红兴隆北雁现代化农机
红兴隆农垦农业机械化、北大荒雁窝岛集团农业机械化，向全国农机行业的各位领导同仁致敬。
你现在的位置：农机通首页>>农机博客>>红兴隆北雁现代化农机>>迪尔系列板块>>
第6章 柴油机燃料供给与燃烧收藏
|
第6章 柴油机燃料供给与燃烧
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 |
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150～350曲轴转角（按发动机转速3000r/min计，只占8.3×10-4～1.9×10-3s）；
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（15～200MPa）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6～10倍。
|
图6-1 螺旋型进气道和切向进气道 |
|
图6-2 挤压涡流 |
(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 |
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ω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 |
|
图6-4 不同直喷式燃烧室 |
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50～80%，主燃烧室在缸盖底平面与活塞顶面之间。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 |
|
图6-6 涡流室式燃烧室的主燃烧室 |
|
图6-7 预燃室式燃烧室 |
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 8-高压油管 9-喷油器 |
|
图6-8 柱塞式喷油泵柴油供给系统 |
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 |
|
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 |
3．输油泵: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 |
（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0.1～0.15MPa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 |
喷油泵是柴油机燃料供给系中**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6-15 喷油泵的泵油机构 |
1.泵体 泵体是喷油泵的骨架，一般用铝合金铸造而成。A型泵的泵体是整体式，泵体侧面开有窗口，以便修理时调整各缸的喷油量。
2.泵油机构 泵油机构（图6-15）是喷油泵的核心，每缸有一组泵油机构，它主要由柱塞偶件（柱塞7和柱塞套5）、出油阀偶件（出油阀3和出油阀座4）、出油阀弹簧2、柱塞弹簧11等组成。
(1)柱塞偶件（图6-16）
柱塞偶件由柱塞5和柱塞套1组成。柱塞可在柱塞套内作往复运动，两者配合间隙极小，约在0.0018～0.003mm，需经精密磨削加工或选配研磨而成，故称它们为偶件。使用中不允许互换，如有损坏，应成对更换。同时要求所使用的柴油要高度清洁，多次过滤。
柱塞套被压紧在泵体上，在其上部开有进回油孔2，有的柱塞套进回油孔是分开的，柱塞套装入喷油泵体后，定位螺钉即插入此槽内，以保证正确的安装位置，并防止工作中柱塞套发生转动。
|
图6-16 柱塞偶件 |
|
a）右旋直切槽 b）左上旋螺旋槽 c）右上旋螺旋槽 d）双置式螺旋槽 e）二级直切槽 |
|
图6-17 柱塞切槽
|
有的切槽采用两段式（图6-17e），1号切槽斜率比常规的2号切槽斜率大，可以改善柴油机低速时的喷油性能。
柱塞的中部圆柱面是密封部，环形油槽6（图6-16）可储存少量柴油，用于润滑柱塞。柱塞下部加工有榫舌7，有的是压配调节臂，用于进行供油量调节。
|
1-出油阀座 2-出油阀 3-密封锥面 4-减压环带 5-十字切槽 |
|
图6-18 出油阀偶件 |
出油阀下部为导向部，阀芯断面呈“+”字形，既能导向，又能让柴油通过；出油阀上部有一圆锥面3，与阀座的圆锥面贴合，形成一个密封环带。密封环带下方有一个小圆柱面4称为减压环带，它可使喷油器断油干脆。
出油阀偶件也是一对精密偶件，出油阀导向面和减压环带与出油阀座内表面径向间隙约为0.006～0.016毫米，使用中也不允许互换。
出油阀偶件置于柱塞套上端，由出油阀压紧座1（见图6-19）压紧在喷油泵体上。为了防止高压柴油泄漏，一般在出油阀压紧座与出油阀座之间装有尼龙或铜制密封垫片6。有些出油阀紧座中设有减容体3，以减少高压容积，削弱燃油波动，改善柴油喷射。
(3)泵油原理 当柱塞下行时(图6-20a)，柱塞上方的空间容积变大，形成部分真空。当柱塞顶部下行到露出进油孔时，低压油便从泵体上的低压油腔流入柱塞顶部的空间，开始了进油行程，直至柱塞抵达下止点时，完成进油过程。
|
a）进油 b）压油 c）回油 d）柱塞有效行程 |
|
图6-20 喷油泵的泵油原理 |
柱塞继续上行，至其斜切槽与柱塞套的回油孔相通时，柱塞顶部的高压油便经柱塞的中心油道流回泵体低压油腔(图6-20c)。由于柱塞顶部油压急剧下降，在出油阀弹簧作用下，出油阀迅速落座，供油过程结束。此后柱塞虽然继续上行到上止点，但并不能向高压油管供油。可见，在柱塞的总行程h(图6-20d)中，只有一部分行程hc向高压油管供油，称这部分行程为有效行程。
当转动柱塞时，改变了柱塞斜切槽与柱塞套回油孔的相对位置，从而改变了柱塞的有效行程，也就改变了柱塞的供油量。
出油阀减压环带的作用是使回油开始出油阀落座时，首先是减压环带圆柱面关闭出油阀座，至密封锥面落到阀座锥面时，使高压油管容积突然增大，迅速降压，导致喷油器断油干脆，改善了发动机的燃烧过程。
3.供油量调节机构 其作用是根据发动机负荷变化，通过转动柱塞来改变每循环的供油量。
|
1-柱塞套 2-柱塞 3-柱塞调节臂 4-拨叉紧固螺钉 5-拨叉 6-供油拉杆 |
|
图6-22 拨叉拉杆式油量调节机构 |
|
a)不供油 b)部分供油 c)**大供油
1-柱塞套 2-进回油孔 3-调节齿杆 4-柱塞 5-调节齿圈 6-控制套筒 7-柱塞榫舌 |
|
图6-21 喷油泵供油量调节机构 |
当调节齿杆被拉动时，便带动调节齿圈转动，从而带动喷油泵柱塞转动，改变柱塞的循环供油量。
喷油泵的调节齿杆一般不直接由驾驶员控制，而是通过调速器控制。
有的柴油机喷油泵供油量调节机构是拨叉拉杆式（图6-22）或拉杆衬套式（见P型泵结构特点），但基本原理都是通过转动柱塞来改变循环供油量。
4.驱动机构 驱动机构主要由油泵凸轮轴14和挺柱体部件16组成（见图6-15）。
(1)凸轮轴（图6-23）:凸轮外形根据不同燃烧室的要求而有不同的型线（图6-24），不同的凸轮型线，供油规律不同。现代汽车用得较多的是组合式凸轮。
|
a)双切线凸轮 b)圆弧凸轮 c)组合式凸轮 |
|
图6-24 喷油泵凸轮轴凸轮型线 |
|
图6-23 喷油泵凸轮轴 |
(2)挺柱体部件：其作用是将凸轮的运动平稳地传递给柱塞，并且可以适量调整柱塞的供油时间。常见的供油时间调整方式有螺钉调节式和垫块调节式。
|
1-调整螺钉 2-锁紧螺母 3-挺柱体 4-导向滑块 5-滚轮销 6-滚轮衬套 7-滚轮 |
|
1-柱塞弹簧座 2-调整垫片 3-挺柱体 4-导向滑块 5-滚轮销 6-滚轮衬套 7-滚轮 |
|
图6-25 螺钉调节式挺柱体部件 |
|
图6-26 垫块调节式挺柱体部件 |
5.喷油提前器（见图6-14）：其作用是随柴油机转速的变化，自动调节喷油泵的供油起始角。
|
a) 提前器结构 b)起始位置 c)终了位置
1-防护罩 2-提前器弹簧 3-传动销 4-主动盘 5-传动爪 6-主动盘凸缘 7-传动销 8-飞锤圆弧面 9-飞锤 10-喷油泵凸轮轴 11-飞锤销 12-从动盘
L1-弹簧起始位置 L2-弹簧终了位置 θ-提前角调节范围 |
|
图6-27 SA型喷油提前器 |
柴油机的喷油提前角是指喷油器开始喷油到活塞行至上止点时所转过的曲轴转角。它是影响柴油机工作性能的重要而敏感的因素。过早喷油，导致过早着火燃烧，气缸压力过早提高，造成了压缩负功增加，功率下降，油耗上升，起动困难，产生敲缸声音；过晚喷油，导致过晚着火燃烧，此时活塞已下行，空间容积增大，燃烧条件变差，导致排气冒黑烟，油耗上升，功率下降，排气温度升高，发动机过热。
在发动机一定工况下，能使得发动机获得**大功率和**低燃油消耗的喷油提前角称之为**佳喷油提前角。不同型号的发动机有不同的**佳提前角。同型号的发动机，在发动机不同的转速和负荷下，其**佳喷油提前角也不同。转速升高，喷油应提早，这是因为转速升高，单位时间内所转过的曲轴转角增大，导致喷油的延续角度增大，发动机后期燃烧延长，排气容易冒黑烟。所以为了减少后燃，汽车柴油机均装有喷油提前器。
A型喷油泵大多采用机械离心式喷油提前器，常见的有SA、SP和双偏心型几种。以SA型为例，其基本结构如图6-27a所示。整个装置由防护罩1密封，其内部有主动盘4和从动盘12。
主动盘的凸缘6上有传动爪5，接受发动机传来的驱动力；主动盘内侧固定有两个传动销3和7，其上面的平凹坑作为提前器弹簧2的支座。
从动盘12与喷油泵凸轮轴刚性连接，其上固定有两个飞锤销11，飞锤销上的平凹坑作为提前器弹簧的另一支座。两块飞锤9通过其上的轴孔套在飞锤销上。
提前器弹簧2支撑在传动销和飞锤销之间，使飞锤的圆弧面压紧在传动销上，使主动盘与从动盘形成弹性连接，能相互转动一定角度。
发动机工作时，动力经传动爪5、传动销3和7、飞锤圆弧面8、飞锤销11和从动盘12，驱动喷油泵凸轮轴旋转。
当发动机起动或低速运转时，飞锤的离心力很小，未能向外张开，提前器弹簧处于完全伸张状态，传动销3和7紧靠在飞锤圆弧面8的外侧（图6-27b）。
当发动机的转速升高到一定值时，飞锤克服了提前器弹簧的压力，以飞锤销11为支点向外张开，迫使飞锤圆弧面沿传动销向外滑动，压缩弹簧，从而带动飞锤销11、从动盘12和喷油泵凸轮轴顺喷油泵旋转方向转过一定角度，使供油提前。转速越高，提前器弹簧被压缩越厉害，提前角度越大，直到飞锤行程走完为止（图6-27c）。SA型提前器**大供油提前角调节范围在100以内。
6.润滑系统 A型喷油泵的柱塞偶件和出油阀偶件靠流过的柴油润滑。而驱动机构中的油泵凸轮轴、挺柱体部件、轴承以及油量调节机构，都是靠喷油泵底部的润滑机油进行击溅润滑。所以油泵凸轮轴两端加有油封防止漏油，若有损坏，应及时更换，否则会导致严重后果。喷油泵中的润滑油靠油标尺检查，应每天进行，及时添加。
6.4 分配式喷油泵
柱塞式喷油泵是具有与柴油机缸数相同的柱塞偶件和出油口的喷油泵。而分配式喷油泵是具有一个分配转子（或分配柱塞）和多个出油口的喷油泵。它具有结构简单、零件少、体积小、重量轻、高速性能好、故障少和容易维修等优点，其主要问题是每循环供油量不大，精密偶件加工精度要求高。所以分配式喷油泵被广泛应用于轻型柴油汽车上。
分配式喷油泵按其结构特点分为转子式（径向压缩式）和单柱塞式（轴向压缩式）两大类。下面以应用较广的单柱塞分配式喷油泵（简称VE型分配泵，见图6-31）为例介绍其工作原理。
VE型喷油泵主要由泵体、泵盖、滑片式输油泵、泵油机构、断油电磁阀和喷油提前器等组成（图6-32）。
|
1-驱动轴 2-泵体 3-调压阀 4-泵盖 5-调速手柄 6-飞锤 7-调速弹簧 8-回油电磁阀 9-稳定弹簧 10-**大油量调整螺钉 11-张力杆 12-调整杆 13-断油电磁阀 14-柱塞 15-柱塞套 16-出油阀紧座 17-出油阀 18-油量调节套筒 19-柱塞弹簧 20-平面凸轮盘 21-滚轮 22-喷油提前器活塞 23滚轮支架 24-十字连轴器 25-调速器驱动齿轮 26-滑片式输油泵 |
|
图6-32 VE型分配泵结构示意图 |
泵体2和泵盖4用铝合金铸成，支承着喷油泵的所有零部件。泵盖与泵体之间用橡胶垫密封，不得漏油。泵盖上安装有回油电磁阀8、调速手柄5、高速限制螺钉、怠速螺钉、**大油量调整螺钉10等。
6.4.2 驱动机构
驱动机构由驱动轴、调速器驱动齿轮、滚轮支架、滚轮、十字联轴器和平面凸轮盘等组成（图6-33）。
工作时，驱动轴由发动机曲轴通过中间传动装置驱动。传动轴一方面带动滑片式输油泵转动，同时通过调速器驱动齿轮2带动调速器工作；另一方面，传动轴右端通过十字联轴器5带动平面凸轮盘6转动，凸轮盘上的凸轮数与发动机气缸数相同，并紧靠在滚轮4上，滚轮支承在滚轮支架3上，当平面凸轮盘6转动同时，受滚轮4的作用，还作左右往复运动，用于驱动分配泵的柱塞也作转动和往复运动。
|
1-驱动轴 2-调速器驱动齿轮 3-滚轮支架 4-滚轮 5-十字联轴器 6-平面凸轮盘 |
|
图6-33 VE型分配泵驱动机构 |
基本结构原理见6.2。
6.4.4 泵油机构
泵油机构是VE分配泵的关键部件，用以定时、定量产生高压油。它主要由柱塞、柱塞套、油量调节套筒、柱塞弹簧、出油阀偶件等组成（图6-34）。
柱塞10与柱塞套3、柱塞与油量调节套筒9是两对精密偶件。在柱塞的左端开有定位孔19（图6-34c），与平面凸轮盘11的定位销20相啮合（图6-34b），平面凸轮盘的运动，带动柱塞作相应的转动和往复运动；柱塞的右端开有四条相隔900的进油槽13（图6-34c），；中部开有一个出油孔15、一条压力平衡槽16和泄油孔18，柱塞还有中心油道与各进出油孔及泄油孔相通。
|
a) 泵油机构 b) 平面凸轮盘 c) 柱塞
1-断油电磁阀 2-进油孔 3-柱塞套 4-出油阀紧座 5-出油阀偶件 6-出油孔 7-泵头 8-柱塞弹簧 9-油量调节套筒 10-柱塞 11-平面凸轮盘 12-滚轮 13-进油槽 14-出油槽 15-出油孔 16-压力平衡槽 17-中心油道 18-泄油孔 19-定位孔 20-定位销 |
|
图6-34 VE型分配泵泵油机构 |
油量调节套筒9上的凹坑与调速器相连，可在柱塞上左右移动，当柱塞向右运动到露出泄油孔18时，柱塞中心油道上的高压油泄压。
现以四缸发动机配用的VE型分配泵为例，说明其工作原理（见图6-34a）：
（1）进油过程 当平面凸轮盘11的下凹部分转到与滚轮12接触时，在柱塞弹簧8的作用下，转动着的柱塞向左移动接近终点时，泄油孔18完全被油量调节套筒9所封闭。当柱塞的一个进油槽与柱塞套的进油孔相对时，泵腔中的燃油便进入柱塞中心油道，直至柱塞进油槽与柱塞套的进油孔错开，进油结束。
（2）泵油过程 当平面凸轮盘由下凹部分向凸起部分转动到与滚轮接触时，柱塞由左向右运动，此时柱塞中心油道的油压急剧升高，当柱塞的出油槽与柱塞套的一个出油孔相对时，高压燃油便经出油孔、出油阀、高压油管，送到相应缸的喷油器中。
柱塞每转一周，对四缸柴油机，分别进油4次，出油4次，向每个气缸喷油一次。
（3）回油过程 柱塞在平面凸轮盘作用下继续右移，当柱塞的泄油孔露出，油量调节套筒9与泵腔相通时，柱塞中心油道中的高压油便流回泵腔，油压急剧下降，供油结束。
柱塞从出油槽与柱塞套出油孔接通到关闭的行程称为柱塞的有效行程。有效行程越大，向外供油量越多。移动油量调节套筒9的位置，即可改变柱塞的有效行程，从而改变VE分配泵的供油量。
|
1-电磁线圈 2-回位弹簧 3-阀门 4-进油孔 5-柱塞套 6-泵头 7-出油阀弹簧 8-出油阀偶件 9-柱塞 10-油量调节套筒 11-进油道 12-蓄电池 13起动开关 14-电阻 |
|
图6-35 VE型分配泵断油电磁阀 |
6.4.5 断油电磁阀
VE型分配泵装有断油电磁阀（图6-35）。发动机起动时，将起动开关13闭合（旋至ST位置），从蓄电池12来的电流直接流过电磁线圈1，产生的电磁吸力压缩回位弹簧2把阀门3吸上，使进油孔4打开，燃油进入泵油机构。
发动机起动后，将起动开关旋至ON位置，此时由于电路串入了电阻14，电流减少，但由于有油压作用，阀门仍保持开启。
|
1-驱动轴 2-滚轮座 3-滚轮 4-传动销 5-止动销 6-O形圈 7-侧盖板 8-泵体 9-提前器活塞 10-连接销 11-弹簧 12- O形圈 13-侧盖 |
|
图6-36 VE型分配泵喷油提前器 |
6.4.6 喷油提前器
VE泵的喷油提前器属于液压式，其结构如图6-36所示。
滚轮座2通过传动销4和连接销10与提前器活塞9相连接。活塞右端有一小孔A，与泵体内腔燃油相通。活塞左端安装有弹簧11，与滑片式输油泵进油腔相通。当发动机稳定运转时，活塞左右两端压力平衡，活塞和滚轮座不动。
当发动机转速增加时，滑片式输油泵运转加快，泵腔油压升高，使提前器活塞9的右端压力大于左端，便压缩弹簧，使活塞左移，通过传动销4，带动滚轮座2顺时针旋转（逆着驱动轴方向旋转），导致滚轮3提早顶起平面凸轮，提早供油和喷油。发动机转速越高，泵腔燃油压力也越大，活塞左移越多，喷油也越早。
6.5 调速器
6.5.1 调速器的作用
调速器是一种随柴油机负荷与转速的变化，自动调节喷油泵供油量，以限制或稳定转速的装置。
|
图6-37 柴油机转矩特性 |
柴油机“飞车”的产生，还与柱塞式喷油泵的速度特性有关。
喷油泵的速度特性是指喷油泵的供油调节拉杆位置一定时，每循环的供油量随油泵凸轮轴转速而变化的关系。随着柴油机转速升高，柱塞运动速度加快，由于进回油孔的节流作用增强，导致出油阀提早打开，推迟关闭，使供油量加大。而供油量加大又反过来促进发动机转速升高，如此循环，**终造成“飞车”。
汽车柴油机还常在怠速下运转，由于其转速波动大，造成怠速不稳，容易熄火。所以，柴油机都安装有调速器。用得较多的是全程式和两极式机械调速器。
6.5.2 全程式调速器
1．全程式调速器基本结构 以本章所述VE型分配泵所配用的全程式调速器为例，其结构如图6-38所示。它主要由传动组件（调速器轴19、调速器传动齿轮18）、感应组件（飞锤支架16、飞锤17、调速套筒5）、调速杠杆组件（张力杆8、调整杆11、起动杆15）、弹簧组件（调速弹簧4、怠速弹簧6、起动弹簧10、回位弹簧12）和调整螺钉（怠速调整螺钉1、高速限止螺钉3、油量调节螺钉7）等组成。
四块飞锤以相隔900安装在飞锤支架上，并由调速器传动齿轮驱动，当飞锤转动时，受离心力作用向外飞开，使调速套筒5向右移动。
调速套筒右端顶靠起动杆15，起动杆下端的球头销嵌入油量调节套筒13的凹槽内，用以调节油量调节套筒位置，改变供油量。
|
1-怠速调整螺钉 2-调速手柄 3-高速限止螺钉 4-调速弹簧 5-调速套筒 6-怠速弹簧 7-油量调节螺钉 8-张力杆 9-张力杆挡销 10-起动弹簧 11-调整杆 12-回位弹簧 13-油量调节套筒 14-柱塞 15-起动杆 16-飞锤支架 17-飞锤 18-调速器传动齿轮 19-调速器轴 M-调整杆支撑销轴（固定） N-起动杆、张力杆及调整杆支撑销轴（可动） |
|
图6-38 VE型分配泵全程式调速器 |
2．VE型分配泵全程式调速器工作原理
|
图6-39 调速器怠速工况 |
起动后，飞锤产生的离心力克服起动弹簧的弹力，将调速套筒推向右方，使起动杆以销轴N为支点顺时针摆动，一直到抵靠到张力杆挡销9为止。此时起动杆下端球头销将油量调节套筒向左拨，使供油量自动减少，完成起动过程。这时应将调速手柄推靠怠调整螺钉1，则起动杆、张力杆在飞锤离心力的轴向分力作用下，以销轴N为支点顺时针摆动，油量调节套筒左移，供油量减少，以防柴油机高速空转。
（2）怠速工况(见图6-39) 柴油机怠速运转时，调速手柄推靠怠调整螺钉1，油量调节套筒左移至**小供油量位置，此时调速弹簧的张力几乎为零，调速器飞锤产生的离心力与怠速弹簧力相平衡。
当柴油机因摩擦阻力等原因而使转速下降时，则飞锤的离心力减小，上述平衡被破坏，在怠速弹簧的作用下，张力杆、起动杆以销轴N为支点逆时针摆动，油量调节套筒右移，供油量增加，使柴油机转速回升，保持怠速稳定，防止熄火。相反，若柴油机因某些原因而使转速上升时，调速器动作与上述相反，会自动减少油量，以保持怠速稳定。
（3）部份负荷及标定工况 调速手柄处于怠调整螺钉和高速限止螺钉之间的任一位置，发动机在部份负荷下工作，调速弹簧对拉力杆的拉力与调速器飞锤离心力的轴向分力保持平衡，油量调节套筒也稳定在某一中间供油量位置，发动机在某一中间转速稳定工作。
|
图6-40 调速器高速控制 |
（4）高速控制(图6-40) 当发动机在标定工况下完全卸载，发动机转速急速升高，达到**高空转转速，飞锤离心力达到**大值，克服调速弹簧拉力，推动起动杆、张力杆以销轴N为支点顺时针摆动，油量调节套筒左移，供油量减少，使柴油机转速回落，防止发动机转速进一步升高而造成“飞车”。
（5）标定油量调节(图6-40) 柴油机标定工况时的油量应符合要求，在喷油泵出厂和修理时都需要进行检查和调整。标定油量调整可通过泵体外部的油量调节螺钉7进行调整。拧入调整螺钉时，调整杆以支撑销M为轴逆时针转动，带动油量调节套筒右移，供油量增加；反之，拧出调节螺钉，标定油量减少。
3．VE型分配泵调速器的附加装置 VE型分配泵根据不同需要，可加装各种用途的附加装置。下面介绍其中的几种。
（1）增压补偿装置 增压补偿装置用于增压柴油机上，其作用是根据增压压力大小，自动调节供油量，提高柴油机的动力经济性能。
|
1-真空波纹盒 2-大气室 3-推杆 4导向套 5-油量调节螺钉 6-张力杆 7-油量调节套筒 8-柱塞 9-调速套筒 10-飞锤 11-调速手柄 12-销轴 13-控制臂 14-连接销 15-补偿弹簧 N-销轴 |
|
图6-42 大气压力补偿装置 |
|
1-上腔 2-膜片螺钉 3-调整螺钉 4膜片 5-接头螺钉 6-气管 7-进气管 8-增压器 9-排气管 10-调整垫片 11-调整齿轮 12-膜片轴 13-张力杆 14-油量调节套筒 15-柱塞 16-调速弹簧 17-销轴 18-调速手柄 19-补偿杆 20-传动销 21-膜片弹簧 22-下腔 N-销轴 |
|
图6-41 增压补偿装置 |
膜片将增压补偿装置分为上下两腔，上腔1与增压器进气管7相通，下腔22与大气相通。
当增压压力升高时，膜片克服膜片弹簧21的弹力而下行，带动膜片轴12下移，传动销20与膜片轴12的倒锥段接触并被推向右方，在调速弹簧16的作用下，补偿杆19绕销轴17顺时针转动，使张力杆13绕销轴N逆时针转动，油量调节套筒14右移，供油量相应增加，使柴油机发出更大功率。
（2）大气压力补偿装置 在高原行驶的汽车，由于气压低，进气密度小，使燃料燃烧不完全，导致排气冒黑烟。大气压力补偿装置的作用就是使喷油泵供油量随着大气压力的降低而自动减少。其结构如图6-42所示。
真空波纹盒1由薄铜片焊接后抽成一定真空度。当汽车行驶在高原地区，大气压力降低时，真空波纹盒将向外膨胀，带动与其连接的推杆3下移，使与推杆下端锥面接触的连接销14左移，控制臂13绕销轴12逆时针转动，推动张力杆6以销轴N为支点顺时针转动，导致油量调节套筒7左移，减少供油量。
|
1-进油口 2-调压阀 3-调速器轴 4-调速套筒 5-泄油量孔 6-油量调节套筒 7-泵体 8-喷油提前器活塞 9-弹簧 10-滑片式输油泵 |
|
图6-43 负荷传感供油提前装置 |
|
1-调速弹簧 2-张力杆 3-怠速弹簧 4-挡销 5-调整杆 6-负校正杆 7-油量调节套筒 8-校正弹簧 9-起动杆 10-调速套筒 11-飞锤 L-起动杆与校正杆销轴 N-起动杆、张力杆及调整杆销轴 |
|
图6-44 转矩负校正装置 |
（4）转矩负校正装置 有的VE泵安装有转矩负校正装置，其作用是改善发动机高速转矩不足问题，通过校正行程增加喷油量。
装有负校正装置的调速器，在调速杠杆组件中增加了一根负校正杆6(图6-44)和校正弹簧8。负校正杆与起动杆9共同铰接于销轴L。调速套筒10直接抵靠在负校正杆上。
当发动机进入校正工况时，若转速进一步升高，飞锤产生的离心力通过调速套筒10推动负校正杆6，压缩校正弹簧8，使负校正杆以挡销4为支点逆时针转动，销轴L左移，带动起动杆以销轴N为支点逆时针转动，推动油量调节套筒7右移，使供油量增加，发动机功率也相应的增加。
6.5.3 两极式调速器
|
1-拉力杆 2-速度调整螺栓 3-导动杆 4-浮动杠杆 5-高速限止螺钉 6-操纵手柄 7-怠速螺钉 8-拨叉杠杆 9-怠速弹簧 10-齿杆行程调整螺钉 11-调速滑套 12-飞锤 13-滚轮 14-凸轮轴 15-调速弹簧 16-供油调节齿杆 17-连接杆 18-起动弹簧 19-速度调定杆 20-稳速弹簧 |
|
图6-45 RAD型调速器 |
1.RAD型调速器基本结构（图6-45）
在喷油泵凸轮轴14的尾端固定有飞锤12，飞锤臂上的滚轮13紧靠在调速滑套11的端面上。当飞锤向外张开时，推动调速滑套沿轴向右移。
拉力杆1、导动杆3和速度调定杆19的上端与装在调速器壳上的销轴相连，并可绕其摆动。拉力杆的下端受齿杆行程调整螺钉10的限制，导动杆3的下端与调速滑套11铰接。在导动杆的中部位置安装有轴销B，两端分别与上、下浮动杠杆4连接。上浮动杆通过连接杆17与供油调节齿杆16相连；下浮动杆的下端有一销轴C，插在拨叉杆8下端的凹槽内。操纵手柄6通过一个曲柄与拨叉杆相连，在工作中由驾驶员通过脚“油门”踏板与杆件系统来控制操纵手柄6。
调速弹簧15拉住拉力杆1与速度调定杠杆19，而速度调定杠杆则用速度调整螺栓2顶住，使调速弹簧15保持拉伸状态。起动弹簧18的一端装在上浮动杆的顶部，另一端固定在调速器壳体上。怠速弹簧9装在拉力杆1下部。
在正常工作范围内，由于调速弹簧15的作用，拉力杆1始终靠在齿杆行程调整螺钉10上，在拉力杆1的中部有一销轴D，它插在拨叉杆8上端的凹槽内。
2.工作原理
(1)起动加浓（图6-45） 起动时，将操纵手柄6抵靠高速限止螺钉5，带动拨叉杆8绕D点逆时针方向转动，浮动杠杆4则绕B点逆时针方向转动，并通过连接杆17推动供油调节齿杆16向增加油量方向移动。由于起动弹簧18对浮动杠杆4有一个向左的拉力，因而浮动杠杆会绕C点逆时针摆动，带动B点和A点进一步向左移动到飞锤12完全闭合为止。供油调节齿杆因而相应地向增加供油方向移动一个距离，即达到起动加浓供油位置。此时调速滑套11的右端与怠速弹簧杆9之间存在有间隙。
发动机起动达到一定转速时，飞锤的离心力便克服起动弹簧18的拉力而推动调速滑套11右移。浮动杆上端则相应地带动供油调节齿杆减少供油，这时应将操纵手柄6拉回到怠速位置（接触怠速螺钉7），则拨叉杆8绕D点顺时针方向转动，浮动杠杆4则绕B点顺时针方向转动，并通过连接杆17拉动供油调节齿杆16向减少油量方向移动，使发动机处于怠速运转。
(2)怠速调节（图6-46） 怠速工作时将操纵手柄6靠在怠速螺钉7，这时飞锤的离心力通过调速滑套11与怠速弹簧9相平衡，发动机在怠速下稳定工作。
|
图6-46 RAD型调速器怠速调节 |
|
图6-47 RAD型调速器中速工作 |
(3)中速工作（图6-47） 操纵手柄6置于怠速螺钉7与高速限止螺钉5之间的任一位置，通过拨叉杆8、浮动杠杆4等杆件调节，便可以使供油调节齿杆16处于相应位置，发动机在相应转速下工作。此时怠速弹簧9已全部被压入拉力杆1内，不起作用。而调速弹簧刚度较大，还尚未起作用。所以外界负荷的变化，调速器并不自动调节油量，而要靠驾驶员直接操纵。
(4)**高转速限制（图6-48） 操纵手柄6靠在高速限止螺钉5，发动机在标定工况工作，供油调节齿杆16处于标定供油位置，发动机在标定转速稳定工作（如图实线所示）。
|
图6-48 RAD型调速器**高转速限制 |
相反，若发动机负荷增加，发动机转速便下降，通过调速器调节，使得供油调节齿杆16向增加供油方向移动，以保持转速稳定。
调速器控制的**高工作转速，可通过改变调速弹簧15的预紧力调节。当速度调整螺栓2向里旋进时，调速弹簧予紧力加大，发动机的**高工作转速升高。
RAD调速器根据工作需要，也可以增加附属装置（校正装置、增压补偿装置等），其基本原理与VE型分配泵的相应附属装置相似，不再细述。
6.5.4 调速器分类
1．按转速调节范围分
（1）全程式调速器 在柴油机所有工作转速范围内都能起调节作用的调速器。它主要用于负荷、转速变化较大的汽车、拖拉机和工程机械上。
（2）两极式调速器 限制和稳定柴油机**高和**低转速的调速器。它主要用于在道路行驶的柴油汽车上，用来稳定怠速和限制**高转速。
（3）单程式调速器 只在一个规定的转速下起作用。它主要用于转速要求恒定的柴油机上，如发电机组。
（4）极限式（限速式）调速器 用于限制**高转速的调速器。它实际上是种超速保护装置，用于重要的大功率柴油机上，常与一般调速器配套使用。
2．按感应元件或执行机构分
（1）机械式调速器 感应元件是飞锤等，执行机构为机械的调速器。它结构简单，广泛用于小功率及部分中等功率柴机上。
（2）液压式调速器 执行机构为液压伺服器的调速器。它通用性强，稳定性高，但结构复杂，一般用于大功率柴油机。
（3）气动式调速器 感应元件用膜片等气动元件，感应进气管压力变化，以调节柴油机转速的调速器。它结构简单，但增加了进气道阻力。
（4）电子调速器 感应元件和执行元件主要是电子装置的调速器。它能在转速明显变化前迅速调整油量，具有很高的静态和动态调节精度。
6.5.5 调速器性能指标
调速器性能常用以下指标衡量。
1．稳定调速率
式中 ——标定工况突卸负荷后内燃机的**高空载转速（r/min）；
——标定转速（r/min）。
稳定调速率是调速器的一个静态性能指标， 太大，表明空载转速相对于全负荷的转速波动大，对稳定工作不利。要求汽车的 ≯10%。
2．瞬时调速率
式中 ---标定工况突卸负荷后内燃机的**高瞬时转速（r/min）；
---标定转速（r/min）。
瞬时调速率是调速器的一个动态特性指标， 太大，表明转速瞬时波动的幅度过大，容易造成发动机短时间超速，影响柴油机的正常运行。要求汽车的 ≤10～12%。
3．稳定时间 稳定时间是指从转速（或负荷）突变起，到转速稳定时止所需要的时间。稳定时间过长，说明调速系统稳定性不够，在调节过程中容易产“游车”现象（发动机转速时高时低的现象）。一般要求稳定时间在5～10s。
4．转速波动率
式中 ——在标定工况下稳定运转的**高转速（r/min）；
——在标定工况下稳定运转的**低转速（r/min）；
——平均转速（ ），（r/min）。
转速波动率也是动态特性指标，φ太大，说明在标定工况下稳定运转时的转速波动过大，严重时产生“游车”现象。一般要求在标定工况时，φ≤0.5-1%。
6.6 喷油器及燃油喷射
6.6.1 喷油器功用
喷油器是一种向柴油机燃烧室喷射高压燃油的装置。根据不同柴油机要求，将高压油泵来的柴油雾气，以一定的喷油压力、喷雾细度、喷油规律、射程和喷雾锥角喷入燃烧室特定位置，与空气混合燃烧。
试验发现，1ml柴油，如果呈球形，直径为12.4mm，其表面积为483mm2；如果雾化成直径10μm的均匀油粒，则油粒总数将为2.99×107，表面积为1.5×105mm2，表面积增加了310倍，这样细小的油粒被喷到高温高压空气中，不但提高了加热速度，也增加了与空气接触的机会，因此柴油能迅速气化和氧化，促进了可燃混合气的形成和燃烧。
6.6.2 喷油器构造与工作原理
汽车用柴油机喷油器大多采用孔式喷油器，其基本构造如图6-49所示。
|
1-喷油器体 2-喷油嘴 3-弹性垫圈 4-密封垫圈 5-紧固螺套 6-结合座 7-顶杆 8-调压弹簧 9-垫圈 10-进油道 11-回油道 |
|
图6-50 低惯量孔式喷油器 |
|
1-回油管螺钉 2-回油管垫片 3-调压螺钉护帽 4-垫片 5-顶杆 6-喷油器体 7-紧固螺套 8-定位销 9-油嘴垫 10-喷孔 11-针阀 12-环形油腔 13-针阀体 14-进油道 15-进油管接头 16-调压弹簧 17-调压螺钉 |
|
图6-49 孔式喷油器构造
a）喷油嘴 b）喷油器 |
喷油器工作时，来自喷油泵的高压柴油，经油管接头15进入喷油器体上的进油道14,再进入针阀体中部的环形油腔12，作用在针阀的承压锥面上，对针阀形成一个向上的轴向推力，此推力一旦大于喷油器调压弹簧16的预压力时，针阀立即上移，打开喷孔10，高压柴油随即喷入燃烧室中。喷油泵停止供油时,高压油道内压力迅速下降，针阀在调压弹簧作用下及时回位，将喷孔关闭，停止喷油。
进入针阀体环形油腔12的少量柴油，经喷油嘴偶件配合表面之间的间隙流到调压弹簧端，进入回油管，流回滤清器，用来润滑喷油嘴偶件。
针阀的开启压力（喷油压力）的大小取决于调压弹簧的预紧力。不同的发动机有不同的喷油压力要求，可通过调压螺钉17调整，旋入时压力增大，旋出时压力减小。
有的喷油器调压弹簧的预紧力，是由调压垫片调整（如图6-50所示），其结构特点是调压弹簧8下置，使顶杆7大为缩短，减少了顶杆的质量和惯性力，减轻了针阀跳动，有利喷油，这种喷油器也称为低惯量孔式喷油器。
6.6.3 喷油器分类
|
闭式 |
|
孔 式 |
|
长型 |
|
短型 |
|
轴针式 |
|
普通型 |
|
节流型 |
|
分流型 |
|
1-回油管螺钉 2-调压螺钉护帽 3-调压螺钉 4-垫圈 5-滤芯 6-进油管接头 7-紧固螺套 8-针阀 9-垫圈 10-针阀体 11-喷油器体 12-顶杆 13-垫圈 14-调压弹簧 15-垫圈 16-垫圈 |
|
图6-52 轴针式喷油器 |
1．孔式喷油嘴 其特点是喷油嘴偶件中的针阀不直接伸出喷孔，喷油嘴头部的喷孔小且多，一般喷孔1-7个，直径0.2-0.5mm。孔式喷油嘴又分为短型和长型两种（图6-51），长型孔式喷油嘴的针阀导向圆柱面远离燃烧室，减少了针阀受热变形卡死在针阀体中，用于热负荷较高的柴油机中。
|
图6-51 孔式喷油嘴类型 |
|
b) |
|
a) |
2．轴针式喷油嘴 特点是喷油嘴偶件中的针阀伸出喷孔（图6-52），喷孔一般只有一个，直径也较大，可达1～3mm，工作时轴针在喷孔中上下运动，能自动清除喷孔积炭。针阀头部制成各种形状（如图6-53所示），使柴油以不同油束锥角喷入气缸，适应不同发动机需要。
|
图6-54 轴针式喷油嘴类型
a）普通型 b）节流型 c）分流型 |
|
a） |
|
b） |
|
c） |
|
图6-53 轴针式喷油嘴针阀头部形状
a）倒锥 b）园柱 c）顺锥
|
|
a） |
|
b） |
|
c） |
|
图6-55 喷油油束
L-油束射程 β-喷雾锥角 |
6.6.4 喷雾特性与喷油规律
1．喷雾特性 喷雾特性指与燃料喷散雾化有关的特性。一般以燃油喷散的细度、均匀度、油束射程、偏转角和喷雾锥角等来表示。
|
图6-56 喷油规律 |
2．喷油规律 喷油规律是单位时间（或10喷油泵凸轮轴转角）喷油器喷入燃烧室的油量随时间（或喷油泵凸轮轴转角）的变化关系。以图形表示的喷油规律称为喷油规律图，（图6-56）。不同喷油嘴，喷油规律不同，图中实线所示为4孔、直径0.35mm、喷雾夹角1600的喷油规律图，虚线所示为4孔、直径0.40mm、喷雾夹角1500的喷油规律图。从喷油规律图中可以看到喷油器开始喷油和结束喷油的时间以及喷油量变化的情况，可以检查喷油器是否有不正常喷射。
6.6.5 不正常喷射
常见的不正常喷射有二次喷射、隔次喷射和其它不规则喷射。
|
图6-57 不正常喷射
a）二次喷射 b）隔次喷射 c）不规则喷射 |
隔次喷射是指喷油泵两次供油喷油器才有一次喷射的现象（图6-57b）。当喷油嘴偶件磨损严重时，常会引起隔次喷射。
不规则喷射是指喷油时间、喷油压力、喷油量不断变化的现象（图6-57c）。喷油嘴偶件针阀磨损阻滞等，会引起不规则喷射。
6.6.6 喷油器检查调整
喷油嘴偶件使用中容易因磨损而导致燃油喷射不良，影响发动机功率和油耗，严重时将无法工作，所以应定时检查其喷油压力和雾化质量。
试验应在专用的喷油器试验器上按要求进行，以60～80次/min速度压油，观察喷油时的压力应符合使用说明书要求，若不符合，可以通过调整喷油器调压螺钉或调整垫片来达到；同时要求喷出的燃油应成雾状（参见图6-58），不应有明显的肉眼可见的雾状偏斜和飞溅油粒、连续的油柱和极易判别的局部浓稀不均匀现象；喷射应干脆，具有喷油器偶件结构相应的响声；多次喷射后，针阀体端面或头部不得出现油液积聚现象。全面检查还应该进行偶件密封性和喷雾锥角等检查。
6.7 柴油机的燃烧过程
6.7.1 柴油机的燃烧过程
|
图6-59 柴油机燃烧过程 |
1．着火延迟期 着火延迟期是指从喷油开始（A点）到柴油开始着火（B点）的时期（如图6-59中的Ⅰ）。
这个时期主要进行柴油着火前的物理化学准备过程（雾化、吸热、扩散、蒸发、氧化、分解）；同时，燃料不断喷入，约占循环喷油量的30～40%。
着火延迟期时间虽短（约0.0007～0.003s），但对整个燃烧过程影响很大。若着火延迟期长，则喷出的油量多，导致速燃期压力急剧升高，柴油机工作粗暴；但着火延迟期过短，又会导致可燃混合气形成困难，柴油机动力经济性能恶化。
2．速燃期 速燃期指从柴油开始着火（B点）到气缸内**高压力点（C点）的时期（如图6-59中的Ⅱ）。
速燃期燃料燃烧非常迅速，气缸压力和温度急剧增加，是对外作功的关键时期；在这个时期，针阀仍然开启，燃料继续喷入，燃烧条件变差，所以要控制该时期的喷油量和加强气缸内气体的流动。
3．缓燃期 缓燃期指从**高压力点（C点）到**高温度点（D点）的时期（如图6-59中的Ⅲ）。
缓燃期由于活塞下行，气缸容积变大，氧气变少，废气增多，所以混合气燃烧速度减缓，气缸内压力增加不显著，而温度却继续上升；若此时喷油还在继续，由于燃烧恶化，燃料易裂解成黑烟排出。
4．后燃期 后燃期指从缓燃期终点（D点）到燃料基本燃烧完为止（E点）的时期（如图6-59中的Ⅳ）。
后燃期气缸内未燃的油料继续燃烧，由于燃烧条件恶化，使燃烧不完全，排气冒黑烟，放出的热无法作功而传给机体，使发动机过热，所以应尽量减少后燃，并加强这个时期气缸内气体流动。
6.7.2 燃料对柴油机燃烧过程的影响
柴油汽车使用的柴油为轻柴油，我国按其质量分为优等品、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-50六个牌号，其部分指标见表6-1。
表6-1 我国轻柴油部分指标（GB252-1994）
|
指标 |
凝点/℃
（不大于） |
十六烷值
（不小于） |
运动粘度
（20℃/（mm2.s-1） |
馏程
50％馏出温度/℃
（不高于） |
闪点（闭口）/℃
（不低于） |
水分（％）（体）
（不大于） |
机械杂质 | |
|
优
等
品 |
10号 |
10 |
45 |
3.0～8.0 |
300 |
65 |
0.03 |
无 |
|
0号 |
0 | |||||||
|
-10号 |
-10 | |||||||
|
-20号 |
-20 |
2.5～8.0 |
60 | |||||
|
-35号 |
-35 |
1.8～7.0 |
45 | |||||
|
-50号 |
-50 | |||||||
|
一
等
品 |
10号 |
10 |
45 |
3.0～8.0 |
300 |
65 |
0.03 |
无 |
|
0号 |
0 | |||||||
|
-10号 |
-10 | |||||||
|
-20号 |
-20 |
2.5～8.0 |
60 | |||||
|
-35号 |
-35 |
1.8～7.0 |
45 | |||||
|
-50号 |
-50 | |||||||
|
合
格
品 |
10号 |
10 |
45 |
3.0～8.0 |
300 |
65 |
0.03 |
无 |
|
0号 |
0 | |||||||
|
-10号 |
-10 | |||||||
|
-20号 |
-20 |
2.5～8.0 |
60 | |||||
|
-35号 |
-35 |
1.8～7.0 |
45 | |||||
|
-50号 |
-50 |
1．十六烷值（C16H34） 它是评价柴油着火难易的一个重要指标。十六烷值小，着火变难,着火延迟期变长，柴油机工作粗暴。汽车柴油机要求十六烷值不小于45。
2．凝点 是指柴油失去流动性开始凝固时的温度。汽车轻柴油的牌号就是按凝点分为各种牌号。选用柴油时，应该根据当时当地的气温确定，要求柴油的凝点低于气温5℃以上。
3．馏程 表征柴油蒸发性能的一个指标。以某一馏出容积百分数下的温度表示。50%馏程表征了柴油的平均蒸发性能，该温度越低，说明柴油蒸发性越好。
4．粘度 表征柴油稀稠的一项指标。粘度过大，柴油喷雾困难，雾化质量变差，影响燃烧过程；而粘度过小，喷油泵及喷油器中的精密偶件润滑不良，容易磨损。
5．机械杂质和水分 机械杂质会引起喷油嘴的喷孔堵塞，加剧喷油泵、喷油嘴精密偶件磨损；而水分会使燃烧恶化，都应严格控制。尤其是柴油的输运和添加等环节，注意防止外界灰尘、杂质及水分混入，应进行沉淀和严格过滤。
除此之外，对柴油的化学安定性、防腐性等也都有要求。
6.7.3 供油提前角对燃烧过程的影响
供油提前角是指喷油泵开始供油瞬时到活塞行至上止点所转过的曲轴转角。它是影响柴油机动力性能、经济性能、运转性能和排放性能的一个重要而且敏感的因素。
供油提前角过大，由于这时气缸温度较低，导致燃烧的着火延迟期长，柴油机工作粗暴，常出现“敲缸”现象。同时还使上行的活塞受阻，起动困难，压缩负功增加，动力经济性能下降。
相反，供油提前角过小，燃料不能在上止点附近迅速燃烧完全，后燃期延长，导致柴油机排气冒黑烟，水温过高，机体过热，动力经济性能下降。
柴油机在使用中，由于精密偶件、各传动部件、油量控制部件、喷油提前器等的磨损或松动，都会使供油提前角产生变化，应经常进行检查调整。
6.8 电控柴油喷射系统
柴油机电控燃油喷射系统的研究开发始于70年代，80年代进入应用阶段，90年代得到迅速发展。它对提高柴油机的动力性能、经济性能、运转性能和排放性能都产生了极大的影响。
6.8.1 电控柴油喷射的优点
传统的柴油喷射系统是采用机械方式进行喷油量和喷油时间调节和控制，由于机械运动的滞后性，调节时间长，精度差，喷油速率、喷油压力和喷油时间难于准确控制，导致柴油机动力经济性能不能充分发挥，排气超标。研究表明，一般机械式喷油系统对喷油定时的控制精度为20CA（曲轴转角）左右。而喷油始点每改变10CA，燃油消耗率会增加2％，HC排放量增加16％，NOX排放量增加6％。
与传统的机械方式比较，电控柴油喷射系统具有如下优点：
（1）对喷油定时的控制精度高（高于0.50CA），反应速度快；
（2）对喷油量的控制精确、灵活、快速，喷油量可随意调节，可实现预喷射和后喷射，改变喷油规律；
（3）喷油压力高（高压共轨电控喷油系统高达200MPa），不受发动机转速影响，优化了燃烧过程；
（4）无零部件磨损，长期工作稳定性好；
（5）结构简单，可靠性好，适用性强，可以在新老发动机上应用。
6.8.2 电控柴油喷射系统的类型
柴油机电控喷射系统可分为两大类，即位置控制系统和时间控制系统。
|
图6-60 电控柴油喷射基本原理 |
|
传感器
加速踏板位置传感器
发动机转速传感器
凸轮轴位置传感器
燃油压力传感器
喷油正时传感器
油量控制机构传感器
空气流量传感器
增压压力传感器
进气温度传感器
水温传感器
燃油温度传感器
空调传感器
起动信号传感器
车速传感器
电源电压传感器
氧传感器
… |
|
控
制
单
元
|
|
执行机构
喷油时间
喷油压力
喷油量
电动输油泵
进气节流
增压器调节
冷起动辅助
电热塞
废气再循环
空调控制
自诊断系统
… |
第二代柴油机电控喷射系统是采用时间控制方式，其特点是在高压油路中，利用电磁阀直接控制喷油开始时间和结束时间，以改变喷油量和喷油定时。它具有直接控制、响应快等特点。
时间控制系统又有电控泵喷嘴系统和共轨式电控燃油喷射系统两类。电控泵喷嘴系统除了能自由控制喷油量和喷油定时外，喷射压力十分高(峰值压力可达240MPa)，但其无法实现喷油压力的灵活调节，且较难实现预喷射或分段喷射。
共轨式电控燃油喷射系统是比较理想的燃油喷射系统。它不再采用喷油系统柱塞泵分缸脉动供油原理，而是用一个设置在喷油泵和喷油器之间具有较大容积的共轨管，把高压油泵输出的燃油蓄积起来并稳定压力，再通过高压油管输送到每个喷油器上，由喷油器上的电磁阀控制喷射的开始和终止。电磁阀起作用的时刻决定喷油定时，起作用的持续时间和共轨压力决定喷油量，由于该系统采用压力时间式燃油计量原理，因此又可称为压力时间控制式电控喷射系统。按其共轨压力的高低又分为高压共轨、中压共轨和低压共轨三种。
6.8.3 电控柴油喷射的基本原理
|
1-喷油泵 2-柱塞止回阀 3-高压油管 4-预热时间控制器 5-高压存储器（共轨管） 6-共轨压力传感器 7-柴油温度传感器 8-流量限制器 9-限压阀 10-电控喷油器 11-凸轮轴转速传感器 12-进气温度传感器 13-增压压力传感器 14-空气流量计 15-增压器 16-真空泵 17-增压压力执行器 18-自诊断接头 19-诊断显示 20-空调操纵杆 21-空调机 22-废气再循环执行器 23-行驶速度操纵杆 24-行驶速度传感器 25-离合器开关 26-制动触点 27-加速踏板传感器 28-曲轴转速传感器 29-水温传感器 30-仪表板 31-蓄电池 32-柴油粗滤器 33-电动输油泵 34-油箱 35-柴油细滤器 36-调压阀 |
|
图6-64 高压共轨电控柴油喷射系统 |
6.8.4 高压共轨电控柴油喷射系统
这种喷射系统由于其喷油压力、时间、油量及喷油规律柔性可调，性能优越，被现代电控柴油汽车广泛采用。
高压共轨电控柴油喷射系统基本组成如图6-64所示，主要由低压油路、高压油路、传感与控制几部分组成。
1．低压油路 含油箱34、柴油粗滤器32、电动输油泵33和柴油细滤器35等组成，其作用是产生低压柴油，输往高压泵，结构原理与传统的柴油供给系低压油路相似。
2．高压油路 由喷油泵1、调压阀36、高压油管3、高压存储器（共轨管）5、流量限制器8、限压阀9和电控喷油器10等组成。其基本作用是产生高压（160Mpa左右）柴油。
|
1-出油阀 2-密封件 3-调压阀 4-球阀 5-安全阀 6-低压油路 7-驱动轴 8-偏心凸轮 9-柱塞泵油元件 10-柱塞室 11-进油阀 12-柱塞止回阀 |
|
图6-65 高压泵 |
工作时，从输油泵来的柴油流过安全阀5，一部分经节流小孔流向偏心凸轮室供润滑冷却用，另一部分经低压油路6进入柱塞室。当偏心凸轮转动导致柱塞下行时，进油阀11打开，柴油被吸入柱塞室；当偏心凸轮顶起时，进油阀关闭，柴油被压缩，压力剧增，达到共轨压力时，顶开出油阀1，高压油被送去共轨管。
在怠速或小负荷时，输出油量有剩余，可以经调压阀3流回油箱。还可以通过控制电路使柱塞止回阀12通电，使电枢上的销子下移，顶开进油阀，切断某缸柱塞供油，以减少供油量和功率损耗。
（2）调压阀 它被安装在高压泵旁边或共轨管上（图6-66）。其作用是根据发动机负荷状况调整和保持共轨管中的压力。
当调压阀不工作时，电磁线圈4不带电，高压泵出口压力大于弹簧2的弹力，阀门6被顶开。根据输油量的不同，调节打开的程度。
|
1-电气接头 2-弹簧 3-电枢 4-电磁线圈 5-回油孔 6-阀门 |
|
图6-66 调压阀 |
|
图6-67 高压存储器（共轨管） |
|
1-共轨管 2-共轨压力传感器 3-限压阀 4-流量限制器 |
共轨压力传感器（图6-68）用螺纹5紧固在共轨管上，其内部的压力传感膜片4感受共轨压力，通过分析电路，把压力信号转换成电信号传至ECU进行控制。
|
1-堵头 2-活塞 3-外壳 4-弹簧 5-节流孔 6-密封座面 7-螺纹 |
|
图6-70 流量限制器 |
|
1-固定螺纹 2-阀门 3-通流孔 4-活塞 5-弹簧 6-限位件 7-阀座 8-回油孔 9-外壳 |
|
图6-69 限压阀 |
|
1-电气接头 2-分析电路 3-外壳 4-压力传感膜片 5-油道 6-固定螺纹 |
|
图6-68 共轨压力传感器 |
|
1-回油孔 2-电气接头 3-电磁阀 4-进油口 5-回油阀 6-回油量孔 7-进油量孔 8-控制室 9-喷油器体 10-柱塞 11-进油通道 12-喷油器针阀承压锥面 13-喷油器针阀 14-密封锥面 |
|
图6-71 电控喷油器
|
在喷油器不喷油时，电磁阀3不通电，回油阀5处于关闭状态，由于柱塞10上部的受压面积比针阀承压锥面大，使得作用在柱塞上的液压力大于作用在喷油器针阀承压锥面的向上分力，针阀关闭。当电磁阀通电时，回油阀受电磁力作用打开，控制室8与回油孔1连通，使柱塞10上方的液压力小于喷油器针阀承压锥面12的向上分力，使针阀升起，喷油器喷油。喷油量大小取决于喷油嘴开启的持续时间（决定于ECU输出脉宽）、喷油压力及针阀升程等。由于高压喷射压力非常高，喷油嘴喷孔非常小（如BOSCH公司的6孔、直径0.169mm的喷孔），使用中应特别注意柴油的高度清洁。
3．传感与控制部分 传感与控制部分包括传感器、控制单元（ECU）和执行机构，其基本组成参见图6-60。
高压共轨喷油器的喷油量、喷油时间和喷油规律除了取决于柴油机的转速、负荷外，还跟众多因素有关，如进气流量、进气温度、冷却水温度、燃油温度、增压压力、电源电压、凸轮轴位置、废气排放等，所以必需采用相应传感器，采集相关数据，其采集的数据量达15000个/s。有关传感器的结构和原理与汽油机的电控汽油喷射系统的传感器基本相同，请参考本书第五章内容。
由各种传感器采集的数据，都被送入电控单元ECU，并与存储在里面的大量经过试验得到的**佳喷油量、喷油时间和喷油规律的数据进行比较、分析，计算出当前状态的**佳参数，其运算速度达2000万次/s。
|
本章小结
1. 柴油机可燃混合气是在气缸内以极短的时间形成，需要通过柴油的高压喷射和组织空气的适度涡流，并配以合适的燃烧室来完成。混合气形成分空间雾化混合和油膜蒸发混合两种基本方式。燃烧室分直喷式燃烧室和分开隔燃烧室两大类。两者相互匹配，可以有效提高柴油机的动力、经济和排放性能。
2. 柴油机燃料供给系由低压油路（油箱、油水分离器、柴油滤清器、输油泵等）和高压油路（喷油泵、调速器、喷油器、高压油管等）组成。油水分离器和柴油滤清器分别用来清除柴油中的水和杂质，应注意日常维护。输油泵根据喷油泵需要提供一定压力的柴油，有活塞式、膜片式和滑片式几种形式。
3. 喷油泵的作用是定时定量地产生高压柴油。有柱塞式和分配式两大类。它一般由泵体、传动机构、泵油机构、油量调节机构、喷油提前器和润滑冷却系统组成。泵油机构是喷油泵的核心，由多对精密偶件组成，对柴油机工作性能影响重大。
4. 调速器的作用是根据柴油机负荷与转速的变化，自动调节喷油泵供油量，以限制或稳定转速。目前柴油汽车常用的是全程式或两极式调速器。机械式调速器主要由传动组件、感应组件、调速杠杆组件、弹簧组件和调整组件等组成。调速器的工作性能常用稳定调速率、转速波动率等指标衡量。
5. 喷油器的作用是将柴油以一定的喷油压力、喷雾细度、喷油规律、射程和喷雾锥角喷入燃烧室特定位置。由于喷油嘴（精密偶件）工作条件差，容易磨损，应经常进行喷油压力和喷雾质量检查调整。
6. 柴油机燃烧过程分着火延迟期、速燃期、缓燃期和后燃期四个阶段。燃料的性质、供油提前角及喷油规律都对燃烧过程有重要影响。
7. 我国柴油按质量分为优等品、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-50六个牌号。选用柴油时，要求柴油的凝点低于气温5℃以上。
8. 供油提前角是指喷油泵开始供油瞬时到活塞行至上止点时所转过的曲轴转角。它是影响柴油机的工作性能重要而敏感的因素。使用中由于零部件磨损或松动，会使供油提前角产生变化，应经常进行检查调整。
9. 电控柴油喷射系统具有喷油量及喷油定时控制精度高、调节灵活、响应速度快、稳定性好、可靠性和适应性强等优点，已在柴油汽车上使用。它主要由传感器、ECU和执行机构三部分组成。其基本工作原理是通过传感器采集柴油机的转速、温度、压力、流量和加速踏板位置等信号，输入ECU进行比较、运算，确定**佳运行参数，再通过执行机构对喷油压力、喷油量、喷油时间、喷油规律等进行控制，使柴油机工作状态达到**佳。 |
【复习思考题】
1.名词解译：进气涡流、挤压涡流、燃烧涡紊流、空间雾化混合、油膜蒸发混合、直喷式燃烧室、分开式燃烧室、涡流室式燃烧室、预燃室式燃烧室、柱塞式喷油泵、分配式喷油泵、偶件、喷油泵的供油起始角、供油提前角、喷油提前角、调速器、全程式调速器、两极式调速器、“飞车”、“游车”、稳定调速率、瞬时调速率、转速波动率、喷油器、孔式喷油嘴、轴针式喷油嘴、喷雾特性、喷油规律、二次喷射、隔次喷射、不规则喷射、柴油十六烷值、凝点、馏程、粘度。
2.柴油机的可燃混合气形成有何特点？有哪两种基本方式？如何实现？
3.柴油机燃烧室分哪两大类？各有何特点？根据所拆装的柴油机，分析其可燃混合气形成过程。
4.柴油机燃料供给系由哪些主要部件组成？各部件的主要作用是什么？
5.输油泵有哪几类？其结构与工作原理各如何？
6.喷油泵的作用是什么？分哪几大类？
7.拆装A型喷油泵，并讲述其基本组成、结构与工作原理。
8.拆装VE型分配泵，并讲述其基本组成、结构与工作原理。
10何谓柴油机的供油提前角？过大或过小会导致什么后果？
11. 调速器的基本作用是什么？如何分类？
12.拆装VE型分配泵的全程式调速器，并讲述其基本组成、结构与工作原理。
13.拆装A型喷油泵的RAD两极式调速器，并讲述其基本组成、结构与工作原理。
14.喷油器的基本作用是什么？如何分类？
15.拆装喷油器（孔式喷油嘴和轴针式喷油嘴两种），并讲述其基本结构与工作原理。
16.如何检查调整喷油器的喷油压力和喷雾质量？
17.比较柴油机电控喷射系统两种控制（位置控制和时间控制）类型的优缺点。
18.叙述高压共轨电控柴油喷射系统的基本组成、各部件的基本结构与工作原理。
发表于 @ 2008年06月05日 10:43:00 |点击数（）
旧一篇:第2章 曲柄连杆机构与机体组件 | 新一篇:第8章 发动机冷却系统
- 博客信息
-
创建时间2008年04月07日今天点击：3566本周点击：935本月点击：5215点击总数：940615[发私信][加为好友] - 博客公告
- 红兴隆农垦农业机械化、北大荒雁窝岛集团农业机械化，向全国农机行业的各位领导同仁致敬。 小荧屏，大舞台，为传播媒体，增进友谊交流，提升全民知识素质，推进农机化科学发展，提供了强有力的保障平台。
- 文章分类
“三农”致富经（39篇）- 八五二农场版块（126篇）
- 八五三农场版块（138篇）
- 八五三农场植保机械厂橱窗（18篇）
- 百家讲坛（136篇）
- 宝山农场版块（16篇）
- 北大荒人物（97篇）
- 北大荒岁月（89篇）
- 北大荒英雄谱（35篇）
- 北大荒之最橱窗（11篇）
- 北大荒志（57篇）
- 北兴农场版块（37篇）
- 迪尔系列板块（53篇）
- 二九一农场版块（111篇）
- 国内农机 橱窗（47篇）
- 国内实用小型农机新产品（34篇）
- 国外农业机械新产品（2篇）
- 黑龙江省兴垦忠进贸易有限公司（6篇）
- 红旗岭农场版块（51篇）
- 红兴隆分局版块（118篇）
- 江川农场版块（3篇）
- 农机安全监理橱窗（99篇）
- 农机安全生产（31篇）
- 农机化年鉴（2篇）
- 农机会展（1篇）
- 农机技术交流（117篇）
- 农机人物（51篇）
- 农机时事要闻（146篇）
- 农机世界 橱窗（39篇）
- 农机市场（98篇）
- 农机事故预防（58篇）
- 农机维护使用（120篇）
- 农机新技术改装应用（30篇）
- 农机信息管理橱窗（10篇）
- 农机装备标准化（69篇）
- 农垦农机安全监理总站（12篇）
- 农垦农机局（141篇）
- 农垦企业研发新技术产品（20篇）
- 农垦文化橱窗（110篇）
- 农业机械故障“义诊”橱窗（116篇）
- 农业机械跨区作业橱窗（87篇）
- 农业机械停放管理标准化（23篇）
- 农业科技信息（14篇）
- 企业产品（7篇）
- 饶河农场版块（5篇）
- 时事要闻（124篇）
- 曙光机械厂（4篇）
- 曙光农场版块（6篇）
- 双鸭山版块（3篇）
- 双鸭山农场版块（9篇）
- 五九七农场版块（111篇）
- 现代化农业（119篇）
- 友谊农场版块（121篇）
- 娱乐天地（4篇）
- 杂谈（54篇）
- 政策、法规、条例（102篇）
- 政要时事（8篇）
- 知青岁月（11篇）