第五章柴油机供给

第五章柴油机供给系

第一节柴油及其使用性能一、概述

柴油是在533-623k的温度范围内，从石油中提炼出的碳氢化合物。柴油按其所含重馏分的多少，分重柴油和轻柴油两类。重柴油多用于1000r／min以下的中、低速柴油机，轻柴油多用于1000r／min以上的高速柴油柳。汽车用柴油机都是高速的，必须用轻柴油。柴油按凝点分为10，0，-10，-20，-35五个牌号，其疑点分别不高于10℃，0℃，-10℃,-20℃,-35℃，牌号越高凝点越低。其代号分别为RCZ-10，RC-0，RC-10，RC-20，RC-35，“R”和“C”是“燃”和“柴”字的汉语拼音字头，凝点在零度以上的则在"一"前加上"Z"字，选用时，号数应比实际气温低5～10℃。二、性能指标

1、发火性：燃油的自燃能力，用十六烷评定。

2、蒸发性：3、粘度：4、低温流动性：（凝点和冷滤点）1、发火性(1)、备燃期柴油机工作时，柴油被喷入燃烧室后，并非立即着火，而要经过一段时间进行燃烧前的物理和化学准备，这个准备时间称为着火准备期(简称备燃期）备燃期过长，则在燃烧开始前燃烧室内积存的柴油过多，以致燃烧开始后气缸内压力升高过快，使曲柄连杆机构承受较大的冲击力，加速磨损，同时气缸内发出很响的敲击声，发动机工作粗暴。发火性好的柴油的备燃期短，可使柴油机工作柔和，且可在较低的温度下发火，有利于起动。(2)、十六烷值柴油的发火性用“十六烷值”表示，十六烷值愈高，发火性愈好。但十六烷值高的柴油的凝点也高，因而蒸发性差。通常汽车用柴油的十六烷值在40～50范围内。2、蒸发性由燃油的蒸馏实验确定需要测定的馏程是50%溜出温度、90%溜出温度及95％馏出温度。若相同蒸发量的馏出温度愈低，表明柴油蒸发性愈好，愈有利于可燃混合气的形成和燃烧，蒸发性越好，柴油的闪点越低。危险性高。3、粘度决定燃油的流动性。粘度越大流动性愈差。粘度过大的柴油流动阻力大。粘度随温度而变化，温度升高，粘度小，温度降低，粘度大。4、低温流动性用柴油的凝点和冷滤点来评定。（1）凝点：柴油失去流动性开始凝固时的温度。（2）冷滤点：指在特定的试验条件下，在1min内柴油开始下能流过过滤器20mL时的最高温度。第二节柴油机供给系的组成

一、柴油机混合气形成特点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。当活塞接近压缩上止点时，柴油喷入气缸，与高压高温的空气接触、混合，经过一系列的物理、化学变化才开始燃烧。之后便是边喷射，边燃烧。其混合气的形成和燃烧是一个非常复杂的物理化学变化过程，其主要特点是：1、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0.0017～0.004秒（气缸内）3、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，连续重叠进行的，即边喷射、边混合、边燃烧。二、柴油机混合气形成要求1、必须要有足够的空气量和适当的柴油量2、喷油时刻要准确，混合气形成的规律应合适3、喷油质量应与燃烧室形状相适应，形成均匀的混合气4、气流的搅动，燃料的性能三、柴油机燃烧室1、定义：当活塞到达上止点时，气缸盖和活塞顶组成的密闭空间称为燃烧室。2、分类：统一式燃烧室和分隔式燃烧室两大类。（1）统一式燃烧室：

ω型燃烧室、球型燃烧室、U型燃烧室（2）分隔式燃烧室：预热室式燃烧室、涡流室式燃烧室统一式燃烧室ω型燃烧室：形状简单、易于加工；结构紧凑；热效率高；工作粗暴；要求喷油压力高。球型燃烧室：靠油膜蒸发混合，工作柔和，起动困难。喷油压力高U型燃烧室：混合气形成方式属于复合式，起动性好。分隔式燃烧室预热室式燃烧室涡流室式燃烧室特点：油压要求不高；故障少；工作较平稳；散热面积大；油耗高；起动性差。四、柴油机供给系功用1、在适当的时刻，将一定数量的洁净燃油增压后以适当的规律喷入燃烧室。2、在每一个工作循环内，各气缸均喷油一次，喷油次序于气缸工作顺序一致3、根据柴油机负荷的变化自动调节循环供油量，以保证柴油机稳定运转，尤其是稳定怠速，限制超速4、储存一定数量的燃油，保证汽车的最大里程五、柴油机供给系的组成1、燃油供给装置：柴油箱、输油泵、柴油滤清器、喷油泵、喷油器等。2、空气供给装置：空气滤清器、进气管道。3、混合气形成装置：燃烧室。4、废气排出装置：排气管道、消音器六、工作过程柴油箱贮有经过沉淀和滤清的柴油。柴油从柴油箱被吸入输油泵并泵出，经柴油滤清器滤去杂质后，进入喷油泵。自喷油泵输出的高压柴油经高压油管和喷油器喷入燃烧室。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回到输油泵。1、低压油路：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0．15～0．3MPa，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。2、高压油路：从喷油泵到喷油器这段油路中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。高压柴油通过喷油器呈雾状喷入燃烧室，与空气混合而形成可燃混合气。

第三节喷油器1、功用：将喷油泵供给的高压柴油，以一定的压力和角度，呈雾状喷入燃烧室。2、型式：目前采用的喷油器都是闭式喷油器，有孔式喷油器和轴针式喷油器两种。3、要求：

①雾化均匀②喷射干脆利落③无后滴现象④油束形状与方向，适应燃烧室一、孔式喷油器

（1）、针阀偶件针阀上部的圆柱表面通过针阀体的相应内圆柱面作高精度的滑动配合，配合间隙为0．002～0．004mm。

间隙过大则发生漏油而使油压下降，影响喷雾质量

间隙过小时针阀将不能自由滑动。针阀偶件的配合面通常是经过精磨后再相互研磨而保证其配合精度的。所以选配和研磨好的一副针阀偶件是不能互换的。（2）、承压锥面针阀中部的锥面全部露出在针阀体的环形油腔中，用以承受油压（3）、密封锥面针阀下端的锥面与针阀体相应的内锥面配合，以实现喷油器内腔的密封。1、孔式喷油器的形式（1）、按喷油嘴的长度分：长型、短型喷油器（2）、按喷孔的数目分：单孔、双孔、多孔喷油器

（3）、低惯量喷油器长型喷油嘴的针阀导向部分远离燃烧室，可减少针阀受热变形，避免针阀卡死在针阀体里。顶杆缩短，减小运动件的质量和惯性力，有利于高速发动机。2、工作过程装在喷油器体上部的调压弹簧通过顶杆使针阀紧压在针阀体的密封锥面上，将喷孔关闭。喷油泵输出的高压柴油从进油管接头经过喷油器体与针阀体中的油孔道进入针阀中部周围的环状空间——高压油腔。油压作用在针阀的承压锥面上，造成一个向上的轴向推力，当此推力克服了调压弹簧的予紧力以及针阀与针阀体间的摩擦力，针阀即上移而打开喷孔，高压柴油便从针阀体下端的喷油孔喷出。当喷油泵停止供油时，由于油压迅速下降，针阀在调压弹簧作用下及时回位，将喷孔关闭。喷射开始时的喷油压力取决于调压弹簧的预紧力，可用调压螺钉调节。喷油器喷油时，其喷射油束锥角必须与所用燃烧室形状相适应，使燃油雾粒直接喷射在燃烧室空间并均匀分布。喷油器工作时间，有少量柴油从针阀与针阀体的配合表面之间的间隙漏出。这部分柴油对针阀起润滑作用，并沿顶杆周围的空隙上升，通过回油管螺栓上的孔进入回油管，流回柴油滤清器。3、特点（1）喷孔的位置和方向与燃烧室形状相适应，以保证油雾直接喷射在球形燃烧室壁上。（2）喷射压力较高。（3）喷油头细长，喷孔小，加工精度高。

二、轴针式喷油器1、工作原理与孔式相同

2、构造：针阀下端的密封锥面以下还向下延伸出一个轴针，其形状有锥形和圆柱形，轴针伸出喷孔外，使喷孔成为圆环状的狭缝。一般只有一个喷孔,直径1～3mm，喷油压力较低12～14MPa3、特点：

（1）不喷油时针阀关闭喷孔，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炭堵塞。（2）喷孔直径较大，便于加工且不易堵塞。（3）针阀在油压达到一定压力时开启，供油停止时，又在弹簧作用下立即关闭，因此，喷油开始和停止都干脆利落，没有滴油现象。（4）不能满足对喷油质量有特殊要求的燃烧室的需要。4、类型：孔式喷油器喷雾锥角最小，贯穿距离最大。喷雾锥角大，贯穿距离小喷雾锥角小，贯穿距离大。1、普通型喷油器2、节流型喷油器：轴针较长，节流升程大。所以节流型喷油器在针阀升起的初期，喷孔通过的截面积小，历时较长。导致初期喷油速率小，从而减缓燃烧初期汽缸压力的增长，降低噪声。3、分流型喷油器：用于涡流燃烧室，改善冷起动性。分流型喷油器除主喷孔外，还在针阀体的密封锥面加工有分流孔。第四节喷油泵喷油泵是柴油供给系中最重要的另件，它的性能和质量对柴油机影响极大，被称为柴油机的“心脏”。

1、功用：提高柴油压力，按照发动机的工作顺序，负荷大小，定时定量地向喷油器输送高压柴油，且各缸供油压力均等。2、要求：（1）泵油压力要保证喷射压力和雾化质量的要求。（2）供油量应符合柴油机工作所需的精确数量。（3）保证按柴油机的工作顺序，在规定的时间内准确供油。（4）供油量和供油时间可调正，保证各缸供油均匀。（5）供油规律应保证柴油燃烧完全。（6）供油开始和结束，动作敏捷，断油干脆，避免滴油。3、类型：车用柴油机喷油泵按其工作原理分为柱塞式喷油泵、喷油泵-喷油器和转子分配式喷油泵三类。一、柱塞式喷油泵国产系列柱塞泵主要有A、B、P、Z等系列。系列化是根据柴油机单缸功率范围对供油量的要求不同，以柱塞行程，泵缸中心距和结构型式为基础，再分别配以不同尺寸的柱塞直径，组成若干种在一个工作循环内供油量不等的喷油泵，以满足各种柴油机的需要。国产系列喷油泵的工作原理和结构型式基本相同，以A型泵为例介绍柱塞式喷油泵的构造和工作原理。二、A型柱塞式喷油泵（一）分泵结构泵油机构油量调节机构驱动机构喷油泵体1、泵油机构柱塞偶件：柱塞套、柱塞柱塞弹簧上、下柱塞弹簧座出油阀偶件：出油阀、出油阀座出油阀弹簧出油阀压紧座（1）柱塞偶件：柱塞套、柱塞柱塞和柱塞套是一对精密偶件，经配对研磨后不能互换，要求有高的精度和光洁度和好的耐磨性，其径向间隙为0.0018～0.003mm。间隙过大，易漏油。间隙过小，易卡死。柱塞头部圆柱面上切有斜槽，并通过径向孔、轴向孔与顶部相通，其目的是改变循环供油量；柱塞套上制有进、回油孔，均与泵上体内低压油腔相通，柱塞套装入泵上体后，应用定位螺钉定位。柱塞头部斜槽的位置不同，改变供油量的方法也不同。（2）出油阀偶件：出油阀、出油阀座出油阀和出油阀座也是一对精密偶件，配对研磨后不能互换，其配合间隙为0.01mm。出油阀是一个单向阀，在弹簧压力作用下，阀上部圆锥面与阀座严密配合，其作用是在停供时，将高压油管与柱塞上端空腔隔绝，防止高压油管内的油倒流入喷油泵内。出油阀的下部呈十字断面，既能导向，又能通过柴油。出油阀的锥面下有一个小的圆柱面，称为减压环带，其作用是在供油终了时，使高压油管内的油压迅速下降，避免喷孔处产生滴油现象。当环带落入阀座内时则使上方容积很快增大，压力迅速减小，停喷迅速。2、供油量调节机构

（1）功用：油量调节机构是根据柴油机负荷和转速的变化相应改变喷油泵的供油量。改变供油量的办法是转动柱塞，通过改变供油行程来完成的。多缸机还要注意各缸供油均匀性的调整。（2）形式：齿杆式油量调节机构和拨叉拉杆式齿杆式油量调节机构调节过程

柱塞下端的榫舌嵌入控制套筒相应的切槽中。套筒松套在柱塞套上。在控制套筒上部套有一个可调齿圈，用螺钉锁紧。可调齿圈与齿杆相啮合。齿杆的轴向位置由驾驶员或调速器控制。移动齿杆时，齿圈连同控制套筒带动柱塞相对于不动的柱塞套转动，以调节供油量。

3、驱动机构由凸轮轴和滚轮体总成组成。喷油泵凸轮轴是曲轴通过齿轮驱动的，曲轴转两圈，各缸喷油一次，凸轮轴只需转一圈就喷油一次，二者速比为2﹕1。

4、喷油泵体由铝合金铸成，分泵、油量调节机构及驱动机构都装在泵体上。泵体（二）泵油原理1、泵油过程工作时，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个阶段。（1）、进油过程

当凸轮的凸起部分转过去后，在弹簧力的作用下，柱塞向下运动，柱塞上部空间（称为泵油室）产生真空度，当柱塞上端面把柱塞套上的进油孔打开后，充满在油泵上体油道内的柴油经油孔进入泵油室，柱塞运动到下止点，进油结束。

（2）供油过程

当凸轮轴转到凸轮的凸起部分顶起滚轮体时，柱塞弹簧被压缩，柱塞向上运动，燃油受压，一部分燃油经油孔流回喷油泵上体油腔。当柱塞顶面遮住套筒上进油孔的上缘时，由于柱塞和套筒的配合间隙很小（0.0015-0.0025mm）使柱塞顶部的泵油室成为一个密封油腔，柱塞继续上升，泵油室内的油压迅速升高，泵油压力>出油阀弹簧力+高压油管剩余压力时，推开出油阀，高压柴油经出油阀进入高压油管，通过喷油器喷入燃烧室。（3）回油过程柱塞向上供油，当上行到柱塞上的斜槽（停供边）与套筒上的回油孔相通时，泵油室低压油路便与柱塞头部的中孔和径向孔及斜槽沟通，油压骤然下降，出油阀在弹簧力的作用下迅速关闭，停止供油。此后柱塞还要上行，但不供油。当凸轮的凸起部分转过去后，在弹簧的作用下，柱塞又下行。此时便开始了下一个循环。2、供油量的调节

（1）原理柱塞行程：柱塞由其下止点移动到上止点所经过的距离。柱塞有效行程：柱塞顶面封闭柱塞套油孔到柱塞螺旋槽打开柱塞套油孔的这段柱塞行程。柱塞有效行程越大，当转速一定时，供油的持续时间越长，喷油泵每一次的泵油量越多。转动柱塞改变柱塞有效行程，就可以改变每循环供油量。（2）供油量的调节过程

利用供油量的调节机构转动柱塞，柱塞上的斜槽与柱塞套油孔的相对位置发生改变，从而改变柱塞的有效行程。利用供油量的调节原理，可将多缸喷油泵的各缸供油量调匀。

3、供油定时的调节（1）供油提前角的定义指从柱塞顶面封闭柱塞套油孔到活塞上止点为止，曲轴所转过的角度。（2）供油定时的调节的原因喷油泵供油的迟早决定喷油器喷油的迟早，它对柴油机工作性能有很大影响。为保证形成良好的混合气和改善燃烧过程，必须有一定的喷油提前角；对多缸柴油机，还应保证各缸喷油提前角一致。最佳喷油提前角是在柴油机额定转速与全负荷下由试验确定的，它的数值因柴油性质和发动机工况而异。同时由于凸轮及滚轮等传动部件的磨损，喷油提前角也有所改变。为此，喷油提前角必须可以调整。

（3）调节原理通过转动调整螺母而实现的。当松开锁紧螺母拧出调整螺母时，滚轮传动部件高度增大，于是柱塞封闭柱塞套上进油孔的时刻提前，即供油提前角增大；反之，供油提前角减小。改变滚轮传动部件的高度只能调整单个分泵的供油提前角，对每一个分泵分别进行调整就可用来保证多缸发动机的供油提前角一致。三、喷油提前器

1、喷油提前角的大小对柴油机性能的影响(1)过大喷油提前角过大时，由于喷油时缸内空气温度较低，混合气形成条件较差，备燃期较长，将导致发动机工作粗暴。(2)过小喷油提前角过小时，将使燃烧过程延后过多，所能达到的最高压力较低，热效率也显著下降，且排气管中常有白烟冒出。2、最佳喷油提前角

最佳喷油提前角是在转速和供油量一定的条件下，能获得最大功率及最小燃油消耗率的喷油提前角。应当指出，对任何一台柴油仉，最佳喷油提前角都不是常数，而是随供油量和曲轴转速变化的。供油量愈大，转速愈高，则最佳喷油提前角也愈大3、机械离心式供油提前角自动调节器

喷油提前角实际上是由喷油泵供油提前角保证的。而调节整个喷油泵供油提前角的方法是改变发动机曲轴与喷油泵凸轮轴的相对角位置为满足最佳喷油提前角随转速升高而增大的要求。四、A型柱塞式喷油泵分泵的特点1、柱塞往复运动总行程是不变的，由凸轮的升程决定。

2、柱塞每循环的供油量大小取决于有效供油行程,供油行程不受凸轮轴控制，是可变的。

3、供油开始时刻不随供油行程的变化而变化，只与转速和凸轮的位置有关。

4、转动柱塞可改变供油终了时刻，从而改变供油量。5、供油压力取决于出油阀弹簧的弹力，其弹力的大小是可以调节的。

第六节调速器一、概述1、喷油泵的速度特性喷油泵每个工作循环的供油量主要取决于调节拉杆的位置。此外，还受到发动机转速的影响。在调节拉杆位置不变时，随着发动机曲轴转速增大，柱塞有效行程略有增加，而供油量也略有增大；反之，供油量略有减少。这种供油量随转速变化的关系称为喷油泵的速度特性。

2、柴油机安装调速器的必要性喷油泵的速度特性对工况多变的柴油机是非常不利的。当发动机负荷稍有变化时，导致发动机转速变化很大。当负荷减小时，转速升高，转速升高导致柱塞泵循环供油量增加，循环供油量增加又导致转速进一步升高，这样不断地恶性循环，造成发动机转速越来越高，最后飞车；反之，当负荷增大时，转速降低，转速降低导致柱塞泵循环供油量减少，循环供油量减少又导致转速进一步降低，这样不断地恶性循环，造成发动机转速越来越低，最后熄火。要改变这种恶性循环，就要求有一种能根据负荷的变化，自动调节供油量。使发动机在规定的转速范围内稳定运转的自动控制机构。移动供油拉杆，可以改变循环供油量，使发动机的转速基本不变。因此，柴油机要满足使用要求，就必须安装调速器。二、调速器的功用和形式

1、功用：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范围内变化。

2、形式：

（1）、按转速范围分：两级式调速器、全程式调速器、定速调速器（2）、按工作原理分：气动式调速器、机械离心式调速器、复合式调速器、液压式调速器、电子式调速器三、机械离心式调速器的工作原理

1、机械离心式调速器是根据弹簧力和离心力相平衡进行调速的，工作中，弹簧力总是将供油拉杆向循环供油量增加的方向移动；而离心力总是将供油拉杆向循环供油量减少的方向移动。2、当负荷减小时，转速升高，离心力大于弹簧力，供油拉杆向循环供油量减少的方向移动，循环供油量减小，转速降低，离心力又小于弹簧力，供油拉杆又向循环供油量增加的方向移动，循环供油量增加，转速又升高，直到离心力和弹簧力平衡，供油拉杆才保持不变。这样转速基本稳定在很小的范围内变化。3、当负荷增加时，转速降低，弹簧力大于离心力，供油拉杆向循环供油量增加的方向移动，循环供油量增加，转速升高，弹簧力又小于离心力，供油拉杆又向循环供油量减小的方向移动，循环供油量减小，转速又降低，直到离心力和弹簧力平衡。四、两极式调速器

此类调速器只控制最低及最高转速。在最低与最高转速之间，调速器不起作用，此时柴油机的工作转速是由驾驶员通过加速踏板直接操纵喷油泵油量调节机构来实现的。为一般条件下行驶的汽车柴油机所装用，以保持怠速运转稳定及防止高速运转时超速飞车。五、机械离心式全速调速器构造与工作原理此类调速器不仅能控制柴油机的最低和最高转速，而且能控制从怠速到最高限制转速范围内任何转速下的喷油量，以维持柴油机在任一给定转速下稳定运转。1-飞块支架2-飞块销轴3-飞块4-滑套5-校正弹簧6-全负荷限位螺钉7-顶杆8-浮动杠杆9-怠速弹簧10-调速弹簧11-低速限位螺钉12-拉力杠杆13-导动杠杆14-轴销15-供油齿条16-起动弹簧17-弹簧挂耳18-弹簧摇臂19-调整螺钉3-飞块4-滑套5-校正弹簧6-全负荷限位螺钉8-浮动杠杆9-怠速弹簧10-调速弹簧11-低速限位螺钉12-拉力杠杆13-导动杠杆15-供油齿条16-起动弹簧18-弹簧摇臂20-调整螺钉21-调速手柄3-飞块4-滑套5-校正弹簧6-全负荷限位螺钉8-浮动杠杆9-怠速弹簧10-调速弹簧11-低速限位螺钉12-拉力杠杆13-导动杠杆15-供油齿条16-起动弹簧18-弹簧摇臂3-飞块4-滑套5-校正弹簧6-全负荷限位螺钉8-浮动杠杆9-怠速弹簧10-调速弹簧11-低速限位螺钉12-拉力杠杆13-导动杠杆15-供油齿条16-起动弹簧18-弹簧摇臂3-飞块4-滑套5-校正弹簧6-全负荷限位螺钉8-浮动杠杆工作原理

靠钢球旋转时产生离心力的轴向分力F1与调速弹簧的弹力Ft之间是否平衡来调节供油量大小，从而维持柴油机的转速稳定：操纵手柄在不同的位置上，就有不同的弹簧预紧力，预紧力大则调速器起作用的转速就越高，反之则低，因此操纵手柄在不同