴射末期快速斷油可以減少不完全燃燒的燃油，降低煙度和碳?xì)渑欧?。預(yù)噴射在主噴射之前，將小部分燃油噴入氣缸，在缸內(nèi)發(fā)生預(yù)混合或者部分燃燒，縮短主噴射的著火延遲期。這樣缸內(nèi)壓力升高率和峰值壓力都會下降，發(fā)動機(jī)工作比較緩和，缸內(nèi)溫度降低使得NOX排放減小。預(yù)噴射還可以降低死火的可能性，改善高壓共軌系統(tǒng)的冷起動性能。共軌電控噴射系統(tǒng)－－－－噴射規(guī)律

第八節(jié)柴油機(jī)燃油供給系的輔助裝置一、輸油泵：活塞式（圖1）二、燃油濾清器（圖2）三、油泵分離器（圖3）（圖1）手泵回油

水的粘度小，比重大。（圖2）（圖3）活塞式輸油泵的工作原理：進(jìn)油壓油出油發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣、排氣系統(tǒng)油浴式干式紙濾芯離心式雙級空氣濾清器切向通孔旋流管接管一、空氣濾清器組成：空氣濾清器、進(jìn)氣支管。

第九節(jié)發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)

1、功用：除去空氣中的雜質(zhì)、灰塵。2、類型：（如圖）

油浴