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。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。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） ，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）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 p 簧p 残开； p 泵MQ 时转速升高，FAFB，滑套右移，自动减油，又获得新的平衡。(二) 工作原理的分析1一定的调速弹簧的刚度和预紧力，对应一定的柴油机转速。如果调速弹簧有两个刚度和预紧力，就能控制两个转速，这就是双速式调速器；如果调速器的预紧力可以由驾驶员任意决定，则能控制任意转速，这就是全速式调速器。双速式调速器和全速式调速器的最大区别除工作点不同外，关键在于是否直接操纵供油拉杆或利用调速器间接操纵供油拉杆。2柴油机稳定运转，必须达到两个平衡。一是柴油机的平衡状态Me=MQ；二是调速器的平衡状态 FA=FB。3人工调节和自动调节是互不干涉运动的代数和关系。人工调节的支点是b 点；自动调节的支点是 a 点，是互为支点、互不影响的关系，供油拉杆的位移量，是驾驶员和调速器二者分别操纵或同时操纵所产生的位移代数和（见图732） 。4调速器的稳定性。调速过程不是复位，而是在一定的转速范围内获得新的平衡点，这是由于调速弹簧较前略有变软或变硬。在一个平衡位置（选定的转速） ，由于符合的变化，移动到另一个平衡位置以接近其原来的转速，此过程称为“过渡过程” 。在过渡中转速波动的幅度和持续的时间愈小愈好，如图 733。图 733 调速器的过渡过程图可见，负荷多变和突变的柴油机，在工作中其供油拉杆是在振荡中不断过渡。在一定范围内维持新的平衡，平衡是短暂的，不平衡是经常的。(三) 提高调速器灵敏度和稳定性的结构措施游车 调速器在工作中转速波动幅度过大，即忽高忽低运转。主要是运动零部件松动，调速器弹簧疲劳失调所致。1用增速齿轮提高飞块的转速（见图 732） ；2采用几个刚度不同的调速弹簧，在高速和低速工作区先后的投入工作（见图 734） ；3用变刚度调速弹簧，能代替几根弹簧在高低区工作（摆动式拉力调速弹簧图 735） ；4用可变的调速杠杆比。调速杠杆比，是指供油拉杆的位移量与滑套的位移量之比（见图 734） 。当操纵臂在怠速位置时滑动销向上移动，杠杆比较小，以提高怠速工况的稳定性。当操纵臂在高速位置时滑动销向下移动，杠杆比比较大，大的位移量可提高调速器的灵敏度，有效地防止飞车事故。五、离心调速器的结构形式组成 离心元件（飞块） 、调速弹簧（压簧、拉簧、扭簧） 、传动定位和调整机构（杆式、板式和杠杆之类）三大部分组成。(一)大飞块和浮动杠杆的结构如图 734 所示，其结构特点如下：图 734 大飞块和浮动杠杆结构1离心元件是两个大飞块，内装压缩式调速弹簧。外弹簧在怠速时起作用，告诉时内外弹簧都起作用。2浮动式调速杠杆，杠杆比可变。3操纵臂直接操纵调速杠杆。(二) 锥形飞块和倒挂式调速杠杆机构如图 735 所示，其结构特点如下：图 735 锥形飞块和倒挂式调速杠杆机构1两个飞块收拢时成锥形，张开时成圆柱形，其内臂联动。结构紧凑，灵敏度高。2调速杠杆通过支持杆和浮动杠杆间接的操纵齿杆，杠杆比大于 1。3摆动式拉力调速弹簧。4操纵臂是通过拉簧间接地操纵调速杠杆和供油齿杆，是全速式