《柴油机燃料供给与燃烧》由会员分享，可在线阅读，更多相关《柴油机燃料供给与燃烧（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、145内容提要1. 柴油机混合气形成与燃烧室2. 柴油机燃料供给系统组成3. 喷油泵（柱塞式、分配式）结构与工作原理4. 调速器的作用、基本结构与工作原理5. 喷油器结构原理及燃油喷射6. 柴油机的燃烧过程7. 电控柴油喷射系统组成、基本结构及工作原理第6章 柴油机燃料供给与燃烧柴油机具有良好的燃油经济性（比汽油机省油30）、可靠性、耐久性和CO排放低（比汽油机低45）等优点。2001年欧洲生产的1660万辆汽车中有42.2采用柴油机，目前生产的轿车中，柴油轿车占30以上，预测到2005年，超过50的轿车和轻型车将会使用柴油机。6.1 柴油机混合气的形成6.1.1 柴油机混合气形成特点1. 柴
2、油蒸发性和流动性比汽油差；2.缸内混合；3.混合气形成时间极短，只占150350曲轴转角（按发动机转速3000r/min计，只占8.310-41.910-3s）；4.边燃烧边喷油，气缸内各处混合气浓度很不均匀。解决途径：1组织空气在气缸中的流动，促进可燃混合气形成；2设计出各种燃烧室，使混合气形成和燃烧快速进行；3采用高喷油压力（15200MPa）向气缸喷油，使燃油雾化均匀，与空气快速混合燃烧；4采用电子控制技术，准确控制燃料定时、定量向气缸喷油。6.1.2 柴油机混合气形成方式根据柴油机混合气形成特点，可以分为空间雾化混合和油膜蒸发混合两种基本方式。空间雾化混合是将柴油高压喷向燃烧室空间，形
3、成雾状，与空气进行混合。为了使混合均匀，要求喷出的燃油与燃烧室形状相配合，并充分利用燃烧室中空气的运动。油膜蒸发混合是将大部分柴油喷射到燃烧室壁面上，形成一层油膜，受热蒸发，在燃烧室中强烈的旋转气流作用下，燃料蒸气与空气形成均匀的可燃混合气。在柴油实际喷射中，两种混合方式都兼而有之，只是多少、主次有所不同。为了促进柴油与空气更好混合，一般都要组织适当的空气涡流，常见的有以下3种：（1）进气涡流 进气涡流是指在进气行程中，使进入气缸的空气形成绕气缸中心高速旋转的气流。它一直持续到燃烧膨胀过程。涡流速度可以达到曲轴转速的610倍。图6-1 螺旋型进气道和切向进气道图6-2 挤压涡流（2）挤压涡流
4、挤压涡流（挤流）是指在压缩过程中形成的空气运动。当活塞接近压缩上止点时，活塞顶上部的环形空间中的气体被挤入活塞顶部的凹坑内（图6-2a），形成了气体的运动。当活塞下行时，活塞顶部凹坑内的气体向外流到环形空间（图6-2b），称为逆挤流。挤压涡流的产生与活塞顶凹坑（燃烧室）设计有很大关系，柴油机活塞顶凹坑形形色色，目的就是促进燃油与空气的混合与燃烧。(3)燃烧涡紊流 燃烧涡紊流是指利用柴油燃烧的能量，冲击未燃的混合气，造成混合气涡流或紊流。其目的也是进一步促进燃油与空气的混合与燃烧。6.1.3 柴油机燃烧室燃烧室是柴油机的燃烧场所。它对燃烧有重要影响，其结构形形色色，基本分为直喷式燃烧室和分开式燃
5、烧室两大类（图6-3）。1直喷式燃烧室 图6-3 柴油机燃烧室气道特点：只有一个燃烧室，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。直喷式燃烧室的活塞顶设计：如图6-4a的浅盆形燃烧室，凹坑较浅，底部较平，空气压缩涡流小，主要靠喷油嘴高压喷油到燃烧室空间与空气混合，属于空间雾化混合方式。这种燃烧室，结构简单、紧凑，由于空间小，传热少，动力性、经济性与起动性都较好。但对喷油系统要求高，需要较高的喷油压力，喷油嘴的喷孔也要求小而多，工作起来也比较粗暴。a）浅盆形燃烧室 b）浅形燃烧室 c）球形燃烧室 d）U形燃烧室 e）四角形燃烧室 f）八角形燃烧室 g）花瓣形燃烧室
6、图6-4 不同直喷式燃烧室图6-4c的球形燃烧室，凹坑呈球状，较深，同时组织较强的空气涡流，喷油嘴顺气流喷射，在强涡流气流的带动下，燃油被涂布到球形燃烧室壁面上，形成一层油膜,属于油膜蒸发混合方式。由于空气的强烈涡流，空气利用率较高；燃料燃烧是逐层蒸发燃烧，所以工作起来比较柔和。它对燃油系统要求不高，可以使用单喷孔喷油嘴，喷油压力也较低。但它的起动性能不好，因为起动时机体温度低，油膜较难蒸发燃烧，低速性能也不好。2分隔式燃烧室 分隔式燃烧室的结构特点是燃烧室被分隔为主、副二个燃烧室，二者用一个或数个通道相通。副燃烧室在气缸盖内，容积占总压缩容积的5080%，主燃烧室在缸盖底平面与活塞顶面之间。
7、燃料先喷入气缸盖中的副燃烧室进行预燃烧，再经过通道喷到活塞顶上的主燃烧室进一步燃烧。图6-5 涡流室式燃烧室的副燃烧室分隔式燃烧室根据结构的不同分为涡流室式和预燃室式两种。涡流室式燃烧室的副燃烧室有球形（图6-5a）、吊钟形（图6-5b）和组合形（图6-5c由一段球形、一段柱形和一段锥形组成）等形状，主燃烧室的活塞顶也有不同凹坑，如双涡流凹坑（图6-6a）、铲击形凹坑（图6-6b）等。图6-6 涡流室式燃烧室的主燃烧室工作情况:在压缩过程，气缸中的空气被活塞挤压，经过通道流入涡流室形成有组织的强烈涡流。接近压缩上止点时，喷油器开始顺气流喷油，在强涡流气流带动下，燃油被涂布到燃烧室壁面上，形成油
8、膜。同时有少部分油雾分散在燃烧室空间，着火形成火源，并点燃从壁面蒸发出来的可燃混合气，迅速燃烧，高温、高压气体经通道喷入主燃烧室,形成二次涡流，与主燃烧室内的空气进一步混合燃烧。由于采取强烈有组织的气体二次涡流，空气利用率高，对喷雾质量要求不高，可采用单喷孔喷油嘴，喷油压力较低，喷油嘴故障少，调整方便，工作比较柔和。缺点是副燃烧室相对散热面积大，又直接与冷却液接触，加上主副燃烧室之间的通道节流，使热利用率减低，经济性较差，起动也较困难。图6-7 预燃室式燃烧室为了改善起动性能，有的增加了副喷孔（起动喷孔），使得在起动时，由于空气涡流不强，从喷油嘴喷出的燃油可通过副喷孔，直接喷入活塞顶的主燃烧室
9、温度较高处，燃料容易着火燃烧。预燃室式燃烧室（图6-7）的副燃烧室与主燃烧室的通道截面较小，而且方向与喷油方向相对。压缩时，空气经通道被压向副燃烧室，形成强烈的紊流，燃料逆气流方向喷射，与空气相撞混合，并着火预燃烧，所以副燃烧室也称预燃室。随后不完全燃烧的混合气经通道到主燃烧室，与主燃烧室内的空气进一步混合燃烧。这种燃烧室工作比涡流室式燃烧室更柔和，而且可以燃用多种燃料，但它的节流损失比涡流室式更大，所以经济性能较差。6.2 柴油机燃料供给系统组成6.2.1 柴油机燃料供给系总体组成1-柴油箱 2-油水分离器 3-输油泵 4-柱塞式喷油泵动力输入 5-柱塞式喷油泵 6-柴油滤清器 7-回油管
10、8-高压油管 9-喷油器图6-8 柱塞式喷油泵柴油供给系统柴油机燃料供给系由低压油路和高压油路两部分组成。在输油泵3的作用下，柴油从油箱1被吸出，经过油水分离器2分离去柴油中的水分，再压向柴油滤清器6过滤，干净的柴油进入柱塞式喷油泵5，提高压力，再经高压油管8，送到喷油器9，以一定的速率、射程和喷雾锥角喷入燃烧室。多余的柴油从回油管7流回柴油滤清器。6.2.2 柴油机燃料供给系低压油路1油箱：盛装柴油。2油水分离器：用于分离柴油中混入的水份。来自油箱的柴油由进油口2(图6-10)进入油水分离器，并经出油口9流出。1-手压泵拉钮 2-手压泵体 3-手压泵杆 4-手压泵活塞 5-进油阀弹簧 6-进
11、油阀 7-进油口 8-输油泵体 9-输油泵活塞弹簧 10-输油泵活塞 11-出油阀 12-出油阀弹簧 13-出油口 14-推杆 15-推杆弹簧 16-挺柱 17-滚轮 18-喷油泵凸轮轴 19-偏心轮图6-11 活塞式输油泵柴油中的水分密度大，从柴油中分离并沉积在壳1-手压膜片泵 2-进油口 3-放水水位 4-放水塞 5-液面传感器 6-浮子 7-分离器壳体 8-分离器盖 9-出油口图6-10 油水分离器体7的底部。浮子6随着积水的增多而上浮，当到达规定的放水水位3时，液面传感器5将电路接通，仪表板上的报警灯发出放水信号，这时驾驶员应及时旋松放水塞4放水。手压膜片泵1供放水和排气时使用。3输油
12、泵:将燃油从油箱吸出，并克服燃油滤清器等的阻力，以一定的压力和流量输往喷油泵的装置。有活塞式、膜片式和滑片式几种形式。（1）活塞式输油泵:其基本结构原理如图6-11所示。当喷油泵凸轮轴18旋转时，在偏心轮19和输油泵活塞弹簧9的共同作用下，输油泵活塞10在输油泵体8的活塞腔内作往复运动。当输油泵活塞由下向上运动时，A腔容积增大产生真空度，使进油阀6开启，柴油经进油口7被吸入A腔；与此同时，B腔容积缩小，其中的柴油压力升高，出油阀关闭，燃油被送往滤清器。当输油泵活塞由上向下运动时，A腔容积减小，油压升高，进油阀关闭，出油阀开启；与此同时，B腔容积增大，柴油就从A腔流入B腔。若柴油机负荷减小，需要
13、的柴油量减少时，或柴油滤清器堵塞，油道阻力增加时，会使输油泵B腔油压增高。当此油压与输油泵活塞弹簧的弹力相平衡时，活塞往B腔的运动便停止，活塞的移动行程减小，造成输油泵的输出油量减少，实现了输油量的自动调节，而输油压力则基本稳定。A-进油腔 B过渡油腔 -C-出油腔1-进油道 2-回油道 3-调压弹簧 4-调压阀 5-分配泵驱动轴 6-输油泵转子 7-滑片片 8-泵体图6-12 滑片式输油泵当柴油机燃料供给系中有空气进入时，柴油机便无法起动和正常运转，这时可利用手压泵拉钮1排除空气。方法是先将燃油滤清器和喷油泵的放气螺钉旋松，再将手压泵拉扭旋开，上下反复拉动手压泵活塞，使柴油自进油口吸入，经出
14、油阀压出，并充满燃油滤清器和喷油泵前的所有低压油路，将其中的空气驱除干净。空气排除完毕，应重新拧紧放气螺钉，旋进手压泵拉扭。（2）滑片式输油泵（图6-12）。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。为了保持进入分配泵的油压基本稳定，在输油泵出口处（C腔）设有调压装置，当燃油压力大于调压弹簧
15、3的弹力时，调压阀4打开，过高压力的燃油经回油道2口流回进油腔A。4柴油滤清器 柴油滤清器用来过滤柴油中的杂质。分为纸质滤芯、毛毡滤芯等滤清器。柴油滤清器盖上设有限压阀2，当油压超过0.10.15MPa时，限压阀开启，多余的柴油经限压阀直接返回油箱。有的柴油汽车的燃油系统装有粗、精两级滤清器，串联使用。图6-14 柱塞式喷油泵6.3 柱塞式喷油泵喷油泵是柴油机燃料供给系中最重要的部件，被称为柴油机的心脏。它的基本作用是定时定量地产生高压柴油。柱塞式喷油泵种类繁多，国产汽车用喷油泵一般以其柱塞行程等参数不同分A、B、P、Z等系列（参见附录1）。下面以汽车使用较多的A型喷油泵为例，介绍其基本结构与工作原理。6.3.1 A型喷油泵基本结构与工作原理1-出油阀压紧座 2-出油阀弹簧 3-出油阀 4-出油阀座 5-柱塞套 6-低压油腔 7-柱塞 8-喷油泵体 9-油量调节螺杆 10-油量调节套筒 11-柱塞弹簧 12-供油正时调节螺钉 13-定位滑块 14-凸轮轴 15-凸轮 16-挺柱体部件 17-柱塞弹簧下座 18-柱塞弹簧上座 19-齿圈 20-进回油孔 21-密封垫 图6-1
