五章节柴油机燃油系统.ppt

第五章 柴油机燃油系统,柴油粘度大，不易挥发，一般不能通过化油器在气缸外部形成均匀的混合气，故采用高压喷射的方法，在接近压缩行程上止点时，柴油以高压喷入气缸，直接在气缸内部形成混合气，发火燃烧，对外作功。因此，柴油机供给系的组成、构造及工作原理与汽油机供给系有很大区别。,内容提要,柴油机的转速是通过改变油门的大小来控制喷入气缸内的燃油量来实现的，也称为质调节,第一节 柴油及其使用性能,1、柴油的主要性能 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，汽车柴油机均为高速柴油机，故使用轻柴油。轻柴油的牌号和规格（表5-1）优等品、一等品和合格品三个等级。每个等级又按柴油的凝点分为10、0、-10、-20、-35和-50等六种。轻柴油的使用性能 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。蒸发性：低温流动性：粘度：,燃油供给方式由于柴油的粘度较高、不易挥发，自燃温度低，需要借助喷油泵和喷油器将柴油在接近压缩终了时，以高压、高速的方法喷入燃烧室。所以柴油机吸入气缸的是纯空气，可燃混合气直接在燃烧室中形成，并依靠压缩后的高温空气自行着火燃烧。混合和燃烧是重叠进行的，有一个边喷边燃的在等压下推动活塞运动的持续过程。,柴油机混合气形成特点,柴油机的转速是通过改变油门的大小来控制喷入气缸内的燃油量来实现的，也称为质调节,与汽油机相比，柴油机混合气形成的时间极短，只占1535曲轴转角。混合气成分很不均匀，且随时间而变化。虽然柴油机的平均过量空气系数 a1，但是在燃烧室内仍然有燃烧室各处的地方混合气过浓，燃烧不完全；有的地方混合气过稀，空气得不到充分利用。,第二节 柴油机燃油系统的功用及组成,1、柴油机供给系的功用（1）在适当的时刻，将一定数量的洁净燃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、喷注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，限制超速。（4）储存一定数量的燃油，保证汽车的最大续驶里程。,第二节 柴油机燃油系统的功用及组成,2、柴油机供给系的组成（1）燃油供给：由柴油箱、输油泵、低压油管、滤清器、喷油泵、高压油管和喷油器及回油管等组成。（2）空气供给：由空气滤清器、进气管、增压器等组成。（3）混合气形成：由燃烧室组成。（4）废气排出：由排气管及排气消声器组成。,(2)高压油路从喷油泵到喷油器这段油路中的油压是由喷油泵建立的，一般在10MPa以上，故这段油路称为高压油路。（3）多余的燃油回流由于输油泵的供油量比喷油泵的最大喷油量大34倍，为了保持进入喷油泵进油室内的油压稳定，喷油泵进油室的一端装有限压阀，大量多余的燃油经限压阀和回油管流回输油泵的进口或直接流回柴油箱。喷油器工作间隙漏泄的极少数柴油也经回油管流回柴油箱。,3、燃油的供给流程,(1)低压油路从柴油箱到喷油泵入口的这段油路中的油压是由输油泵建立的，而输油泵的出油压力一般为0.15MPa0.3MPa，这段油路称为低压油路。,4、柴油机混合气的形成特点柴油机进气过程中进入气缸的是纯空气，在压缩行程终了时，由喷油器将柴油喷入气缸，随即发火燃烧，故混合气形成时间极短。5、柴油混合气的燃烧过程（1）着火落后期由喷油器开始喷油到混合气开始燃烧需要一段时间，用曲轴转角来度量，称为着火落后期。（2）迅速燃烧期从混合气开始燃烧到气缸内达到最大压力的一段时间称为迅速燃烧期。（3）缓慢燃烧期当气缸压力达到最高点后，喷油器继续喷油，但由于气缸内空气减少，燃烧速率减慢，而气缸压力基本不变，温度继续上升，这段时间所对应的曲轴转角称为缓慢燃烧期。（4）补燃期当喷油器停止喷油后，气缸内燃烧还在继续一段时间，称为补燃期。,第三节 柴油机的喷油器,对喷油器的要求：一定的贯穿距离和喷雾锥角；良好的雾化质量，而且在喷油结束时不发生滴漏现象。喷油器的组成（1）基础件：喷油器体，是一带有内腔、供油孔及内、外螺纹的壳体类零件。（2）油管接头：包括进油管接头及回油管接头（含垫片及滤芯）。（3）油压调整及控制件：调压弹簧、顶杆及调压螺钉。（4）防护件：调压螺钉护罩、针伐体紧固螺套及相应的垫圈等。,针阀和针阀体组成一对精密偶件，配合间隙0.0020.004，需研磨，使用中不能互换。,广泛采用闭式喷油器，主要由喷油器体、调压装置及喷油嘴等部分组成。喷油嘴是由针阀和针阀体组成的一对精密偶件，其配合间隙仅为0.0020.004mm。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,喷油器靠高压燃油的压力克服弹簧的弹力，打开喷油孔，使燃油喷入气缸。,一、孔式喷油器,主要适用于统一燃烧室，其特点是喷嘴上有17个喷孔，喷孔直径为0.20.5mm，喷油压力较高；孔式喷油器工作原理,二、轴针式喷油器,主要适用于分隔式燃烧室，其喷油压力较低，油嘴是单喷孔，其轴针制成圆柱形或倒锥形，喷雾形状分别为空心柱形或扩散的锥形，以配合燃烧室形状的需要。轴针式多为直径13mm的圆环形喷孔，不易积炭。,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，定时定量地向喷油器输送高压燃油。多缸车用柴油机的喷油泵应满足下列要求：1)各缸供油量相等。在标定工况下各缸供油量相差不超过3%4%。喷油泵的供油量应随柴油机工况的变化而变化，为此喷油泵必须有供油量调节机构。2)各缸供油提前角相同，误差小于0.51曲轴转角。供油提前角也应随柴油机工况的变化而变化，为此应装置喷油提前器。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，在汽车柴油机上得到广泛应用的有直列柱塞式喷油泵和转子分配式喷油泵。此外，还有泵喷油器等。,第四节 柱塞式喷油泵,喷油泵的功用：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、适量的向喷油器输送高压燃油。提高油压(定压)为使燃油高速喷入燃烧室中，获得好的喷雾质量，须将喷油压力提高到10MPa20MPa。控制喷油时间(定时)按规定的时间喷油和停止喷油。为此，喷油泵凸轮轴的转速和配气机构凸轮轴的转速是一致的。这样，在接近压缩终了时喷油，并持续一定时间停止喷油。控制喷油量(定量)根据柴油机的工作情况，改变喷油量的多少，以调节柴油机的转速和功率。,二、柱塞式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组成。,（1）泵油机构：包括柱塞套、柱塞、柱塞弹簧、上下柱塞弹簧座、出油阀、出油阀座、出油阀弹簧和出油阀紧座等零件。分别实现向某一气缸的喷油器供油，主要包括柱塞组和出油阀组零件。柱塞和柱塞套构成喷油泵中最精密的偶件，称作柱塞偶件。每台喷油泵的柱塞偶件数和与其配套的柴油机气缸数相同。柱塞偶件经过精细加工和配对研磨，使其配合间隙在0.00150.0025mm范围内。柱塞偶件在使用中不能互换。出油阀与出油阀座是喷油泵中另一对精密偶件，称出油阀偶件。出油阀偶件位于柱塞偶件的上方。出油阀的密封锥面与出油阀座的接触表面经过精细研磨。出油阀减压环带与出油阀座孔的配合间隙很小。,2.供油量调节机构,功用是根据柴油机负荷的变化，通过转动柱塞来改变循环供油量。供油量调节机构或由驾驶员直接操纵，或由调速器自动控制。,油量调节原理：当柱塞下行至底部时，燃油通过低压油腔的进油孔充入分泵泵腔；然后柱塞上行，进油孔关闭后开始压油，压油的有效行程取决于柱塞侧壁上的斜槽位置；当斜槽与进油孔连通时，进油孔与分泵泵腔被斜槽沟通，分泵泵腔内燃油卸压回流，实现回油；这样连续不断地往复工作，实现供油作业；油量的控制可通过改变柱塞的角向位移来实现,3.驱动机构,包括凸轮轴和挺柱组件。凸轮轴一般由曲轴定时齿轮驱动，四冲程柴油机喷油泵凸轮轴的转速是曲轴转速的一半，以实现在凸轮轴一转之内向各气缸供油一次。挺柱体部件安装在喷油泵体上的挺柱孔内。,4.喷油泵体,泵体是喷油泵的基础零件，泵油机构、供油量调节机构和驱动机构等都安装在喷油泵体上，它在工作中承受较大的作用力。因此，泵体应有足够的强度、刚度和良好的密封性。此外，还应该便于拆装、调整和维修。,(二)A型喷油泵工作原理,A型喷油泵泵体为整体式，其结构紧凑、体积小、质量轻。,1.运动过程,挺柱滚轮在凸轮的基圆面上滚动：滚轮滚到凸轮的上升段时：当滚轮滚到凸轮的顶弧上时：滚轮在凸轮的下降段滚动：当喷油泵工作时，随着凸轮轴的转动，挺柱和柱塞在柱塞的上、下止点之间分别在挺柱孔和柱塞套中作往复运动。,柱塞行程：柱塞由其下止点移动到上止点所经过的距离，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到柱塞螺旋槽打开柱塞套油孔这段柱塞行程。柱塞有效行程越大，供油的持续时间越长，喷油泵每一次的泵油量即循环供油量便越多。欲改变柱塞有效行程，只需转动柱塞即可。,2.泵油过程,3.供油量的调节,当转动柱塞时，柱塞上的螺旋槽与柱塞套油孔之间的相对位置发生变化，从而改变了柱塞的有效行程。当柱塞上的直槽对正柱塞套油孔时，柱塞有效行程为零。多缸喷油泵各缸供油量均匀性调整：保持调节齿杆不动，拧松调节齿圈紧固螺钉，转动控制套筒，带动柱塞转动，便可使供油量或增或减。须在专门的喷油泵试验台上进行。,4.供油定时的调节,供油定时：喷油泵对柴油机有正确的供油时刻，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达到上止点曲轴所转过的角度；各缸供油间隔角决定于喷油泵凸轮轴上各凸轮的相对位置。调节的方法是改变供油定时调节螺钉伸出挺柱体外的高度。旋出调整螺钉，挺柱体的高度H增加，柱塞位置升高，柱塞套油孔提前被封闭，供油提前，即供油提前角增大。,四、喷油提前器,最佳供油提前角：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；机械离心式自动喷油提前器，只能响应柴油机转速的变化进行供油提前角的自动调节。其结构形式虽有多种，但工作原理却基本相同。喷油提前器的调节范围为010,第六节 调速器,功用：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；当负荷突然减小时，若不及时减少喷油泵的供油量，则柴油机的转速将迅速增高，甚至超出所允许的最高转速，出现“超速”或“飞车”现象；当负荷骤然增大时，若不及时增加喷油泵的供油量，则柴油机的转速将急速下降直至熄火；按照工作原理的不同，调速器可分为机械式、气动式、液压式、机械气动复合式、机械液压复合式和电子式等多种形式。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。中、小型汽车柴油机多数采用两极式调速器，以起到防止超速和稳定怠速的作用；在重型汽车上则多采用全程式调速器。,一、调速器功用及分类,RQ型调速器,组成：调速器由感应元件、传动元件和附加装置三部分构成。基本工作原理 1)起动 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，摇杆带动滑块，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，向右移到起动油量的位置。起动油量多于全负荷油量，旨在加浓混合气，以利柴油机低温起动。,2)怠速,起动柴油机后，将调速手柄置于怠速位置。这时调速手柄通过摇杆、滑块使调速杠杆仍以其下端的铰接点支点向左摆动，并拉动供油量调节齿杆7左移至怠速油量的位置；若此时转速升高或降低：3)中速 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，但不足以克服怠速弹簧和高速弹簧的共同作用。,4)最高转速,将调速手柄置于最高速挡块上，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。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，使供油量调节齿杆向减油方向移动，从而防止了柴油机超速。,5)停车,第七节 电子控制柴油机喷射系统,优 点机械控制喷射系统的基本控制信息是柴油机的转速和加速踏板的位置，而电控喷射系统则通过许多传感器检测柴油机的运行状态和环境条件，并由电控单元计算出适应柴油机运行状况的控制量，然后由执行器实施。控制精确、灵敏。机械控制喷射系统往往由于设定错误和磨损等原因，而使喷油时刻产生误差。但是，在电控喷射系统中，总是根据曲轴位置的基本信号进行再检查，因此不存在产生失调的可能性。在电控喷射系统中，通过改换输入装置的程序和数据，可以改变控制特性。,一、电控柴油喷射系统的基本类型两种基本类型：即位置控制型和时间控制型高压共轨式时间控制型电控柴油喷射系统得到了快速发展，该系统不仅可以更加精确地控制喷油量和喷油定时，还能实现对喷油规律和喷油压力的独立控制。,ECD-V1型电控柴油喷射系统（位置控制型）,喷油泵：为适应电控的需要，在VE型分配泵的基础上进行改进，取消了机械调速器，代之以供油量控制电磁，通过杠杆来改变供油量调节套筒的位置，以实现喷油量的控制；通过供油量调节套筒位置传感器的反馈信号，实现闭环控制；保留了VE型分配泵的液压式喷油提前器，增设一个定时器控制阀，以实行喷油定时的电子控制。,ECD-V1系统的控制功能及组成 控制部分由传感器、电控单元(ECU)和执行器等3部分组成。传感器的功用是实时检测柴油机与汽车的运行状态，以及驾驶员的操作意向和操作量等信息，并将其传输给电控单元；电控单元与系统中设置的软件一起负责信息的采集、处理、计算和执行程序，并将运行结果作为控制指令输出给执行器；执行器的功用是按照电控单元的控制指令，调节供油量和供油定时。,供油量的控制,ECU根据加速踏板位置传感器和柴油机转速传感器的输入信号，首先算出基本供油量。然后根据来自冷却液温度、进气温度和进气管压力等传感器的信号以及起动机信号，对基本供油量进行修正。再按供油量调节套筒位置传感器信号进行反馈修正之后，确定最佳供油量。,思考题,1、柴油的使用性能主要有哪些？2、根据喷油嘴结构形式的不同，闭式喷油器有几种主要类型？分别适用于何种燃烧室？各自的主要特点是什么？3、简述柱塞式喷油泵的基本工作原理。4、什么是两极式调速器和全程式调速器？了解它们的基本结构及工作原理。5、电控柴油喷射系统的基本类型有几种？各有什么特点？,