燃油系统培训

柴油发动机燃油系统

俗称柴油机的心脏，其作用根据发动机的运行工况和环境条件，将适量的燃油、在适当的时间内，以是适当的空间状态喷入燃烧室，形成良好的混合气、便于组织完善的燃烧，以利于发动机发出最大的功率和转矩，同时满足燃油耗、噪声、排放等各方面的要求。第一台柴油发动机柴油发动机之父RudolfDiesel第一次技术飞跃，1927年德国博世公司研制出的合成泵，奠定了机械式泵管嘴燃油系统，为柴油机提供了强有力的“心脏”。第二次技术飞跃，增压和中冷技术的应用，为柴油机带来了强大的生命力。第三次技术飞跃，电控喷油技术的应用，使柴油机有了更好的发展前景。

柴油机发展的100多年历程中，有三次重大的技术突破，使柴油机技术达到今天的水平。但是，其中的两次却是和燃油系统直接相关，这也足以说明燃油系统在柴油机技术中的地位。

柴油机燃油系统种类机械燃油系统电控燃油系统直列式喷油泵燃油系统转子分配式泵燃油系统泵喷嘴燃油系统单体泵燃油系统PT泵燃油系统电子控制直列泵燃油系统电子控制分配泵燃油系统电子控制泵喷嘴燃油系统电子控制单体泵燃油系统电子控制共轨燃油系统柱塞式喷油泵的燃油系统简图

下面我们将学习燃油系统的几个主要部件。

喷油泵一、喷油泵的功用

喷油泵又称高压油泵，是燃油系统中最重要的一个部件。喷油泵的功用是提高燃油压力，并根据柴油机工况的要求，将一定量的燃油在准确时间内喷入燃烧室。

对喷油泵的要求是：

(１)喷油泵的供油量应满足柴油机在各种工况下的需要，即负荷大时供油量增多：负荷小时供油量减少。同时还要保证对各缸的供油量应相等。

(２)根据柴油机的要求，喷油泵要保证各缸的供油开始时刻相同，即各缸供油提前角一致，还应保证供油延续时间相同，而且供油应急速开始，停油要迅速利落，避免滴油现象。

(３)根据燃烧室形式和混合气形成的方法不同，喷油泵必须向喷油器提供压力足够的燃油，以保证良好的雾化质量。

在学习喷油泵之前我们先来看一下喷油泵的

工作动画。

泵体部分分泵油量调节机构传动机构

组成：（一）泵体部分形式：整体式喷油泵喷油泵的结构柱塞偶件驱动机构出油阀偶件油量调节机构分泵：每个气缸所对应的一套柱塞副、出油阀副等零件组成的高压泵油机构。分泵组成：高压油管接头、减容体、出油阀弹簧、出油阀副、柱塞副、柱塞弹簧及座、挺杆。二、喷油泵的结构（以柱塞式喷油泵为例）直槽45°斜槽径向油孔精密配合偶件：配合间隙为

0.0015~0.0025mm要求：成对使用，不能互换。拆装维修时要作好记号。

结构柱塞—直槽、45°斜槽（两槽相通）柱塞套—径向油孔（与低压油腔相通）定位槽柱塞偶件三、喷油泵的工作原理

1.吸油和压油过程

喷油泵的吸油和压油，由柱塞在柱塞套内的往复运动来完成。当柱塞位于下部位置时，柱塞套上的两个油孔被打开，柱塞套内腔与泵体内的油道相通，燃油迅速注满油室。

当凸轮顶到滚轮体的滚轮上时，柱塞便升起。从柱塞开始向上运动到油孔被柱塞上端面挡住前为止。在这一段时间内，由于柱塞的运动，燃油从油室被挤出，流向油道。所以这段升程称为预行程。当柱塞将油孔挡住时，便开始压油过程。柱塞上行，油室内油压急剧升高。当压力超过出油阀的弹簧弹力和上部油压时，就顶开出油阀，燃油压入油管送至喷油器。

柱塞套上的进油孔被柱塞上端面完全挡住的时刻称为理论供油始点。

柱塞继续向上运动时，供油也一直继续着，压油过程持续到柱塞上的螺旋斜边让开柱塞套回油孔时为止，当油孔一被打开，高压油从油室经柱塞上的纵向槽和柱塞套上的回油孔流回泵体内的油道。此时柱塞套油室的油压迅速降低，出油阀在弹簧和高压油管中油压的作用下落回阀座，喷油器立即停止喷油。这时虽然柱塞仍继续上行，但供油已终止。

柱塞套上回油孔被柱塞斜边打开的时刻称为理论供油终点。

全过程动画演示

从上述的吸油和压油过程可见，在柱塞向上运动的整个过程中，只是中间一段行程才是压油过程，这一行程称为柱塞的有效行程。

acb柱塞上行a.从下止点到柱塞头部封闭径向油孔之前。b.从柱塞头部封闭径向油孔到柱塞斜槽露出径向孔之前。c.从柱塞斜槽露出径向油孔到柱塞上行至上止点。

工作原理图132023/11/28a.从上止点到柱塞斜槽封闭径向油孔之前。c.从柱塞头部露出径向油孔到运行下止点。b.从柱塞斜槽封闭径向孔到柱塞头部露出径向油孔之前。acb柱塞下行2．油量调节［虚拟模型］

为了适应柴油机负载的要求，喷油泵的供油量必须能够在最大供油量(全负荷)到零供油量(停车)的范围内进行调节。

供油量的调节是通过齿杆、转动套使喷油泵的全部柱塞同时转动来实现的。［动画演示］

从动画中可看出，当柱塞转动时，供油开始时间不变，而供油终了时间，则由于柱塞斜边对柱塞套回油孔位置的改变而变更了。随着柱塞转动的角度不同，柱塞的有效行程也就不同，因而供油量也随之改变。

柱塞对于不供油位1转动的角度越大，则柱塞上端面到打开拄塞套回油孔的斜边距离也越大，供油量也就越大，若柱塞转动的角度较小，则断油开始较早，供油量也较小。当柴油机停车时必须断油，为此，可将柱塞上的纵向槽转到正对着柱塞套上回油孔。此时，在整个柱塞行程中，柱塞套内的燃油一直通过纵向槽、回油孔流回油道，没有压油过程，故供油量等于零。

因此，当柱塞转动时，利用改变供油量终点的时刻来调节供油量，这种方法称为供油终点调节法。

改变柱塞上斜边的位置，就可得到其它的调节方法。下图所示为两种油量调节方法的柱塞斜边形状。

a

为上述的供油终点调节法。

b

为供应始点调节法。由于螺旋斜边向上倾斜，转动柱塞调节油量时，供油始点改变而供油终点不变。

ab

调节供油量方法：转动柱塞——改变hg——改变循环供油量Δg。停油：直槽对准油孔。hg油量调节原理图供油有效行程：柱塞顶面封闭柱塞套径向油孔至柱塞斜槽露出径向油孔前柱塞上移的行程，用hg表示。hg决定了喷油泵每循环供油量（Δg）。出油阀偶件出油阀安装在喷油泵上端，它是一个自动阀，当柱塞压油时开启，而当柱塞不压油时，在出油阀弹簧和油管压力作用下关闭。它是-付重要的精密偶件，它的机构形状对供油特性有很大影响。实物图片如下：一、出油阀的作用

(1)使柱塞套内腔与高压油管在不供油对互相隔断，以防止当柱塞下行时，将高压油管中的燃油吸回．

(2)使高压油管中保持一定的残余压力以便在下次喷油时，管内的燃油压力可以很快升高。

(3)在喷油泵供油结束时，能使高压油管中的油压迅速下降，以保证断油干脆，消除喷油器的滴油现象。

出油阀的构造和工作原理1.等容式出油阀

应用最广泛的等容式出油阀［如动画所示］。出油阀的锥面是阀的密封面。其下部有圆柱形卸载凸缘，阀的尾部具有十字形断面，在阀座的导向孔内往复运动。

等容式出油阀

这种出油阀的工作原理如下：另一种型式如动画所示:

2、等压式出油阀等压式出油阀的结构如下图所示。在出油阀内再装一个球形等压卸载阀。

在喷油泵供油时，整个出油阀一起升起。当供油结束时，出油阀落座以后，如果高压油管中的压力超过等压阀的开启压力时，则等压阀被打开，燃油流回柱塞腔，高压油管内的压力下降，直到出油阀上部的压力低于等压阀弹簧所限定的压力时，等压阀才关闭。如果有二次三次压力波超过等压阀开启压力时，则等压阀再次开启，这样就消除了压力波的进一步反射，保证高压油管的残余压力在各种情况下为定值。因此，这种等压阀可在宽广的转速和负荷范围内避免了二次喷射和不齐喷射，同时也可以防止穴蚀。等压阀的开启压力一般在0.5～1.0MPa范围内。

调速器一、功用：

调速器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。调速器的功用可概括如下：

(1)防止柴油机超速(飞车)运转-控制最高转速；

(2)保证在最低转速下能稳定运转-控制最低稳定转速，要求柴油机花规定转；

(3)随着外界负荷的变化，自动调节供油量，使柴油机始终保持在规定的转速下稳定地运行。

1、按功能分有两速调速器、全速调速器、定速调速器和综合调速器。2、按转速传感分有气动式调速器、机械离心式调速器和复合式调速器。二、分类：三、两速调速器

1、作用：

自动稳定和限制柴油机最低与最高转速，而在所有中间转速范围内则由驾驶员控制。

2、结构

油量调节拉杆外弹簧座飞锤凸轮轴高速弹簧内座高速弹簧怠速弹簧活动杠杆调速杠杆滑动轴操纵臂冒烟限制器RQ型两极调速器

怠速时，飞锤在凸轮轴后端轴和高速弹簧座之间移动，高速弹簧不起作用。怠速转速升高，飞锤外张，油量调节拉杆后移，减油。怠速转速降低，飞锤收拢，油量调节拉杆前移，加油。怠速起动全负荷中等转速断油3、工作原理（1）稳定怠速：RQ型两极调速器全负荷位置

当转速超过最高额定转速时，飞锤继续外张，同时压缩高速弹簧和怠速弹簧，油量调节拉杆向减油的方向移动，使转速降低。（2）限制超速：RQ型两极调速器全负荷位置

飞锤与高速弹簧内座相抵，不能将高速弹簧压缩，调速器不起作用。（3）工作转速：燃烧室分类：1、统一式燃烧室：又称直接喷射燃烧室。常见结构有型燃烧室和球型燃烧室。2、分隔式燃烧室：由主燃烧室和副燃烧室组成。常见型式有涡流室燃烧室和预燃室燃烧室。统一式燃烧室球型燃烧室

型燃烧室螺旋进气道空气涡流运动示意图分隔式燃烧室涡流式燃烧室预燃式燃烧室柴油发动机的燃烧室与喷油器

型燃烧室U型燃烧室球形燃烧室涡流室式燃烧室预燃室式燃烧室统一式燃烧室分隔式燃烧室孔式喷油器轴针式喷油器一、功用与型式

1、功用：将喷油泵供给的高压柴油，以一定的压力，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，有孔式和轴针式两种。

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。喷油器二、孔式喷油器1、应用：

直接喷射燃烧室，孔数1～8个，孔径0.2～0.8mm。2、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。三、轴针式喷油器特点：

（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。

喷油器供油提前角的作用由于柴油喷入燃烧室后并不立即发火燃烧，只有当喷入燃烧室的那部分燃油的温度提高到自然温度后才能开始着火，因此为了与着火落后的特性相适应，就必须使柴油开始喷入燃烧室的时刻适当提前。提前角的调整：先正盘车使发动机第一缸处于压缩上止点，然后反转动曲轴40°左右。松开第一缸喷油器端高压油管，然后把油门手柄推倒最大油量位置，用手压手油泵，同时正盘车，直到高压油管端柴油以每秒一滴左右滴油时为止。松开角度调节板拉紧螺栓，再盘车把需调的飞轮上的刻度值与飞轮壳上的记号对准，然后把紧角度调节板拉紧螺栓。提前角的验证：用上述调整方法调整到高压油管端柴油以每秒一滴左右滴油时为止，此时观察飞轮端的刻度值是否是要求值。录像

柴油机与供油系统有关的常见故障及原因分析柴油机燃油系统，由于长期处于高温高压状态下工作，不可避免的会出现各种各样的问题和故障。根据多年来实际排除故障的经验总结，总结出柴油机与供油系统有关的常见故障及原因如下：

１、柴油机功率不足，或柴油机工作一段时间后自动停机。此故障与燃油系统有关的原因是：

（１）喷油泵柱塞和出油阀漏油、喷油泵供油压力低，供油量不足；（２）喷油器雾化不良、滴油、喷油嘴损坏或喷油器密封铜垫厚度不合适；

（３）燃油低压油路压力不足，主要原因是喷油泵低压油路回油螺钉单向阀关闭不严或已经损坏，导致其密封不严；

（４）输油泵损坏，燃油预压太低；

（５）喷油泵调速器有问题；

（６）燃油油路堵塞或燃油油路系统中有空气进入；（７）燃油滤芯太脏或燃油温度太高。

２、柴油机起动或加油时冒白烟。此故障与燃油系统有关的原因是：

（1）起动加浓装置有问题。对于增压柴油机，可能是烟度限制器系统有问题；

（2）喷油泵低速喷油压力不足；

（3）喷油嘴雾化不良、喷油嘴损坏或滴油严重；

（4）柱塞磨损，出油阀漏油或压紧不足；

（5）喷油提前角不对（偏大）；（6）燃油中的水分太多。（7）环境温度太低.３、柴油机工作时冒黑烟。此故障与燃油系统有关的原因是：

（１）喷油泵供油量太多；

（２）喷油器雾化不良、滴油、喷油嘴损坏或喷油器密封铜垫厚度不合适；

（３）喷油提前角不对；（４）喷油器回油管堵塞。

４、柴油机润滑油越用越多。此故障与燃油系统有关的原因是：

（１）喷油泵柱塞磨损严重，柴油漏入喷油泵柱塞腔后通过机油回油管进入油底壳；

（２）喷油泵出油阀外压紧套筒松动，柴油漏入喷油泵柱塞腔后通过机油回油管进入油底壳；（实例）

（３）个别气缸喷油嘴滴油或“尿尿”。燃油通过活塞环与气缸壁间的缝隙流入油底壳；

（４）冷启动电磁阀损坏，主要是该电磁阀“常开”，柴油通过火焰加热塞进入进气管并进入汽缸，汽缸内大量未燃烧的柴油经过活塞环与气缸壁之间的缝隙浸入油底壳；（５）低压输油泵泵轮有漏油现象。５、柴油机整体温度高，排气管经常有“烧红”现象。此故障与燃油系统有关的原因是：（１）喷油泵油量太大；

（２）喷油泵联轴节损坏；

（３）喷油提前角不对；（４）喷油器雾化不良、滴油、喷油嘴损坏或喷油器密封铜垫不合适。

６、柴油机起动困难或根本不能起动。此故障与燃油系统有关的原因是：（１）燃油油路堵塞或有空气；

（２）输油泵或回油螺钉有问题，燃油预压太低；

（３）喷油泵调速器有问题；

（４）喷油泵调速齿杆卡死；

（５）喷油提前角不对；

（６）增压机型的烟度烟度限制器电磁阀损坏；

（７）多数喷油嘴损坏或喷油压力不对；（８）柴油机停机电磁阀有问题。７、柴油机活塞经常“烧顶”现象。此故障与燃油系统有关的原因是：

（１）喷油嘴滴油严重；

（２）喷油量太大；（３）喷油器铜密封铜垫选择不合适。

８、柴油机起动时经常有“放炮”声。此故障与燃油系统有关的原因是：（１）冷起动预热电磁阀损坏；（２）进气管上火焰加热塞损坏；（３）个别气缸的喷油嘴损坏（不雾化或严重滴油）。以上原因导致大量柴油进入汽缸。当进入汽缸柴油相对较少时，柴油机启动时，就会产生“放炮”现象。如果进入汽缸的柴油相对较多，将导致柴油机启动困难或根本不能启动。

９、柴油机转速不稳。此故障与燃油系统有关的原因是：

（１）燃油油路时而有堵塞或漏气的现象（实例）；

（２）柴油滤芯通过性不好；

（３）喷油泵调速器故障；

（４）喷油泵调速器内机油太多或太少。

10、柴油机燃油消耗量太大。此故障与燃油系统有关的原因是：

（１）喷油泵供油量太大；

（２）喷油嘴雾化不良或滴油；

（３）燃油油路系统有漏油现象。

11、柴油机震动大。此故障与燃油系统有关的原因是：

（１）各缸供油量不均匀，燃烧爆发压力差别太大；

（２）个别喷油嘴严重滴油或“尿尿”，导致该缸产生“爆震”。

综上所述，柴油机的大多数常见故障，都与燃油系统有关。因此，应该加强对燃油系统的保养和维修工作，及时发现并排除燃油系统出现的小故障和问题，这是确保柴油机稳定工作的前提。柴油机电控燃油系统柴油机电控技术的发展柴油机电控系统的开发研究从20世纪70年代开始，经历了三代：第一代：位置控制式保留了传统柴油机供给系统的基本组成和结构，只是取消了机械控制部件（调速器等），增加了传感器、ECU、执行器等组成的控制系统，使控制精度和响应速度得以提高。优点：柴油机的结构几乎不需改动，便于对现有柴油机进行升级换代。缺点：响应慢，控制精度不高，供油压力不能控制。在直列柱塞泵上实施位置控制的有：日本电装公司的ECD-P1、ECD-P2、ECD-P3系统；德国波许公司的EDR系统；美国的PEEC系统等。在分配泵上实施位置控制的有：日本电装公司的ECD-V1系统；德国波许的EDC系统；美国的PCF系统等。第二代：时间控制式基本保留了传统燃油供给系统的组成和结构，通过高速电磁阀直接控制高压燃油的适时喷射。一般情况下，电磁阀关闭，执行喷油；电磁阀打开，喷油结束。因此可实现供油量控制，又可实现供油正时的控制。优点：控制自由度更大，供油加压与供油调节在结构上相互独立，使喷油泵结构得以简化，强度得到提高。高压喷油能力大大加强。缺点：供油压力无法控制。在分配泵上实施时间控制的有：日本电装公司的ECD-V3系统；美国Stanadyne公司的DS型和RS型（DS型已用于GM公司1994年的增压柴油机上，RS型已用于GM公司的客货两用车和越野车）；日本丰田公司的ECD-2系统，等等。电控泵喷嘴系统有：德国博世公司，美国底特律公司，卡特彼勒等等。电控单体泵系统：德国博世公司，美国德尔福公司等第三代：时间-压力式（电控共轨系统）这是国外于20世纪90年代中期研制的一种新型柴油机电控技术。基本改变了传统燃油供给系统的组成和结构，主要以电控共轨（各缸喷油器共用一个高压油管）式喷油系统为特征，直接对喷油器的喷油量、喷油正时、喷油速率和喷油规律、喷油压力等进行时间-压力控制。油压油泵并部直接控制喷油，而仅仅向共轨供油以维持所需的共轨压力，并通过连续调节共轨压力来控制喷射压力。优点：可实现高压喷射（最高达200Mpa），喷射压力独立于发动机转速，可实现理想喷油规律，具有良好的喷射特性。柴油机电控系统工作流程大体如下：传感器检测到的各种信号先送入模/数（A/D）转换器（如果输入是模拟量），然后通过控制器的接口输入。在控制器的存储器中，存有所需要的发动机的调控参数或状态的目标数据。这些目标数据是柴油机的各种不同参数和最优运行结果的综合，一般是通过统计或实测而得到的。当由传感器检测到的发动机的某一实际参数进入单片机控制器后，先于存储器中的相应参数和最优运行结果比较。如果两者相同，则整个柴油机电子控制系统保持原来状态，发动机继续按先前状态运行。反之，当实际参数偏离目标参数时，单片机控制器则会根据该偏离值的大小和极性，按一定的控制策略进行有关的处理。

电控共轨燃油系统共轨喷射系统是柴油机燃油系统的一个发展方向。目前在卡车和轿车柴油机上得到广泛应用，发展速度十分惊人。国外典型共轨喷射系统：德国博世公司共轨系统，美国Delphi共轨系统，日本电装公司的ECD-U2系统美国Caterpiller公司的HEUI系统等等.二、柴油机电控系统的功能燃油喷射控制供（喷）油量控制供（喷）油正时控制供（喷）油速率和供（喷）油规律控制喷油压力控制柴油机低油压保护增压器工作保护怠速控制进气控制增压控制排放控制起动控制巡航控制故障自诊断三、位置控制式特点：供（喷）油量控制用电子调速器取代传统机械离心式调速器。用发动机转速传感器和加速踏板位置传感器代替原有的转速和负荷传感机构（如离心飞块、真空室等）；用ECU控制的电子执行元件来代替机械离心式调速执行机构和加速踏板传动机构。供（喷）油正时控制在原机械式供油提前角自动调节器的基础上，增加电控元件来实现对喷油泵供油正时的控制。1、直列柱塞泵的位置控制传统直列式柱塞泵分泵传统柱塞泵供油量的调节拔叉式齿条齿扇式传统柱塞泵供油正时的调节离心式供油提前角自动调节器联轴器正时传感器供油齿条位置传感器正时控制器供油正时的控制2、转子分配泵的位置控制传统轴向转子分配泵供油量的调节供油正时的调节

发动机转速↑→输油泵输出油压↑→正时活塞左移→提前供油电控转子分配泵线圈滑套位置传感器定子转子轴偏心钢球滑套偏心钢球定子柱塞偏心钢球转子轴ECU控制电磁阀线圈的占空比→线圈的输入电流变化→转子轴转动的电磁力矩变化→偏心钢球绕转子轴中心线左右转动→滑套左右移动→改变柱塞的回油时间→改变供油量通过滑套位置传感器的反馈信号，得到滑套的实际位置，以此进行反馈控制供油正时的控制ECU控制电磁阀的占空比→正时活塞两端的压力差变化→正时活塞左右移动→由滑销带动滚轮架转动→改变供油正时

通过正时传感器的反馈信号，得到实际的供油正时，以此进行反馈控制。正时活塞

弹簧滚轮滑销压力腔正时传感器供油提前角电磁阀ECU输油泵吸油口日本电装公司ECD-V1系统ECU正时控制电磁阀TCV正时活塞位置传感器滑套控制电磁阀滑套位置传感器断油电磁阀转速传感器泵角脉冲发生器（泵角检测齿轮）缺齿齿溢流控制阀高压室泵角检测齿轮ECU泵角传感器柱塞行程对应的喷油量泵角信号溢流控制阀控制信号溢流角缺齿部喷油量控制原理五、电控共轨式燃油喷射系统在高压共轨式燃油喷射系统中，各缸喷油器共用一个高压油轨（即高压油管）。对喷油量的控制采用时间-压力控制或压力控制，用的最多的是时间-压力控制方式。共轨（Common-rail）喷油器燃油压力传感器高压供油泵高速电磁阀日本电装公司ECD-U2高压共轨式喷油系统ECU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高