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1、第5章 柴油机燃料供给系统,主要内容,5.1 概 述,5.1.1 柴油机燃料供给系的功用及要求 功用：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量、定压喷入燃烧室，使其与空气迅速而良好地混合和燃烧，最后将废气排入大气。 要求：（1）各缸的供油要准确、均匀和稳定。 （2）在柴油机的4个工作循环的准确时刻开始 将燃油喷入汽缸，且在一定时间内喷完。 （3）保证柴油得到良好的雾化。 （4）有合适的空气涡流。,5.1.2 柴油机燃料供给系的组成,柴油机燃料供给系统由低压油路（柴油箱、输油泵、柴油滤清器及低压油管）、高压油路（喷油泵、高压油管、喷油器）和调节系统（离心式调
2、速器、自动供油提前器）组成。,5.1.3 柴油,柴油是在533623K的温度范围内由石油提炼加工而成的多种炭氢化合物的混合物。柴油的使用性能指标主要是发火性、蒸发性和凝点。,1发火性,柴油的发火性是指柴油的自燃能力，评定柴油自燃发火性的指标用十六烷值表示。 十六烷值高的柴油，因燃点低，在气缸内温度较低的情况下也能发火自燃，所以起动性能较好。,据实验，使用十六烷值为53的柴油，柴油机在3s内即可启动，而十六烷值为38的柴油却需要45s才能启动。,十六烷值过高，如高于6065时，会因喷入的柴油裂化较快，来不及与空气充分混合就着火，使燃料不能及时且完全燃烧，造成在排气时冒黑烟，从而增大耗油量，降低柴
3、油机功率。 十六烷值过低，则将导致柴油机工作粗暴，起动较困难。一般高速柴油机用轻柴油的十六烷值以4055为宜。 国标规定轻柴油的十六烷值不低于45。,2蒸发性,由燃油的蒸馏实验确定，需要测定的馏程（馏程就是在某一温度下燃油所能蒸发掉的百分数）是50馏出温度、90馏出温度和95馏出温度。同一相对蒸发量的馏出温度越低，表明柴油的蒸发性越好，越有利于可燃混合气的形成和燃烧。,3凝点,表示柴油的低温流动性，是指油料遇冷开始凝固而失去流动性的温度。柴油的牌号划分依据是柴油的凝点。根据国标GB252-2000 轻柴油标准，轻柴油的牌号分为10号、5号、0号、-10号、-20号、-35号、-50号七种。,4
4、粘度,表示柴油稀稠程度及流动性的指标，影响柴油的喷雾质量、过滤性及在油道中的流动性。粘度过高，柴油的喷雾质量差，使燃烧过程恶化，柴油机的动力性和经济性降低；粘度过低，又会导致喷油泵和喷油器中的精密偶件间的柴油泄漏增加，使供油量不足，还会造成润滑不良。,5柴油的选用,（1）柴油分为轻柴油与重柴油两类。轻柴油是用于1000r/min以上的高速柴油机中的燃料，重柴油是用于1000r/min以下的中低速柴油机中的燃料。汽车和工程机械用柴油机都是高速的，必须使用轻柴油。,（2）根据车辆使用地区和季节的不同，选用比较适应气候特点的柴油，是柴油选用的基本原则。一般选用柴油的凝点应比最低气温低36左右，以免柴
5、油在最低气温时凝固或流动性变差，影响使用。,（3）目前在我国南方地区汽车加油站的柴油一般是0号柴油，对应的凝点是0摄氏度，一些偏北地区的严冬需要-10号柴油。北方地区汽车加油站的柴油，夏天一般是0号柴油，冬天一般是-10号柴油、-20号柴油或-35号柴油。,（4）从经济效益来看，在气温环境许可下，应当尽量使用高凝点柴油，因为一般来说，高凝点柴油的十六烷值高，燃烧性好。相对而言，低凝点柴油的十六烷值低，燃烧性较差，导致柴油机工作粗暴，动力性差且耗油量大，而且油价也贵。,5.2 柴油机混合气的形成、燃烧与燃烧室,柴油机可燃混合气的形成特点,（1）柴油是在压缩行程接近终了时借助喷油设备通过高压喷入气
6、缸中，与高温、高压的热空气混合； （2）柴油机可燃混合气形成的时间极短，给柴油和空气的良好混合和完全燃烧带来极大困难； （3）柴油机进入气缸的空气量变化不大，其工况的调节是通过改变喷油量来调节。 （4）可适当组织燃烧室内的空气运动，促进柴油与空气的混合。,5.2.1 柴油机混合气的形成方式,柴油机混合气的形成方式分为,空间雾化混合方式,油膜蒸发混合方式,复合式混合方式,1）空气雾化混合,直接将柴油喷向燃烧室的空间，形成雾状混合物，再在空间蒸发形成混合气。为了充分利用燃烧室内的空气，并使混合迅速而均匀，需采取两种措施： （1）采用雾化质量较好的多孔式喷油器。将雾状柴油尽可能均匀地喷射到整个燃烧室
7、空间去。 （2）适当组织空气运动，促进柴油与空气混合；,2）油膜蒸发混合,将绝大部分柴油喷向球形油膜燃烧室的壁面上，形成一层油膜。 少量油粒（5）悬浮在燃烧室内的空气中，形成着火源。 随着燃烧过程的进行，产生大量热量，辐射到油膜上，使油膜加速蒸发，不断提供新鲜混合气，保证燃烧过程迅速而有效地进行。,5.2.2 柴油机混合气的燃烧,1柴油机燃烧过程的特点,（1）柴油机内的燃烧是在密闭的气缸内进行的，因此燃油的燃烧将直接造成气缸内压力、温度的升高； （2）气缸内无事先准备好的可燃混合气，燃油是在接近压缩终点时才喷入气缸与空气混合，而在一般情况下是边喷射边燃烧； （3）燃烧不是借助外源点火，而是自燃
8、的，并且发生第一个火源的部位不固定； （4）在整个燃烧室中，混合气成分在不同区域、不同时刻并不是均匀的，因而火焰向各处传播的条件也不是一致的。,2燃烧过程的四个阶段,1.备燃期：A-B 2.速燃期：B-C 3.缓燃期：C-D D点为温度最高点：2000-2500K 4.后燃期：D-E, 滞燃期（着火落后期）,喷油始点A到压力开始急剧升高时的燃烧始点B。燃油喷入气缸后，并非立即着火燃烧，而需要经历着火前的物理准备过程和化学准备过程。,滞燃期太长，则在滞燃期内喷入燃烧室中的燃料就多，在着火前形成的可燃混合气也多，燃烧时的压力升高率和最高燃烧压力会很高，运动零件受到强烈的冲击负荷，发动机运转粗暴，影
9、响使用寿命。因此，为了能控制燃烧过程，降低柴油机的机械负荷并使之运转平稳，应设法缩短滞燃期。 滞燃期过短，又对混合气形成不利，反过来又使柴油机性能恶化。,速燃期（急燃期）,从燃烧始点B到气缸内的最大压力点C。从燃烧始点开始，火焰自火源迅速向各处传播，使燃烧速度迅速增加，急剧放热，导致燃烧室中温度和压力迅速上升，直至压力最大点为止 。,平均压力升高率,一般用平均压力升高率p/来表示气缸内压力升高的急剧程度，即,（MPa/CA）,压力升高率决定了柴油机燃烧过程的柔和性。压力升高率小，燃烧柔和工作平稳，但太低会导致热效率降低，油耗增加。压力升高率过大，柴油机工作粗暴，运动零件受到很大的冲击载荷，缩短
10、发动机寿命。, 缓燃期,从最高压力点C起到最高温度点D为止。此阶段燃烧仍以较快速度进行，燃气温度继续升高到18002200K。由于活塞已开始离开上止点下行，气缸容积增大，压力下降。如果所喷入的燃油得不到必须的氧气，则容易裂解而形成炭烟。,适当加强燃烧室内的空气运动，加速均匀混合气的形成，对保证缓燃期中燃油迅速而完全地燃烧具有重要作用。,IV后燃期（补燃期）,从最高燃烧温度点D起到燃烧过程结束点E为止。由于燃烧时间短促，燃料和空气的混合又不均匀，总有一些燃料不能及时烧完，拖到膨胀行程中继续燃烧。在此期间，压力和温度均降低。,后燃使柴油机经济性下降，并增加了活塞组的热负荷，使排气温度增高。应尽量减
11、少后燃。,5.2.3 柴油机燃烧室,燃烧室分类,1. 直接喷射式燃烧室,1）开式燃烧室,结构形式,燃烧室是由气缸盖底平面、活塞顶面和气缸壁形成的单一容积，活塞顶一般做成浅凹状。适用于缸径D160mm的中低速柴油机。,混合气形成特点,（1）混合气形成的方式基本上是空间雾化混合。 （2）靠很高的喷油压力和多孔喷油器（68孔），将柴油尽可能均匀喷散在燃烧室空间。 （3）不需要有意识地组织气流运动，或仅组织极微弱的涡流运动。,优缺点,（1）经济性好，起动性能好。 （2）工作较粗暴，机械负荷大。 （3）高速性较差。 （4）对燃油喷射系统要求高，要求高喷射压力和多孔喷油器。 （5）对燃油品质及转速较敏感。
12、,2）半开式燃烧室,结构形式,半开式燃烧室由凹形活塞顶与气缸盖底面所包围的单一内腔，几乎全部容积都在活塞顶面上。适用于缸径D90150mm的高速柴油机。一般需要组织空气运动来促进混合气的形成和燃烧。常用的半开式燃烧室有形燃烧室、球形燃烧室和U形燃烧室。,2）半开式燃烧室形,由平的气缸盖底面和活塞顶内的形凹坑及气缸壁组成 。,混合气形成特点,（1）可燃混合气的形成以空间雾化混合为主。 （2）对燃料供给系的要求较高，一般采用35孔的多孔喷油器，将大部分燃油均匀地喷散到燃烧室空间，使燃油迅速蒸发并与空气混合。 （3）此类燃烧室都组织进气涡流和挤气涡流，以促进混合气的形成和燃烧。,优缺点：,（1）形状
13、简单，易于加工。 （2）结构紧凑，散热面积小，热效率高。 （3）冷起动性能较好。 （4）所要求的喷油压力较高，因而与之配套的喷油泵和喷油器中的配合偶件加工精度的要求较高。 （5）所采用的多孔喷油器的喷孔直径小，工作可靠性差。 （6）工作较粗暴。,2）半开式燃烧室球形,球型燃烧室活塞顶部有一球形空腔，形状比半球稍大。,混合气形成特点,（1）喷油器为单孔或双孔式喷油器，偏置于喉管边缘，使喷孔顺着进气涡流斜喷。 （2）通常采用螺旋进气道以产生强烈的进气涡流。 （3）其可燃混合气形成属油膜蒸发混合。,优缺点：,（1）压力升高率较低，工作柔和，燃烧噪声较小。 （2）燃烧较完全，有较好的动力性和经济性，排
14、烟少，可使用多种轻质燃料。 （3）燃烧过程进行迅速，后燃期较短。,（4）冷起动比较困难。 （5）低速性能较差。 （6）在大缸径柴油机上应用困难，对增压适应性差。 （7）加工和安装要求高。,3）半开式燃烧室U形,又称为复合式燃烧室，活塞顶部为一U形空腔。,混合气形成特点,（1）利用螺旋气道和切向气道相结合的扭切气道，形成较强的进气涡流。 （2）采用单孔轴针式喷油器，喷油基本与空气涡流方向垂直 。 （3）可燃混合气形成在低速及起动时是以空间雾化混合为主，正常工作时是以油膜蒸发混合为主。,优缺点：,保存了球形燃烧室的主要优点，但其低速及起动性能仍较好，对喷油设备的要求也低。,2. 分开（隔）式燃烧室
15、,整个燃烧室的容积分成两个部分：一部分在活塞顶面与气缸盖底面之间，称为主燃烧室；另一部分位于气缸盖内下部，称为副燃烧室。主副燃烧室之间通过一个或多个通道相连。,1）涡流室式燃烧室,涡流室式燃烧室适用于缸径D130mm的中小功率高速柴油机。其引燃室称为涡流室，通常为球形、球锥形或球柱形。涡流室容积约燃烧室总容积的5080。,混合气形成特点,（1）压缩过程中气缸内的空气被挤入涡流室，形成强烈而有规则的压缩涡流。 （2）一般采用单孔轴针式喷油器，喷油器装在涡流室内，燃油顺着空气涡流旋转方向喷射。 （3）压缩行程快结束时，涡流室内喷射的燃油与空气混合形成可燃混合气。着火后涡流室的压力升高，高压燃气夹带
16、大量未燃油雾冲入主燃烧室，形成燃烧涡流加速燃烧。,优缺点：,（1）对喷雾质量要求低，一般采用单孔轴针式喷油器，启阀压力较低。 （2）对燃油要求低，甚至可用劣质燃油。 （3）工作较柔和，噪声较小。 （4）排出的废气有害成分少。,（5）平均有效压力较高。 （6）适应高速柴油机。 （7）经济性及起动性较差。,改善起动性能的措施：,（1）选取较高的压缩比。 （2）开起动孔。 （3）采用分流式轴针喷油器。 （4）加装辅助起动装置，如电热塞。,2）预燃室式燃烧室,主、副燃烧室之间由一个或数个喷孔相连，喷油器安装在预燃室中心线附近，预燃室容积约为燃烧室总容积的2540。,混合气形成特点,（1）预燃室中不产生有组织的压缩涡流，但空气经喷孔被压入形成强烈的紊流。 （2）在预燃室中只燃烧少量燃油，利用这部分燃油的燃烧能量，将其中的混合气高速喷入主燃烧室，形成强烈的燃烧涡流，促使大部分燃油在主燃烧室中燃烧。,优缺点：,其优点与涡流室式燃烧室类似，缺点是经济性和起动性比涡流室还差，怠速噪声较大。在现代压燃式发动机中基本上已不被采用。,5.3 喷油泵,功用： 定时、定量地向喷油器输
