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1、第六章第六章柴油机供给系柴油机供给系概述可燃混合气的形成与燃可燃混合气的形成与燃烧室室喷油器油器喷油油泵调速器速器6.1 概述概述1功用功用柴油机供柴油机供给系同系同样要完成柴油供要完成柴油供给和空气供和空气供给以及可燃混合气的形成、以及可燃混合气的形成、燃燃烧和和废气的排出任气的排出任务。2组成成燃油供燃油供给装置：柴油箱、装置：柴油箱、输油油泵、柴油、柴油滤清器、清器、喷油油泵、喷油器等。油器等。空气供空气供给装置：空气装置：空气滤清器、清器、进气管道。气管道。混合气形成装置：燃混合气形成装置：燃烧室。室。废气排出装置：排气管道、消音器气排出装置：排气管道、消音器3柴油机的使用性能指柴油机
2、的使用性能指标发火性火性指燃油的自燃能力，指燃油的自燃能力，16烷值越高，越高，发火性越好。火性越好。蒸蒸发性性由燃油的蒸由燃油的蒸馏实验。粘度粘度决定燃油的流决定燃油的流动性，粘度越小，流性，粘度越小，流动性越好。性越好。凝点凝点指柴油冷却到开始失去流指柴油冷却到开始失去流动性的温度性的温度6.2可燃混合气的形成与燃可燃混合气的形成与燃烧室室1、可燃混合气的形成与燃烧、可燃混合气的形成与燃烧柴油机可燃混合气的形成和燃烧都是直接在燃烧室内进柴油机可燃混合气的形成和燃烧都是直接在燃烧室内进行的。行的。燃烧过程：燃烧过程：高温压缩空气雾状柴油燃烧燃烧喷射物理化学变化持续喷射雾状柴油喷射柴油燃烧的主
3、要特点是：柴油燃烧的主要特点是：（1）燃料的混合和燃烧是在气缸内进行的。）燃料的混合和燃烧是在气缸内进行的。（2）混合与燃烧的时间很短）混合与燃烧的时间很短0.00170.004秒秒（气缸内）（气缸内）（3）柴油粘度大，不易挥发，必须以雾状喷入。）柴油粘度大，不易挥发，必须以雾状喷入。（4）可燃混合气的形成和燃烧过程是同时，连续）可燃混合气的形成和燃烧过程是同时，连续重叠进行的，即边喷射，边混合，边燃烧。重叠进行的，即边喷射，边混合，边燃烧。2、燃烧室分类：分类：统一式燃烧室统一式燃烧室分隔式燃烧室分隔式燃烧室型型 球型球型涡流室燃烧室涡流室燃烧室预燃式燃烧室预燃式燃烧室统一式燃烧室由凹顶统一
4、式燃烧室由凹顶活塞顶部与气缸盖底活塞顶部与气缸盖底部所包围的单一内腔，部所包围的单一内腔，几乎全部容积都在活几乎全部容积都在活塞顶面上。塞顶面上。统一式燃烧室统一式燃烧室型燃烧室：形状简型燃烧室：形状简单、易于加工；结构单、易于加工；结构紧凑；热效率高；工紧凑；热效率高；工作粗暴；要求喷油压作粗暴；要求喷油压力高。力高。球型燃烧室：靠球型燃烧室：靠油膜蒸发混合，油膜蒸发混合，工作柔和，起动工作柔和，起动困难。喷油压力困难。喷油压力高高U型燃烧室：型燃烧室：混合气形成方式混合气形成方式属于复合式；采属于复合式；采用单孔轴针式喷用单孔轴针式喷油器；起动性好。油器；起动性好。分隔式燃烧室分隔式燃烧室
5、预热室式燃烧室预热室式燃烧室涡流室式燃烧室涡流室式燃烧室特点：油压要求不高；故障少；特点：油压要求不高；故障少；工作较平稳；散热面积大；油耗工作较平稳；散热面积大；油耗高；起动性差。高；起动性差。6.3柴油虑清器双级柴油虑清器输油泵工作原理：当偏心轮的突起部分向上时，活塞在活塞弹簧的作用下向上运动。此时，活塞下腔的容积增大，压力降低，产生一定的真空度，出油阀关闭，进油阀打开，柴油被吸入输油泵下腔。同时，输油泵上腔压力增大，上腔的燃油进入通道输出。周而复始，燃油不断地被吸入输出。怎样检查输油泵的工作情况? 检查应在柴油管路畅通无阻、密封而无空气的情况下进行,检查时,拧松喷油泵上的放气螺钉,并在按
6、下发动机起动按扭的同时,观察放气螺钉处的流油情况。若柴油向外喷出,说明输油泵工作正常;若喷油不畅或不喷油,即是输油泵泵油不良或不泵油。柴油机输油泵的正确使用维护柴油机输油泵的正确使用维护1.输油泵安装前，要检查型号、规格是否正确，并清除防锈油，选用垫片厚度应合适，防止过薄或过厚而使活塞顶死或运行不到位，拧紧螺栓时拧紧力矩要均匀，防止损坏油泵。2.输油泵接头内粗滤网芯子极易因棉絮等脏物而堵塞，要经常检查清洗，滤网损坏必须及时修补或更换。3.输油泵上的手油泵活塞和手油泵体间有橡胶密封装置的，不要随意拆动，橡胶圈损坏要及时更换。4.手油泵用后必须压回，将按钮旋紧，防止手油泵和胶圈或者球阀与阀座因压不
7、紧而导致进气或漏油。5.保证柱塞式输油泵“四簧”弹性正常。“四簧”为活塞弹簧、挺杆(滚轮)弹簧、进油阀弹簧、出油阀弹簧，弹簧弹性减弱或折断要及时更换或加垫调整。6.确保各处密封垫片完整无损，塑制挚圈拆装次数不宜过多，并应定期更换。7.有些输油泵泵体上开有泄油孔，该孔的作用是使输油泵泄漏的少量的柴油直接流出泵体外。不得将孔堵死，防止柴油进入喷油泵油底壳稀释润滑油。8.发现喷油泵油底壳柴油过多时，要及时检查输油泵活塞与泵体、挺杆与挺杆套间隙是否过大，过大要及时处理，防止因柴油泄漏严重，使喷油泵及调速器内机件润滑不良。9.长时间停机时，防止输油泵各配合表面，尤其是活塞与泵体、挺杆与挺杆套间因油液中含
8、水而锈蚀，必须采取防锈措施(停机时，更换喷油泵油底壳内带有水分、柴油及其它杂质的润滑油)。10.加注的柴油要经过沉淀过滤，保证清洁，防止因杂质过多而加剧输油泵进油阀、出油阀、阀座的磨损，有时油阀甚至会被杂质垫起而失效。6.4喷油器喷油器1功用与型式功用与型式功用：将喷油泵供给的高压柴油，以一定的压力，呈雾状喷功用：将喷油泵供给的高压柴油，以一定的压力，呈雾状喷入燃烧室。入燃烧室。型式：目前采用的喷油器都是闭式喷油器，有孔式和轴针式型式：目前采用的喷油器都是闭式喷油器，有孔式和轴针式两种。两种。 要求：要求：雾化均匀雾化均匀喷射干脆利落喷射干脆利落无后滴现象无后滴现象油束形状与方向，适应燃烧室油
9、束形状与方向，适应燃烧室2、孔式喷油器、孔式喷油器应用：应用：直接喷射燃烧室，孔直接喷射燃烧室，孔数数18个，孔径个，孔径0.20.8mm特点特点：（1）喷孔的位置和方）喷孔的位置和方向与燃烧室形状相适向与燃烧室形状相适应，以保证油雾直接应，以保证油雾直接喷射在球形燃烧室壁喷射在球形燃烧室壁上。上。（2）喷射压力较高。）喷射压力较高。（3）喷油头细长，喷）喷油头细长，喷孔小，加工精度高。孔小，加工精度高。3、轴针式喷油器、轴针式喷油器特点特点：（1）不喷油时针阀关闭喷孔，）不喷油时针阀关闭喷孔，使高压油腔与燃烧室隔开，燃使高压油腔与燃烧室隔开，燃烧气体不致冲入油腔内引起积烧气体不致冲入油腔内引
10、起积炭堵塞。炭堵塞。（2）喷孔直径较大，便于加工）喷孔直径较大，便于加工且不易堵塞。且不易堵塞。（3）针阀在油压达到一定压力）针阀在油压达到一定压力时开启，供油停止时，又在弹时开启，供油停止时，又在弹簧作用下立即关闭，因此，喷簧作用下立即关闭，因此，喷油开始和停止都干脆利落，没油开始和停止都干脆利落，没有滴油现象。有滴油现象。（4）不能满足对喷油质量有特）不能满足对喷油质量有特殊要求的燃烧室的需要殊要求的燃烧室的需要6.5喷油泵喷油泵功用功用：提高柴油压力，按照发动机的工作顺序，负荷大小，定时定提高柴油压力，按照发动机的工作顺序，负荷大小，定时定量地向喷油器输送高压柴油，且各缸供油压力均等。量
11、地向喷油器输送高压柴油，且各缸供油压力均等。 分类：分类：柱塞式喷油泵柱塞式喷油泵喷油泵喷油泵-喷油器转子喷油器转子分配式喷油泵分配式喷油泵由驱动凸轮轮廊曲线的最大矢径决定的柱塞行程h(即柱塞的上、下止点间的距离)是一定的，但并非在整个柱塞上移行程hg内都供油，喷油泵只在柱塞完全封闭油孔之后到柱塞斜槽和油孔开始接通之前的这一部分柱塞行程hg内才泵泊。hg称为柱塞有效行程。显然，喷油泵每次泵出的油量取决于有效行程的长短，因此欲使喷油泵能随柴油机工况不同而改变供油量，只须改变有效行程。一般借改变柱塞斜槽与柱塞套油孔的相对位置来实现，将柱塞转向的方向，效行程的供油量即增加;反之则减少。 一、柱塞式喷
12、油泵的泵油原理柱塞式喷油泵的泵油原理柱塞副的构造：柱塞副的构造：柱塞和柱塞套是一对柱塞和柱塞套是一对精密偶件，经配对精密偶件，经配对研磨后不能互换，研磨后不能互换，要求有高的精度和要求有高的精度和光洁度和好的耐磨光洁度和好的耐磨性，其径向间隙为性，其径向间隙为0.0020.003mm柱塞柱塞柱塞套柱塞套柱塞泵的工作原理柱塞泵的工作原理柱塞式喷油泵利用柱塞在柱塞套内的往复运动吸油和压油，每一副柱塞与柱塞套只向一个气缸供油。对于单缸柴油机，由一套柱塞偶件组成单体泵；对于多缸柴油机，则由多套泵油机构分别向各缸供油。中、小功率柴油机大多将各缸的泵油机构组装在同一壳体中，称为多缸泵，而其中每组泵油机构则
13、称为分泵。分泵的结构图，其关键一部分是泵油机构。泵油机构主要由柱塞偶件(柱塞和柱塞套)、出油阀偶件(出油阀和出油阀座)等组成。柱塞的下部固定有调节臂，可通过它调节和转动柱塞的位置。柱塞上部的出油阀由出油阀弹簧压紧在油阀座上，柱塞下端与装在滚轮体中的垫块接触，柱塞弹簧通过弹簧座将柱塞推向下方，并使滚轮保持与凸轮轴上的凸轮相接触。 喷油泵凸轮轴由柴油机曲轴通过传动机构来驱动。对于四冲程柴油机曲轴转两圈，喷油泵凸轮轴转一圈。柱塞式油泵的泵油原理。柱塞的圆柱表面上铣有直线型(或螺旋型)斜槽，斜槽内腔和柱塞上面的泵腔用孔道连通。柱塞套上有两个圆孔都与喷油泵体上的低压油腔相通。柱塞由凸轮驱动，在柱塞套内作
14、往复直线运动，此外它还可以绕本身轴线在一定角度范围内转动。 柱塞式喷油泵工作原理模型演示柱塞式喷油泵工作原理模型演示工作时，在喷油泵凸轮轴上的凸轮工作时，在喷油泵凸轮轴上的凸轮与柱塞弹簧的作用下，迫使柱塞与柱塞弹簧的作用下，迫使柱塞作上、下往复运动，从而完成泵作上、下往复运动，从而完成泵油任务，泵油过程可分为以下三油任务，泵油过程可分为以下三个阶段。个阶段。进油过程进油过程当柱塞下移，燃油自低压油腔经进油孔被吸入并充满当柱塞下移，燃油自低压油腔经进油孔被吸入并充满泵腔。泵腔。 供油过程供油过程压油过程在柱塞自下止点上移的过程中，起初有一部压油过程在柱塞自下止点上移的过程中，起初有一部分燃油被从
15、泵腔挤回低压油腔，直到柱塞上部的圆柱面将两个油分燃油被从泵腔挤回低压油腔，直到柱塞上部的圆柱面将两个油孔完全封闭时为止。此后柱塞继续上升，柱塞上部的燃油压力迅孔完全封闭时为止。此后柱塞继续上升，柱塞上部的燃油压力迅速增高到足以克服出油阀弹簧的作用力，出油阀即开始上升。当速增高到足以克服出油阀弹簧的作用力，出油阀即开始上升。当出油阀的圆柱环形带离开出油阀座时，高压燃油便自泵腔通过高出油阀的圆柱环形带离开出油阀座时，高压燃油便自泵腔通过高压油管流向喷油器。当燃油压力高出喷油器的喷油压力时，喷油压油管流向喷油器。当燃油压力高出喷油器的喷油压力时，喷油器则开始喷油。器则开始喷油。 回油过程回油过程回油
16、过程当柱塞继续上移到，斜槽与油孔开始接通，回油过程当柱塞继续上移到，斜槽与油孔开始接通，于是泵腔内油压迅速下降，出油阅在弹簧压力作用下立即回位，于是泵腔内油压迅速下降，出油阅在弹簧压力作用下立即回位，喷油泵停止供油。此后柱塞仍继续上行，直到凸轮达到最高升程喷油泵停止供油。此后柱塞仍继续上行，直到凸轮达到最高升程为止，但不再泵油。为止，但不再泵油。 6.6调速器调速器功用：功用：调速器是根据发动机负荷变化而自动调节调速器是根据发动机负荷变化而自动调节供油量，从而保证发动机的转速稳定在很小的供油量，从而保证发动机的转速稳定在很小的范围内变化。范围内变化。分类：分类：按功能分有两速调速器、全速调速器
17、、定速调速按功能分有两速调速器、全速调速器、定速调速器和综合调速器器和综合调速器按转速传感分有气动式调速器、机械离心式调速按转速传感分有气动式调速器、机械离心式调速器和复合式调速器器和复合式调速器调速器工作原理调速器工作原理对于发电用柴油发动机，在运转过程中所遇到的负荷变化很大，而且难以预测负荷的变化。加之柴油发动机的燃烧进气量不能对于发电用柴油发动机，在运转过程中所遇到的负荷变化很大，而且难以预测负荷的变化。加之柴油发动机的燃烧进气量不能调节调节( (无节流作用无节流作用) )、以及喷油泵速度特性的影响，使柴油发动工作稳定性较差、对负荷变化的、以及喷油泵速度特性的影响，使柴油发动工作稳定性较
18、差、对负荷变化的“适应能力差适应能力差”。要人为。要人为控制供油量来适应负荷的变化，不仅使操作人员疲劳，同时也难以保持转速的稳定。因此，对于发电用柴油发动机必须控制供油量来适应负荷的变化，不仅使操作人员疲劳，同时也难以保持转速的稳定。因此，对于发电用柴油发动机必须加装调速器及时地、自动地调节供油量的多少，以保证柴油发动机在各工况下稳定工作。加装调速器及时地、自动地调节供油量的多少，以保证柴油发动机在各工况下稳定工作。柴油发动机调速器工作原理示意图（以机械离心调速器为例）：柴油发动机调速器工作原理示意图（以机械离心调速器为例）： 调速器调速器 发动机发动机 FA=FB VA=VB ME=MQ F
19、A=FB VA=VB ME=MQ 注：注：FAFA：离心推力；离心推力； FBFB：调速器弹簧推力调速器弹簧推力 VAVA：预定发动机转速；预定发动机转速； VBVB：带负荷后发动带负荷后发动机转速机转速 MEME：发动机曲轴输出；发动机曲轴输出； MQMQ：负荷调速器是发动机闭环自适应控制系统的一部分，外界加入这个闭环系统的参数负荷调速器是发动机闭环自适应控制系统的一部分，外界加入这个闭环系统的参数是转速调整和负荷变化量。调速器在闭环中承担两种作用：其一，作为度量内燃机转速的转速感受器；其二，在转速变是转速调整和负荷变化量。调速器在闭环中承担两种作用：其一，作为度量内燃机转速的转速感受器；其
20、二，在转速变化时，起驱动燃油控制机构的动力机构作用。图上各箭头指示了偏离静态的信息反馈给调速器的方向。由调速器给出校化时，起驱动燃油控制机构的动力机构作用。图上各箭头指示了偏离静态的信息反馈给调速器的方向。由调速器给出校正作用，对良好受控制的系统来说，它必须稳定的、响应必须是迅速的、正确的。使转速保持不变或随负载大小而变。正作用，对良好受控制的系统来说，它必须稳定的、响应必须是迅速的、正确的。使转速保持不变或随负载大小而变。然而在校正调节过程中，飞锤、调速套筒和喷油泵齿杆等机械零件要受到运动学规律的支配，不可能瞬间完成。由负荷然而在校正调节过程中，飞锤、调速套筒和喷油泵齿杆等机械零件要受到运动
21、学规律的支配，不可能瞬间完成。由负荷变化引起的转速变化的幅值，决定于调整燃油控制机构所需的时间，内燃机和被驱动工作机械飞轮效应的大小，以及柴变化引起的转速变化的幅值，决定于调整燃油控制机构所需的时间，内燃机和被驱动工作机械飞轮效应的大小，以及柴油机对喷入气缸的燃油反应所需的时间。油机对喷入气缸的燃油反应所需的时间。由上述原理分析当负荷变化时，一个良好的调速器应满足以下条件：由上述原理分析当负荷变化时，一个良好的调速器应满足以下条件：1.1.在负荷变化、调速器相应调整的过渡过程中，转速瞬间变化不应过大，即瞬时调整率应满足要求。在负荷变化、调速器相应调整的过渡过程中，转速瞬间变化不应过大，即瞬时调
22、整率应满足要求。 2.2.在负荷变化、调速器相应调整的过渡过程中，过渡时间不应过长，要求转速尽快达到平衡。在负荷变化、调速器相应调整的过渡过程中，过渡时间不应过长，要求转速尽快达到平衡。 3.3.在负荷变化、调速器相应调整的过渡过程中，转速波动的函数应该是收敛的，否则柴油机出现游车。在负荷变化、调速器相应调整的过渡过程中，转速波动的函数应该是收敛的，否则柴油机出现游车。 以上三点为评价调速器性能的主要指标，除此之外，还有稳定调速率来评价调速器静力性能。以上三点为评价调速器性能的主要指标，除此之外，还有稳定调速率来评价调速器静力性能。 对于发电用柴油发动机，一般要对于发电用柴油发动机，一般要求瞬时转速调整率、稳定转速调整率均小于求瞬时转速调整率、稳定转速调整率均小于5%5%，过渡调整时间小于，过渡调整时间小于35S35S。
