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1、第七章柴油机燃料供给系第一节 概 述 一、柴油机的特点 1压缩比大（1522），热效率高（3040），经济性好；无点火系，油路系统机件精密、耐用，故障少。2混合气的形成、点火和燃烧方式不同于汽油机。高压柴油喷入燃烧室，混合气在燃烧室内形成，压燃后边喷边燃。3柴油机的CO和HC排放低，NOX较多，大负荷易产生碳烟。4柴油机结构复杂、质量大、材料好、加工精度高，制造成本较高。5柴油机的排气噪声大，废气中含SO2多。二、柴油机燃料系的功用及组成(一)功用 完成燃料的储存、滤清和输送工作，按柴油机各种不同工况的要求，定时、定量、定压并以一定的喷油质量喷入燃烧室，使其与空气迅速而良好地混合和燃烧，最后使
2、废气排入大气。(二)组成 如图71所示，由燃油供给、空气供给、混合气形成及废气排出四部分组成。图7-1 柴油机燃料供给系统1燃油供给系统 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、进气管等组成。有的还有增压器。3混合气形成 燃烧室。4废气供给 由排气管及排气消声器组成。5燃油供给路线1）低压油路 从柴油箱到喷油泵入口，油压一般为0.15MPa0.3MPa。2）高压油路 从喷油泵到喷油器，油压在10MPa以上。3）多余的燃油回流 输油泵的供油量比喷油泵的最大喷油量大34倍，大量多余的燃油经喷油泵进油室的一端限压阀和回油管流回输油泵的进口
3、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。4）柴油滤清器有粗细两种，一般粗滤器设在输油泵之前，细滤器设在输油泵之后。5）为保证各气缸供油的一致性，连接喷油泵和喷油器的钢制高压油管的直径和长度是相等的。 第二节 柴油机可燃混合气的形成 一、柴油机可燃混合物形成特点1混合空间小、时间短 可燃混合气是在燃烧室内形成的，一边喷油，一边燃烧。混合气的形成时间极短，只占曲轴转角的1535。2混合气不均匀，燃烧室内值变化范围很大柴油机的充气量一般变化不大，负荷的大小靠喷油量的多少来调节，从而改变了值，是“质的调节”。 高速柴油机的过量空气系数（）一般在1.152.2大范围内变化。
4、大负荷时喷油量多、值小、混合气浓；怠速时喷油量少、值大、混合气稀，值可达46。3边喷边燃，成分不断变化。二、可燃混合物形成方法(一)空间雾化混合方式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。1油雾形成 燃料以高压、高速从喷油器以圆锥形的油束喷出（图72）。图72 油束的形状喷雾锥角表示油束的扩散程度。越大扩散越好。 射程L表示油束的穿透能力。 雾化质量表示油束喷散雾化的程度。喷散的越细、越均匀则雾化质量越好。 2空气运动促进混合 使油粒分布得更均匀，最有效的措施是使空气运动，多采用两种方法。1）使进气产生涡流：利用弱涡流切向进气道或强涡流螺旋进气道，可以在进气行程中使空气
5、绕气缸轴线旋转运动，（图73）。图73 进气涡流的形成a)切向进气道；b)螺旋进气道2）产生挤压涡流：利用活塞顶部的特殊形状，在压缩过程中和膨胀行程开始时，使空气在燃烧室中产生强烈的旋转运动，它存在于上止点附近，持续时间较短（图74 ）。图74 挤压涡流的形式a)挤压流动；b)膨胀流动A-环形空间转速愈高，涡流也愈强，气流对油束的吹散作用也愈大。此外，空气涡流运动还可以加速火焰的传播，促使燃烧及早地结束。(二)油膜蒸发混合方式如图75，它是将柴油喷向球形油膜燃烧室的壁面上，在强烈的空气涡流作用下，燃油的大部分（95）形成油膜。由于油束贯穿空气和室壁的反射，有少量油粒（5）悬浮在空间，形成着火源
6、。油膜在空间火源的热能作用下，逐层蒸发、逐层卷走、逐层燃烧，产生了燃气涡流，其燃烧速度是前期慢、后期快，使燃烧过程加速进行到终点。图75 油膜的形成和气体的分离运动（三）复合式U形燃烧室即空间雾化燃烧和油膜蒸发混合燃烧混合使用，低速以前者为主，高速以后者为主。 第三节 燃烧室 根据混合气的形成方式及燃烧室的结构特点，柴油机燃烧室可分为两大类。1直接喷射式燃烧室形、四角形、球形及U形燃烧室等；2分开式燃烧室预燃室式和涡流式燃烧室。一、形燃烧室1结构特点由平的气缸盖底面和活塞顶内的形凹坑及气缸壁组成，属于直接喷射燃烧室和空间混合方式。图76 形燃烧室2混合气形成特点1）主要是依靠多孔喷雾（多为4孔
7、），利用油束和燃烧室的吻合，在空间形成混合气。2）喷孔直径小，多在0.250.4mm内，喷孔轴线夹角为140160内，喷油压力较高，一般在20Mpa左右。3）结构紧凑，热损失小，故热效率高，经济性好，容易起动。4）工作粗暴，燃烧噪音大。二、四角形燃烧室 四角形燃烧室属于直接喷射式燃烧室和空间混合式。 图77 四角形燃烧室1-螺旋进气道；2-喷油器；3-四角形燃烧室；S-涡流 1结构特点 燃烧室底部仍是形，燃烧室上部逐渐过渡为四方形，喷射时四个喷孔对着燃烧室的四个角喷油。 2可抑制涡流的增强，减少NOX生成量。三、预燃式燃烧室1结构特点图78 预燃式燃烧室1）整个燃烧室分两部分，预燃室位于气缸盖
8、内为总燃烧室容积的2540，活塞上方为主燃室。2）喷油嘴安装在预燃室中心线附近，为便于冷起动，多装有电热塞。3）预热室用耐热钢单独制成，装入气缸盖不和冷却水直接接触。4）大部分燃料是在主燃烧室中混合燃烧，是属于空间混合方式。2混合气形成特点1) 利用压缩紊流先预燃。2) 利用强烈的燃烧涡流，促使完全燃烧。3）对喷油的雾化质量要求不高，可采用不易堵塞的大直径单孔喷嘴，喷油压力较低（8MPa12MPa），有适应大转速范围和不同着火性能燃料的能力。4）运转平顺，燃烧噪声小，但经济性较差。热损较大，起动性能差，必须加装电热塞。四、涡流式燃烧室1结构特点图7-9 涡流室式燃烧室1）整个燃烧室也是分为两部
9、分 球型涡流室在气缸盖内；活塞上方为主燃烧室。涡流室容积占总燃烧室容积的5080，用一个和数个切向大面积通道相通。属于空间混合方式。2）喷油器和电热塞安装在涡流室内。3）涡流室下半部分镶有耐热钢制成的镶块，和其座孔有一定的隔热间隙，并用螺钉定位。4）活塞顶部多制有导流槽或分流凹坑，使涡流室中的气流喷出时形成二次涡流。2混合气形成特点1）利用强烈的定向涡流混合和燃烧。2）利用二次流动，促使燃气更完全的燃烧。3）对喷油的雾化质量要求不高，可采用不易堵塞的单孔喷嘴，喷油压力较低（10MPa12MPa），喷油泵寿命较长，对不同着火性能燃料的适应性好。4）适用于高速柴油机，转速可达5000r/min。5
10、）工作较平顺。热损失较大，经济性较差，须用较高的压缩比（1722），须加装电热塞。五、球形油膜燃烧室1结构特点图7-10 球形油膜燃烧室1）球形油膜燃烧室位于活塞顶部中央，形状大于半个球，与喷油器相对的位置，开有缺口与球面相切，燃油从这里顺气流方向喷在室壁上形成油膜。它属于直接喷射式燃烧室，油膜蒸发混合方式。2）采用强涡流螺旋进气道。3）燃烧室底壁较薄，其背面有来自飞溅和从连杆小头喷油孔喷出的润滑油加以冷却。4）采用单孔喷嘴或双孔喷嘴。2混合气形成特点1）燃油顺气流沿球面切线方向喷入时，约95%被喷涂均布在室壁上，形成一层薄的油膜 ，5散布在燃烧室空间形成火源，点燃混合气。2）油膜逐层蒸发、逐
11、层卷走、逐层燃烧，形成燃气涡流。3）喷油压力较高，油耗率较低。能适应多种不同着火性能的燃料。4）其进气管上多安装加热装置（如火焰加热器等）。 第四节 喷油器 一、喷油器的功用和要求(一)功用1使一定数量的燃油得到良好的雾化。2使燃油的喷射按燃烧室类型合理分布。(二)要求1应具有一定的喷射压力和射程，合适的喷雾锥角和雾化质量；2喷停要迅速，不发生燃油滴漏；3开始喷油少，中期喷油多，后期喷油少。二、分类和材料1分类 采用闭式喷油嘴，按其结构形式分孔式和轴针式两种基本形式，如图711。图7-11 闭式喷油器的两种基本形式2材料 喷油器主要部件喷油嘴（针阀和阀体），多采用耐热强度好的优质轴承钢制成，为
12、不可互换的高压精密偶件，配合间隙为0.0010.003mm。三、喷油器的工作原理如图711，针阀上端由调压弹簧压紧，产生关闭压力p1。从进油道进入高压室在油压作用力，在承压锥面上形成一个向上的轴向压力p2，称为开启压力。若： 喷油泵供油，则p2 p1，喷油器喷油； 喷油泵停供，则p2 p1，喷油器停喷。孔式喷油嘴有17个喷孔，喷孔直径为0.250.5mm，多用于直接喷射式燃烧室。轴针式喷油嘴是单孔式，喷孔直径为13mm。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，多用于分开式燃烧室。轴针式有两个可变断面，圆柱形轴针的通过断面是先大后小，喷油特性是先少后多；倒锥形轴针的通过断面
13、是先小后大又变小，喷油特性是先少后多又变少，能较好地满足喷油的前期少、中期多、后期少的特性要求。（如图7-12和7-13）图 7-12图713 四、典型喷油器的构造1. 组成 喷油器由喷油嘴、壳体、调压件三部分组成，如图714。图714 长型孔式喷油器2. 喷油嘴由针阀和阀体组成，并用螺套装在壳体上，并借助定位销是喷孔在气缸中保持所定的方位。在针阀体上套有铜锥体，是气缸密封并帮助喷油嘴散热。3. 壳体用来安装调压件和进油管等部件，并利用其定位销正确地将喷油器固装在气缸盖座孔中。4. 调压件是控制和调节喷嘴开启压力的装置。由调压弹簧、调压螺钉、护帽及推杆组成。通过调压螺钉改变调压弹簧预紧力可调整
14、喷油压力。 第五节 喷油泵 一、作用1提高油压（定压）：将喷油压力提高到10MPa20MPa。2控制喷油时间（定时）：按规定的时间喷油和停止喷油。3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、对喷油泵的要求1按柴油机工作顺序供油，而且各缸供油量均匀。2各缸供油提前角要相同。3各缸供油延续时间要相等。4油压的建立和供油的停止都必须迅速，以防止滴漏现象的发生。三、喷油泵的分类1柱塞式喷油泵。2泵喷油器式，将喷油泵和喷油器结合在一起。3转子分配式喷油泵。四、柱塞式喷油泵的工作原理(一)柱塞副的结构1. 柱塞为一光滑的圆柱体，在其上部铣有螺旋槽或斜槽，并利用直切槽或中心孔（轴向孔和径向孔）使槽和柱塞上端的泵油室相通。柱塞的下部制有安装弹簧座的圆柱体和十字凸块（或压入调节臂）以便使柱塞能往复运动，调节供油量。图715 常用柱塞副的构造 2. 柱塞套筒为光滑的圆柱形长孔，套筒上部开有一个进油和回油用的小孔，或开有两个径向孔，两孔进油一孔回油，它们与壳体上的低压进油室相通。3. 柱塞套筒装在壳体座孔内，并用定位螺钉和定位孔来固定，以防止柱塞套筒转动。4. 柱塞和柱塞套筒是一对精密的偶件，不能互换。柱塞副用耐磨性高的优质合金钢（轴承钢）制成，并进行热处理和时效处理。(二)柱塞的进油、压油、回油过程1. 进油
