汽车构造教案课程名称 汽车构造 课时 授课班级 教学方式 讲授 多媒体教学课 题 柴油机供给系 任课教师教学目的与要求1. 掌握柴油机供给系的组成及燃烧室的结构形式；2. 掌握喷油器、喷油泵、调速器的类型和结构特点；3. 了解电控柴油机喷射系统的结构；4. 掌握各辅助装置的作用和功能。重、难点 握柴油机供给系的组成及燃烧室的结构形式；喷油器、喷油泵、调速器的类型和结构特点；电控柴油机喷射系统的结构；主要 内容第一讲 概述柴 油 机 的 特 点 ：柴 油 机 使 用 的 燃 料 是 柴 油 。 柴 油 与 汽 油 相 比 柴 油 具 有 粘 度 大 ， 蒸 发 性 差 的 特 点 。柴 油 机 采 用 高 压 喷 射 的 方 法 ， 在 压 缩 行 程 接 近 终 了 时 把 柴 油 喷 入 汽 缸 ， 直 接 在气 缸 内 部 形 成 均 匀 的 混 合 气 ， 并 借 气 缸 内 空 气 的 高 温 自 行 发 火 燃 烧 。功 能 是 为 柴 油 机 气 缸 内 混 合 气 形 成 与 燃 烧 提 供 所 需 的 燃 料 。一 柴油机燃油供给系的功用及组成1柴油机燃油供给系的功用贮存、滤清和输送柴油，并按柴油机各种不同工况的要求，定时、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，最后使废气排入大气。2。组成：柴油机供给系由燃油供给、空气供给、混合气形成及废气排出四套装置组成。图 6-1是常见的一种汽车柴油机燃油供给与调节简图。整个系统由低压油路（油箱 8、输油泵 5、燃油滤清器 3及低压油管） 、高压油路（喷油泵 6、高压油管 13、喷油器 11）和调节系统（离心式调速器 9、自动供油提前器 7）组成。其核心部分是高压油路所组成的喷油系统，人们也把这种传统的燃油供给系统称之为泵管嘴系统。3。工作过程：柴油箱 8贮有经过沉淀和滤清的备注柴油。输油泵 5将柴油箱内的柴油吸入并泵出，经柴油滤清器 3滤去杂质后，进入喷油泵 6。自喷油泵输出的高压柴油经高压油管 13进入喷油器 12，并被喷油器呈雾状喷入燃烧室，与空气混合形成可燃混合气。由于输油泵的供油量比喷油泵供油量大得多，过量的柴油便经回油管 10流回到柴油箱。低压高压油路：从柴油箱到喷油泵入口的这段油路中的油压是由输油泵建立的，而输油泵的出油压力一般为 0.150.3MPa，故这段油路称为低压油路，只用以向喷油泵供给滤清的燃油。从喷油泵到喷油器这段油路中的油压是由喷油泵建立的，一般在10MPa 以上，故称此段油路为高压油路。 二 柴油机可燃混合气形成和燃烧过程1可燃混合气的形成特点1.柴油机在进气行程中进入气缸的是纯空气，在压缩行程接近终了时，柴油才被喷入气缸，经一定准备后即自行燃烧，故混合空间小、时间短 。2.柴油机的混合气在汽缸内形成的空间和时间有限，因而混合气成分在燃烧室分布是很不均匀，空气过量系数很大。3.边喷边燃烧，使混合气的成分不断变化。这样混合气浓的地方柴油缺氧而燃烧不完全；混合气稀的地方，空气不充分产生大量的 NOx造成排放污染。2可燃混合气的形成与燃烧在柴油机的可燃混合气混合中主要有三种方法。一种是空间雾化混合方式，一种是油膜蒸发混合方式，还有一种是复合式。空间雾化方式是将柴油喷向燃烧室的空间，形成雾状的混合物，再在空间中形成混合气。为了使混合物分布均匀，要求喷出一个或数个油束与燃烧室的形状配合，并利用燃烧室的空气促进混合；油膜蒸发混合方式是将柴油喷向球形油膜燃烧室的壁面上，在强烈地空气涡流作用下，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，必然有少量油粒(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 ；复合式U 形燃烧室即空间雾化混合燃烧和油膜蒸发混合燃烧混合使用，低速时以前者为主，高速时以后者为主。目前，多数柴油机仍以空间雾化混合为主，仅球形燃烧室以油膜蒸发混合为主。三燃烧室按照结构形式，柴油机的燃烧室分成两大类：统一式燃烧室和分隔式燃烧室（一）统一式燃烧室统一式燃烧室也称直接喷射式燃烧室是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。常见的结构型式有 型、四角型、球形及 U形燃烧室。下面以 型、球形燃烧室和四角型来说明燃烧室的结构和特点1. 型燃烧室 型燃烧室是由平的气缸盖底面和活塞顶内的 形凹坑及气缸壁组成。属于直接喷射式燃烧室和空间混合方式(图 6-3)。（1） 型燃烧室混合气形成优点 型燃烧室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；喷孔直径较小，多在 0.250.4mm 内，喷孔轴线夹角为140160，喷油压力较高，一般在 20 MPa左右；结构紧凑，热损失小，故热效率高，经济性好(油耗率为 218245g(kWh)，容易起动；由于是直接式的空间雾化混合，燃烧的初期同时着火的油量较多，在空间先形成混合气而发火，因此柴油机的起动性较好。（2） 型燃烧室缺点 型燃烧室所要求的喷油压力高，而与之配套的喷油泵和喷油器中的配合偶件加工精度要求高；多孔喷油器的喷孔直径小，易堵塞；备燃期内形成的混合气较多，导致发动机工作比较粗暴。2.球形燃烧室球形燃烧室的活塞凹顶表面轮廓呈球形，利用螺旋进气道组织强烈的空气涡流，并采用单孔或双孔喷油器将燃油在高压下顺气流和接近于燃烧室的切线方向喷入燃烧室内。燃油的绝大部分分布于燃烧室壁上，形成比较均匀的油膜，只有极少量燃油喷散在空间。均布的油膜从燃烧室壁上吸热，逐层蒸发。强烈的空气涡流加速了油膜的蒸发且使混合气更为均匀。而原已喷散在室内空间的雾状燃油，首先完成与空气的混合而发火，成为火源，起引燃用。随着燃烧的进展，室内的温度和空气流速越来越高，可以保证燃油以越来越高的速度蒸发并与空气均匀混合，使燃烧过程得以及时进行。优缺点：球形燃烧室中，混合气的形成主要靠油膜逐层蒸发来完成。混合气形成速度开始较慢，所以备燃期内形成并积聚的混合气量较少。燃烧初期压力升高和缓，故发动机工作比较柔和。此后，由于混合气形成速度愈来愈高，不会使燃烧拖延，从而保证了柴油机较高的动力性和经济性。其缺点是柴油机起动较困难。球形燃烧室要求燃油喷注具有一定的量，喷射时尽量不分散。因此，也必须具有1719MPa 的喷油压力。6120Q型柴油机采用了球形燃烧室，螺旋进气道，双孔喷油器(孔径 0.42mm)，喷油压为 17.5MPa。 （3）四角形燃烧室 图 6-5为四角形燃烧室，它属于直接喷射式燃烧室和空间混合方式。其结构特点是：燃烧室的底部仍是 形，燃烧室的上部逐渐过渡为四方。四方形的四个角为圆角，以避免热应力集中和气流死角。喷射时四个喷孔对着燃烧室的四个角喷油。其工作原理：由于燃烧室上部呈四方形，就成为涡流 S旋转运动的障碍，出现了气流运动的“摩擦碰壁”现象。其程度随气流旋转速度的加大而加大，抑制了涡流的增强，抑制了燃烧速度和温度的增大，控制了 NOx的生成量。二、分隔式燃烧室1预燃室式燃烧室预燃室式燃烧室有两部分组成，一部分位于活塞的顶面和气缸盖的底面之间，成为主燃烧室，另一部分在气缸盖中称为副燃烧室。两部分之间有一个或几个孔道相连接。常见的型式有涡流式燃烧室和预燃室式燃烧室两种。预燃室式燃烧室，如图 6-6 所示。其结构特点是：（1） 压缩时形成无规则的紊流运动；因为副燃烧室的容积占总燃烧室容积（主燃烧室和副燃烧室容积之和）的 25%45%，连通主副燃烧室的孔道直径较小。而且不与预燃室相切，所以在压缩行程中空气从气缸进入预燃室后即产生无规则的紊流运动。（2）喷入的燃油靠空紊流运动的扰动与空气初步混合形成品质不高的混合气。（3）小部分混合气在副燃室中燃烧使燃烧室温度突然升高，在小孔的节流作用下再次形成涡流，促使燃油进一步雾化达到完全燃烧。（4）预燃室用耐热钢单独制成，装入气缸盖不和冷却水直接接触，以保持较高的工作温度。 其混合气形成特点是：主燃烧室的部分空气经直径较小通道压人预燃室，形成强紊流。在空气紊流运动的作用下，使一部分燃料被更好的雾化并燃烧。而且预燃室中的燃烧产生较大的涡流，促使混合气完全燃烧；着火后预燃室中的压力和温度迅速升高，巨大的预燃能量形成的压力差将混合气高速喷入主燃烧室，在主燃烧室内形成强烈的燃烧紊流，促使大部分燃料在主燃烧室和大部分空气混合而燃烧。因为有强烈的空气紊流作用，对喷油的雾化质量要求不高，可采用喷油压力较低的油针式喷油器。通道的强烈的节流作用，使气体的能量损失较多，但是能使主燃烧室的压力升高得到缓和，使发动机工作柔和。2涡流式燃烧室涡流室一般由两部分构成，其上部直接在气缸盖内铸出，而下部是由耐热钢单独制成的带有通道的镶块，镶嵌在缸盖内。涡流室燃烧室(图 6-7)的副燃烧室是球形或圆柱形的涡流室，其容积约占燃烧室总容积 5080，借与其内壁相切的孔道与主燃烧室连通，因而在压缩行程中，空气从气缸被挤入涡流室时形成强烈的有规则的压缩涡流。孔道直径较大，可以减少流动损失。喷入涡流室的燃油靠这种强烈的涡流与空气迅速地基本完成混合。大部分燃油即在涡流室内燃烧，未燃部分在作功行程初期与高压燃气一起通过切向孔道喷入主燃烧室，进一步与空气混合而燃烧。涡流室中产生的气流运动比上述直接喷射燃烧室中的进气涡流更强，因此可降低对喷雾质量的要求，即可以采用喷油压力较低(1214MPa)的轴针式喷油器。6.4 喷油器功用是根据喷油泵的出口压力对喷射燃油进行计量并以高压将柴油雾化成较细的颗粒，并把它们分布到燃烧室中，剩余燃油流回到柴油箱中。分类开式和闭式两种，开式喷油器的高压油腔通过喷孔直接与燃烧室相通，而闭式则在其之间加装针阀隔断。车用柴油机绝大多数采用闭式喷油器，其常见的型式有两种：孔式喷油器和轴针式喷油器。孔式喷油器用在直喷式燃烧室柴油机中，而轴针式喷油器则用在分隔的预燃室式和涡流室式燃烧室的柴油机中。6.4.1 孔式喷油器结构：孔式喷油器的结构如图 6-8所示，它主要由针阀、针阀体、顶杆、调压弹簧、调压螺钉、喷油器体组成。图 6-8双孔式喷油器1-回油管螺栓；2-回油管衬垫；3-调压螺钉护帽；4-调压螺钉垫圈；5-调压螺钉；6-调压螺钉垫圈；7-调压弹簧； 8-顶杆；9-喷油器体；10-定位销；11-针阀；12-针阀体；13-喷油器锥体；14-紧固螺套；15-进油管接头；16-滤芯；17-进油管接头衬垫1-针阀； 2-针阀体；3- 高压油腔；4-承压锥面；5-密封锥面； 6-喷孔；7- 压力室；8-进油道；A-限位面； h-针阀升程图 6-9 喷油器喷嘴图 6-10滤芯工作原理图，工作过程：孔式喷油器的针阀和针阀体是用优质轴承钢制成的一对不能互换的高精密偶件（一般称其为喷油嘴或喷油头）如图 6-9所示。针阀上部圆柱面与针阀体相应的内圆柱面为高精度的滑动配合，配合间隙为 0.0010.0025mm。为了防止细小杂物堵塞喷孔，在进油管接头中一般装有缝隙式滤芯，其构造及工作原理如图 6-10所示，油由一端进入滤芯的不直通沟槽 A，然后通过滤芯的棱边 B与进油管接头孔之间的缝隙，进入滤芯的另一个不直通沟槽 C。柴油在通过棱边 B时，杂质颗粒便被挡。此外，滤芯具有磁性，以吸附金属磨屑。喷油器在工作中，由喷油泵输来的高压柴油，经过油管接头进入喷油器，再经喷油器体上的进油道 8（图 6-9）针阀体中部的环形高压油腔 3。油压作用在针阀的承压锥面 4上对针阀形成一个向上的轴向推力，当此推力一旦大于调压弹簧的预紧压力及针阀偶件之间的摩擦力（此力很小） ，针阀立即上移，针阀下端密封锥面 5离开针阀体锥形环带，打开喷孔，于是柴油即以高压喷入燃烧室中。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