第六章柴油机燃油系统

第四章

柴油机燃油供给系统

（交通运输）思考题柴油机燃油系统的功用和组成？柴油的低温流动性（凝点）？柴油的自燃性（16烷）不正常对柴油机的工作有何影响？柴油机混合气的形成方式有哪几种？各有何特点？燃烧室的种类特点？柴油机工作粗暴、冒黑烟的原因是什么？如何解决？柴油机启动困难是何原因？柱塞泵的速度特性？供油提前角、喷油提前角、供油起始角有何不同？柴油机飞车如何解决？§5-1功用和组成

一、功用：

根据柴油机工况的要

求，定时定量的向燃烧室

喷入清洁雾化的柴油，并

迅速与压缩空气混合燃烧。

（自燃）

定时：

供油提前角要准确定量：

随负荷加大而增加柴油量定压：

保证喷油的雾化质量

二、组成：柴油箱→低压输油泵→滤清器→喷油泵→高压油管→喷油器→燃烧室空气滤清器→进气管→燃烧室（内部混合，对柴油雾化要求高）

三、柴油的特性指标1、低温流动性（凝点）3101柴油冷却到失去流动性的温度点。

凝点越低,含石蜡越少,提炼困难,价格越高。

柴油牌号凝点：摄氏度-10＃凝点：-10°C-20＃凝点：-20°C-35＃凝点：-35°C10＃凝点：10°C

注意：

选用柴油时，当地最低环境温度应高出柴油凝点５~6℃。例如：－２０＃的柴油（凝点是－20℃）应在－１4

℃的环境条件下应用。

用十六烷值表示柴油的自燃能力。

⑴自燃标准燃料：16烷，氧化能力强，高温空气中最易自燃。

16烷值=100。⑵不易自燃的燃料：α-甲基萘，最不易自燃，16烷值=0

2.发火性(自燃值)

16烷+α甲基萘混合后，在CFR单缸试验机上测定燃料的自燃性。

再换用被测柴油，在CFR单缸试验机上测定柴油的自燃性，与上述混合燃料自燃性相同时。

即说明:被测柴油的16烷值=混合燃料中16烷的容积百分数。⑶高速柴油机

16烷值：45～60（3101）

16烷值太低：自燃性太差，τ长，聚集大量柴油同时燃烧,则工作粗暴,噪音大,振动,磨损加剧。16烷值太高:自燃性太好，τ短，柴油一出喷嘴就着火,后喷入的柴油被高温燃气包围,缺氧,产生游离碳,冒烟。

3、蒸发性50%馏出温度越低—蒸发性好，可迅速形成雾化气体。此温度应小于300℃闪点：柴油蒸汽与空气形成的混合气接近火焰时，开始出现闪火的温度。闪点低，蒸发性好。4、粘度（雾化性）粘度大:雾化质量差,冒烟,但润滑性好(柱塞,针阀）粘度小:雾化质量好,不冒烟,但润滑性差(柱塞，针阀易磨损）

§5-2柴油机混合气的形成与燃烧一、混合气的形成1、空间混合：

利用在燃烧室中燃油与空气的相对运动形成均匀的混合气。

空气涡流运动速度越高，则油柱与空气的摩擦碰撞激烈，形成的油粒细碎,所以混合气均匀。

2.油膜蒸发混合

喷在室壁上的柴油油膜,受热蒸发与空气涡流形成混合气,逐层蒸发,逐层燃烧,柔和、轻声、无烟。

3、复合式

柴油机低速时，以空间混合为主，好启动。

柴油机高速时（机温高,空气涡流强度大)以油膜蒸发为主，轻声无烟。二、柴油机的燃烧过程

解决工作粗暴，冒烟，启动性差的问题。要求：

燃烧完全、迅速、及时、工作柔和、排污少、启动性好。

燃烧完全：热能充分发挥，污染少。及时：

在上止点附近燃烧，热能的利用程度高。

㈠着火延迟期τ(滞燃期)m-n1、m点：

喷油缸内T↑P↑。物理准备：

雾化、吸热、扩散、蒸发。化学准备：

分解和氧化。

2、n点：当T↑↑，P↑↑，物理化学反应到一定程度，自燃着火。T↑↑↑P↑↑↑着火点和压缩线分离的点.。

特点：

τ=0.7-3毫秒（曲轴转角4.2~18°）

τ越长，聚集燃油越多，燃前准备完，一齐着火，P上升剧烈，工作粗暴,所以：希望τ短。

影响因素：（1）燃料着火性能、压缩终了温度、供油提前角、雾化质量、转速。（2）此阶段只喷入循环供油量30~40%的油，燃料的发热量几乎为0。

㈡速燃期:

从气缸压力线离开压缩线起到最高P点止。o点：多点同时着火,无组织,无次序的扩展，等容燃烧P↑↑,压力升高率高。特点：1、最高P点在上止点后5~8°

如最高P点与上止点重合，说明压力升高率太高，工作更粗暴。为控制压力升高率不致太高，应减少τ内的混合气量（油量）或缩短τ的时间㈢缓燃期：

喷油继续进行，随喷随燃，活塞下行，容积增大，类似定压加热。⑴放热量达到燃料热量的70%，由于很多燃料在活塞容积加大的情况下燃烧。所以Tmax落后于Pmax。

⑵喷入的油,立即处于高温燃气包围之中，氧气很少，来不及进行化学准备，热裂化,形成游离碳,即冒黑烟。所以,缓燃期不能太长，否则，热损失大,冒黑烟(燃烧不完全)。

(四)后燃期

喷油停止，气缸容积已很大，P↓氧气少，剩余的油和中间产物燃烧速度很慢。所以，希望后燃期越短越好。否则，热损失大，发动机过热，排气管冒火，排温上升，污染严重。三、混合气的形成与燃烧室

㈠柴油混合气形成的特点1、混合气形成时间极短，仅为汽油机的（相同n）1/45-1/70，加之柴油不易蒸发。2、对空气利用较差（燃烧室各处不均匀，喷射延续）3、混合气的形成和燃烧交错进行。㈡改善措施:1.适当增加空气的涡流运动2.柴油采用高压雾状准时喷射3.采用合理的燃烧室

混合气形成方式：1.空间混合式：喷到燃烧室空间与空气混合。2.油膜蒸发式：喷到燃烧室壁上受热逐层蒸发，气流的作用均匀逐层混合3.复合式㈢燃烧室1.直喷式：（1）开式（2）半开式

燃烧室的空间和气缸容积形成统一的空间。

2.分隔式：

燃烧室的空间和气缸容积，分隔成两个空间，中间有通道相连。1.直接喷射式（开式）：燃烧室多在活塞顶。属空间混合式：浅w型。

①喷射压力高，多孔喷油，使油高度雾化。②油束锥角扩展与压缩挤流空气混合。③散热面积小，热损失少，无节流损失，经济性好，好启动。④工作粗暴，冒烟，对转速和柴油较敏感。

3、半开式直接喷射：塞顶凹坑加深，凹坑口径缩小，凹坑占75%~80%，采用螺旋进气道和带导气屏的气门。（1）ω型，属空间混合

①高压多孔喷射。

②利用特殊气道的进气涡流和压缩挤流，促进油与空气的混合。③少量柴油由于气流作用，涂在壁上形成油膜蒸发，工作粗暴性降低。④但进气道进气阻力大、散热多

4、四角型燃烧室

底部是ω形，上部过渡成四方形。

①燃烧室上部四方形，气流运动摩擦、碰壁、抑制涡流，使NOx减少。②喷嘴对四个角喷射，保证了半开式燃烧室经济性好的优点减少了排污5、球型燃烧室:

属油膜蒸发式①单孔或双孔喷油，顺气流方向喷射。②螺旋气道产生强烈进气涡流，被压缩过程增强。

③壁面上的油（95%）逐层蒸发，与空气混合燃烧，所以，工作柔和，振动噪音少，无烟。④冷车启动性差，加预热塞，加大启动油量。

6、U型复合式①燃油喷射与气流运动相垂直，靠气流把油雾吹到燃烧室壁面②低速启动时，气流速度低，以空间混合为主，改善启动性能。

③高速运转时，气流速度高，以油膜蒸发为主，工作柔和。7、分隔式空间混合式1)涡流室式

占总燃烧室容积的50%~80%①压缩行程沿切向通道,挤入涡流室中,产生强烈压缩涡流。②柴油顺涡流方向喷入,与空气混合燃烧。③着火后,气流带着未完全燃烧的燃料，冲出通道与主燃室内空气再次混合燃烧。④涡流室下部由耐热钢制成的镶块，以保持温度,有利于快速着火。⑤散热面积大，热损失多，通道节流作用大，经济性差。

预燃室：占燃烧室的(25-40)%，先预燃烧着火,后经通道进入主燃室，产生涡流，与空气混合燃烧。热损失大，节流损失大，经济性差。§5-3喷油器一、作用1、使一定数量的柴油得到良好的雾化。2、喷射油束按燃烧室类型合理分布。二、类型1、孔式喷油器2、轴针式喷油器德尔福直接驱动式共轨系统（CR）标志着柴油喷射技术的一项重大突破，喷油器针阀首次由压电晶体直接驱动，消除了液压回路及其引发的延迟和能源消耗。这一变化让车辆制造商能够在满足未来排放法律法规的同时，做到更大的功率与更好的燃油经济性。

要求:1、具有一定喷射压力和射程，合理喷雾锥角和雾化质量。2、喷停迅速，不能滴油。3、最好的特性：

开始少、中期多、后期少

三、工作原理

1、轴针式

①高压柴油推举针阀锥面，使针阀克服弹簧压力而上升。

高压柴油通过轴针与喷孔之环隙，高速喷出雾化。

②油泵停供后

油压<弹簧力，针阀下降，关闭喷孔，停止喷油。

③特点:（1）孔径大，轴针活动，不易阻塞。（2）喷射压力低，适于涡流室、预燃室式燃烧室。

（3）喷油特性:

先少后多，使柴油机工作柔和。初始:升程小，轴针在孔内环隙喷油，量小。后来:升程大，轴针离开喷孔，全孔喷油，量多2、孔式喷油器

①针阀的起落只起开闭喷孔的作用

②孔径小（0.25-0.5mm)易堵③喷射压力高175kg/cm²

④定向喷油(定位销)

适合燃烧室形状的要求。喷射压力的调整：

螺钉拧入,喷射压力提高;反之相反。§5—4喷油泵一、作用：

①产生高压②定时③定量二、类型：1、柱塞式2、泵—喷油器式：喷油泵和喷油器和为一体，无高压油管。

3、转子分配式：只用一对柱塞产生高压，转子的旋转，分配燃油三、工作过程㈠供油和停油1、进油：柱塞↓上部V↑P↓，低压柴油充入泵腔。2、泵油：柱塞↑，上部V↓，P↑P大于出油阀弹簧力和残余油压，出油阀开，高压柴油→高压油管。

3、回油

柱塞↑至斜槽与回油孔相通，泄漏，出油阀关，停供。

减压环的减压作用使喷油器停油干脆。㈡油量调节1、△g决定于有效供油行程h2、h-柱塞上端至斜槽边的距离

3、转动柱塞可改变h①左旋式面对柱塞左旋增加油量h②右旋式面对柱塞右旋增加油量h4、柱塞斜槽类型（1）直线型受力均匀（中孔）加工方便（直线斜槽）

（2）螺旋型：受力不均匀（外槽）偏磨，加工困难（螺旋）①下螺旋槽式:

供油始点不变，改变供油终点a、供油始点不变供油提前角不能随△g和n的变化而变化。b、随△g的上升大负荷时加长了后燃期。

②上螺旋槽式*供油终点不变，改变供油始点*随△g的上升供油提前角增大*适合于负荷稳定，n和△g变化一致的船用柴油机

③上下双螺旋槽式*

供油始点和终点都变化。*适用于n和负荷多变的车用柴油机。*但加工复杂，应用较少。

㈢传动机构凸轮轴滚轮体1、凸轮轴按一定的顺序和规律向柴油机各缸供油希望：在较小的α范围内得到较多的△g。△g=f（α）取决于凸轮形状。

2、滚轮体垫块式调节螺钉式⑴工作高度H影响供油时间的早晚。⑵多缸机可用H调节各缸的供油间隔角的均匀性。

①喷油泵供油起始角α—柱塞开始供油时，滚轮体中心线与凸轮中心线的夹角。H大，供油早，起始角大。H小，供油晚，起始角小。②柴油机供油提前角α-喷油泵供油时，曲柄中心线与气缸中心线的夹角。③柴油机喷油提前角α-喷油器喷油时，曲柄中心线与气缸中心线的夹角。

㈣喷油泵的润滑：*独立润滑。*压力润滑：与柴油机主油道，压力油道，用回油管保持油面。*供油提前角调节的必要性。

1、供油提前角太大（供油过早）

①备燃期长（P，T低），工作粗暴。早燃，反转，过热。②启动困难，怠速不稳。2、供油提前角太小（供油过晚）①过后燃烧,热损失大,动力不足。②冒黑烟，燃烧不完全，污染。供油提前角调整方法：转凸轮轴转油泵体改变凸轮与柱塞的相对位置

§5-5喷油泵调速器一、柱塞式喷油泵的速度特性循环供油量△g随n升高而增加。

原因：n↑早喷、晚停、泄漏少。

1、n↑柱塞运动快，进油孔节流作用↑,柱塞上方油压在未关闭进油孔之前,就开始升高。∴供油始点提前即：早喷。

2、n↑回油孔的节流作用↑和压油的惯性，使柱塞上方的油，在斜槽与回油孔相通一段时间后，才停供。∴

供油终点延迟即：晚停

3、n↑柱塞泄漏量减少∴供油量↑，即n↑△g↑后果：（1）飞车：

当n↑，△g↑，ηv↑，油多空气少,冒烟，飞车。

4、转速低时：

△g减少，ηv↑，油少气多、游车→熄火。主要是柴油机的进气量，不能象汽油机那样调节。∴必须加装调速器，及时自动的调节△g。二、调速器种类

1、两速式：

稳定怠速，限制最高转速，中间转速人工调节△g，适合车用柴油机。

2、全速式：

可根据负荷的大小，保持任意转速的稳定。适合负荷多变的矿用车,越野车,自卸车等。

§5-6柴油机燃油系统的故障与排除一、起动困难现象：

起动机以正常转速带动曲轴，但排气管不冒烟。

1、手模各缸高压油管：①有脉动,故障在喷油器、供油时间、压缩比。②无脉动,故障在喷油泵或低压油路。

2、打开喷油泵放气螺钉：①无油—检查低压油路。②有气泡—放至无气泡为止。③有水—放掉。④有油：⑴无脉动，无高压油，柱塞卡在停供位置。⑵有脉动，有高压油，查喷油时间、雾化质量、减压机构、压缩比。

二、运转不稳

1、手摸各缸高压油管：

无脉动油或脉动很弱的，说明该缸工作不正常。

2、单缸断油法：

某缸断油后，发动机转速明显降低的，说明该缸工作正常。

断油后，发动机转速无明显变化的，该缸有故障，喷油器雾化不好或喷孔堵死。三、发动机运转无力（1）空转时，加速性好，加负荷后无力—供油量不足。①柱塞卡住，或油泵拉杆卡住，达不到△gmax。②调速弹簧折断，调速器运动件卡住，达不到△gmax。

（2）运转中，金属敲击声严重，怠速时，震抖现象严重—供油太早。（3）行车中，加速不灵敏，发动机过热—供油太晚。

(4)运转时，冒黑烟严重，发动机无力。①喷油器滴油、雾化不好。②空气滤清器阻塞。(5)发动机达不到标定转速。

起作用n太低。

三、发动机飞车1、切断燃油①熄火拉杆。②拆开高压油管接头。2、堵塞进气管

无空气进入熄火。

3、堵塞排气管

§5-7柴油机的起动辅助装置一、改善燃料着火条件的

措施1、电热塞加热燃烧室

电阻丝通电加热→氧化镁粉→外表发热T=1300K

2、火焰加热器加热进气管3、低温起动液（乙醚、丙烷、丁烷）引燃柴油。二、减压机构（降低起动阻力矩）使进气门打开：压气门摇臂，