柴油機(jī)燃料供給系的認(rèn)識(shí)

煙臺(tái)汽車工程職業(yè)學(xué)院車輛運(yùn)用工程系電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)原理與檢修難點(diǎn)柴油機(jī)可燃混合氣的形成與燃燒室重點(diǎn)1、掌握柴油機(jī)燃料供給系的組成和作用2、掌握柴油的種類和特性3、掌握柴油機(jī)可燃混合氣的形成與燃燒室

重點(diǎn)和難點(diǎn)柴油機(jī)燃料供給系的認(rèn)識(shí)柴油機(jī)燃料供給系的認(rèn)識(shí)概述可燃混合氣的形成與燃燒室噴油器噴油泵調(diào)速器柴油機(jī)燃料供給系輔助裝置電控柴油噴射系統(tǒng)渦輪增壓器RudolfDiesel德國工程師魯?shù)婪颉さ胰麪?RudolfDiesel)為了解決內(nèi)燃機(jī)的著火方法，于1892年提出了一種利用壓縮空氣的高溫進(jìn)行點(diǎn)燃的新方案，并獲得專利。1897年狄塞爾發(fā)明了氣缸內(nèi)吸入純空氣后對其進(jìn)行壓縮，并在高溫高壓的空氣中將燃油霧化而進(jìn)行燃燒的壓燃式內(nèi)燃機(jī)——柴油機(jī)。

柴油機(jī)概述第一臺(tái)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)時(shí)的目標(biāo)是等溫燃燒，但實(shí)際結(jié)果卻接近等容燃燒。之后采用高壓噴油泵的噴射方式，使燃燒成為混合燃燒過程。柴油機(jī)以使用廉價(jià)的低級燃料而獲得高的熱效率，其熱效率高達(dá)46％，成為熱效率最高的發(fā)動(dòng)機(jī)，作為汽車以及工程機(jī)械的主要?jiǎng)恿υ吹玫綇V泛地應(yīng)用。概述柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是以柴油作為燃料。

一臺(tái)四行程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)與汽油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)是相同的。

工作循環(huán)：進(jìn)氣行程、壓縮行程、燃燒行程、排氣行程

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)相比較有一個(gè)最大優(yōu)點(diǎn)，就是它的燃油消耗更好小，因?yàn)樗膿p耗少且壓縮比高。

相反，柴油機(jī)也有一些缺點(diǎn)，如在運(yùn)行過程中振動(dòng)大和噪音高。

而且尾氣的有害物質(zhì)的數(shù)量要比汽油發(fā)動(dòng)機(jī)多。1.進(jìn)氣行程在這個(gè)過程中只有空氣進(jìn)入氣缸。2.壓縮行程在這個(gè)過程中，活塞壓縮吸入的空氣，使之升溫到燃燒前溫度點(diǎn)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比要與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的高。壓縮比:汽油發(fā)動(dòng)機(jī)：9-11柴油發(fā)動(dòng)機(jī)：14-23

3.燃燒行程燃油被噴射進(jìn)入燃燒室。燃油因?yàn)榕c高溫的壓縮空氣混合后，并且引發(fā)自燃著火和燃燒。

4.排氣沖程在這個(gè)過程中，活塞推動(dòng)燃燒過的氣體排除氣缸。

柴油機(jī)與汽油機(jī)的不同：1、燃油不同。2、點(diǎn)火方式不同。3、供油方式不同。4、混合氣形成時(shí)間不同。5、所需要的過量空氣系數(shù)不同。柴油機(jī)與汽油機(jī)特征值比較

汽油機(jī)柴油機(jī)壓縮比 6–11：1 21–30：1壓縮壓力bar11–18 30-60壓縮溫度℃400-600 700-900燃燒最高壓力 bar40-60 65-90全負(fù)荷排氣溫度 ℃700-1000 500-600轉(zhuǎn)速（平均值） l/min5000-6000 4000低速扭矩 小 大升功率 kW/l高 低總效率 %15–30 25-40點(diǎn)火方式 外部點(diǎn)火 自燃柴油機(jī)的特點(diǎn)：1、壓縮比高：15-22,壓縮壓力達(dá)3.5-4.5MPa。2、熱效率高：達(dá)到30%-40%。3、燃油消耗低：比汽油機(jī)低30%左右，經(jīng)濟(jì)性好。4、沒有點(diǎn)火系，油路系統(tǒng)機(jī)件精密，故障相對減少，工作可靠性高。5、排放污染物少，但易產(chǎn)生碳煙。6、轉(zhuǎn)速低、質(zhì)量大、制造維修費(fèi)用高。柴油機(jī)燃油供給系概述柴油機(jī)燃料供給系的任務(wù)是根據(jù)柴油機(jī)不同工況的要求，定時(shí)、定壓、定量地把柴油按一定的規(guī)律噴入氣缸，使之與空氣迅速地混合和燃燒，并將燃燒后產(chǎn)生的廢氣排出。目前，柴油機(jī)主要用于長途運(yùn)輸車、中型載貨汽車，尤其是超重型載貨汽車。輕型載貨汽車和轎車也有裝用柴油機(jī)的。柴油機(jī)使用的燃料是柴油。由于柴油粘度大、蒸發(fā)性差，所以工作時(shí)必須采用高壓噴射的方法，在壓縮行程活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，將柴油以霧狀噴入燃燒室，直接在氣缸內(nèi)形成可燃混合氣，并借助氣缸內(nèi)空氣的高溫自行發(fā)火燃燒。由此可見，柴油機(jī)燃料供給系的組成、構(gòu)造及工作原理與汽油機(jī)燃料供給系有很大不同。第一節(jié) 概述

柴油機(jī)供給系同樣要完成柴油供給和空氣供給以及可燃混合氣的形成、燃燒和廢氣的排出任務(wù)。

一、功用二、組成燃油供給裝置：柴油箱、輸油泵、柴油濾清器、噴油泵、噴油器等?？諝夤┙o裝置：空氣濾清器、進(jìn)氣管道、進(jìn)氣道（增壓器及中冷器）。混合氣形成裝置：燃燒室。廢氣排出裝置：排氣管道、消音器。

概述1、柴油機(jī)燃料供給系的組成柴油機(jī)燃料供給系的組成1柴油箱2輸油泵3調(diào)速器4噴油提前調(diào)節(jié)裝置5噴油泵6噴油器7高壓油管8柴油細(xì)濾器9低壓油管燃油濾清器低壓油管高壓油管噴油泵噴油器回油管燃油箱輸油泵油水分離器調(diào)速器限壓閥噴油提前器概述柴油機(jī)供油系統(tǒng)圖概述概述2、柴油柴油和汽油一樣都是石油制品。在石油蒸餾過程中，溫度在200～350℃之間的餾分即為柴油。(1)發(fā)火性指柴油的自燃能力，用十六烷值評定。柴油的十六烷值越高，發(fā)火性越好，柴油越容易自燃。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定輕柴油的十六烷值應(yīng)在40~50之間。(2)蒸發(fā)性指柴油汽化的能力，用柴油餾出某一百分比的溫度范圍即餾程和閃點(diǎn)表示。柴油性能1、使用性能指標(biāo)概述柴油的蒸發(fā)性常由蒸餾試驗(yàn)決定，就是將一定數(shù)量的柴油加熱，分別測定蒸發(fā)出50%、90%、95%餾分時(shí)的溫度，并分別定名為50%餾出溫度、90%餾出溫度和95%餾出溫度。50％餾出溫度即柴油餾出50％的溫度，此溫度越低，柴油的蒸發(fā)性越好。越有利于可燃混合氣的形成與燃燒、越用利于起動(dòng)，但同時(shí)也會(huì)使柴油機(jī)工作粗暴。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定此溫度不得高于300℃，但沒有規(guī)定最低溫度。90%和95%餾出溫度越低，可燃混合氣燃燒越完全，油耗越低。為了控制柴油的蒸發(fā)性不致過強(qiáng)，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了閃點(diǎn)的最低數(shù)值。柴油的閃點(diǎn)指在一定的試驗(yàn)條件下，當(dāng)柴油蒸氣與周圍空氣形成混合氣接近火焰時(shí)，開始出現(xiàn)閃火的溫度。閃點(diǎn)低，柴油蒸發(fā)性好。(3)低溫流動(dòng)性用柴油的凝點(diǎn)和冷濾點(diǎn)評定低溫流動(dòng)性。凝點(diǎn)是指柴油失去流動(dòng)性開始凝固時(shí)的溫度，而冷濾點(diǎn)則是指在特定的試驗(yàn)條件下，在1min內(nèi)柴油開始不能流過過濾器20mL時(shí)的最高溫度。一般柴油的冷濾點(diǎn)比其凝點(diǎn)高4～6℃。概述(4)黏度是評定柴油稀稠度的一項(xiàng)指標(biāo)，與柴油的流動(dòng)性有關(guān)。粘度隨溫度而變化，當(dāng)溫度升高時(shí)，黏度減小，流動(dòng)性增強(qiáng)；反之，當(dāng)溫度降低時(shí)，黏度增大，流動(dòng)性減弱。粘度過大---流動(dòng)阻力過大，難以沉淀、濾清、影響噴霧質(zhì)量；粘度過小---增加精密偶件工作表面間的柴油漏失量，加劇這些表面的磨損

(5)凝點(diǎn)柴油的凝點(diǎn)（凝固點(diǎn)）是指柴油冷卻到開始失去流動(dòng)性的溫度。柴油的凝點(diǎn)應(yīng)比工作環(huán)境的最低溫度低3~5°。否則，柴油的凝點(diǎn)過高會(huì)堵塞油路。柴油的發(fā)火性、蒸發(fā)性、低溫流動(dòng)性、黏度和凝點(diǎn)等性能對柴油機(jī)正常工作有很大影響。概述柴油分為輕柴油和重柴油。輕柴油用于高速柴油機(jī)，重柴油用于中、低速柴油機(jī)。汽車柴油機(jī)均為高速柴油機(jī)，所以使用輕柴油。柴油的牌號(hào)數(shù)與柴油的凝點(diǎn)有關(guān)。國產(chǎn)柴油分為輕柴油和重柴油。GB252-2000《輕柴油》中，把柴油按照凝點(diǎn)分為10號(hào)、5號(hào)、0號(hào)、-10號(hào)、-20號(hào)、-35號(hào)和-50號(hào)共7種牌號(hào)。數(shù)字表示凝點(diǎn)的溫度，如–10號(hào)柴油的凝點(diǎn)是零下10度，10號(hào)柴油的凝點(diǎn)則是零上10度。選擇柴油時(shí)，應(yīng)按照本地當(dāng)月風(fēng)險(xiǎn)率為10%的最低氣溫選用輕柴油牌號(hào)。2、分類3、牌號(hào)概述輕柴油牌號(hào)的選擇輕柴油牌號(hào)適用于風(fēng)險(xiǎn)率為10%的最低氣溫在下列范圍內(nèi)的地區(qū)10號(hào)適用于裝有預(yù)熱設(shè)備的高速柴油機(jī)5號(hào)8°以上0號(hào)4°以上-10號(hào)-5°以上-20號(hào)-5~-14°-35號(hào)-14°~-29°-50號(hào)-29°~-44°可燃混合氣的形成與燃燒室1、可燃混合氣形成的特點(diǎn)與過程柴油機(jī)可燃混合氣的形成和燃燒條件與汽油機(jī)有很大的不同。柴油蒸發(fā)性和流動(dòng)性都比汽油差，不能在汽缸外部形成混合氣。燃料與空氣的混合是在氣缸內(nèi)進(jìn)行的。柴油機(jī)工作時(shí)，進(jìn)氣行程進(jìn)入氣缸的是純空氣，只是在壓縮行程接近終了時(shí)，才將高壓柴油噴入燃燒室。受熱、蒸發(fā)、擴(kuò)散，與空氣混合。柴油粘度大，不易揮發(fā)，必須用高壓以霧狀噴入噴油持續(xù)時(shí)間只占15°~35°曲軸轉(zhuǎn)角，。可燃混合氣形成的時(shí)間很短，形成的可燃混合氣很不均勻，在燃燒室的不同區(qū)域以及不同時(shí)期，可燃混合氣的濃度相差都很大?？扇蓟旌蠚獾男纬珊腿紵^程是同時(shí)、連續(xù)重疊進(jìn)行的，即邊噴射、邊混合、邊燃燒（擴(kuò)散燃燒）。根據(jù)氣缸中壓力和溫度的變化特點(diǎn)，可將混合氣的形成與燃燒過程按曲軸轉(zhuǎn)角分為四個(gè)階段，即備燃期、速燃期、緩燃期和后燃期。噴油提前角：是指從噴油器噴油開始，到活塞運(yùn)行至上始點(diǎn)時(shí)曲軸轉(zhuǎn)過的角度。柴油噴入汽缸后，要經(jīng)過一定時(shí)間的物理化學(xué)過程后才能著火燃燒。要在上止點(diǎn)附近著火，就要在上止點(diǎn)之前噴油。氣缸內(nèi)柴油著火前的物理化學(xué)過程準(zhǔn)備時(shí)間基本不變，但轉(zhuǎn)速越高，同樣時(shí)間所占曲軸轉(zhuǎn)角就越大。所以，噴油提前角應(yīng)隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增高而加大。A噴油始點(diǎn)B燃燒始點(diǎn)可燃混合氣的形成與燃燒室(1)備燃期指噴油始點(diǎn)到燃燒始點(diǎn)之間的曲軸轉(zhuǎn)角?；钊_(dá)到上止點(diǎn)前某一個(gè)角度，燃料開始噴入燃燒室，此時(shí)由于燃料溫度低（約60℃左右），又來不及與熱空氣混合反應(yīng)，因此不能立即著火燃燒。從噴油開始→開始著火燃燒為止

噴入氣缸中的霧狀柴油并不能馬上著火燃燒，氣缸中的氣體溫度，雖然已高于柴油的自燃點(diǎn)，但柴油的溫度不能馬上升高到自燃點(diǎn)，要經(jīng)過一段物理和化學(xué)的準(zhǔn)備過程。也就是說，柴油在高溫空氣的影響下，吸收熱量，溫度升高，逐層蒸發(fā)而形成油氣，向四周擴(kuò)散并與空氣均勻混合（物理變化）。隨著柴油溫度升高，少量的柴油分子首先分解，并與空氣中的氧分子進(jìn)行化學(xué)反映，具備著火條件而著火，形成了火源中心，為燃燒作好了準(zhǔn)備。這一時(shí)期很短，一般僅為0.0007～0.003秒。備燃期內(nèi)，由于化學(xué)反應(yīng)速度比較慢，放熱量不多，以致氣缸內(nèi)壓力和溫度的變化很小。氣缸內(nèi)壓力與曲軸轉(zhuǎn)角關(guān)系后燃期Ⅳ緩燃期Ⅲ速燃期Ⅱ備燃期Ⅰ可燃混合氣的形成與燃燒室(2)速燃期從燃燒始點(diǎn)到氣缸內(nèi)壓力達(dá)到最高點(diǎn)之間的曲軸轉(zhuǎn)角。從燃燒開始→氣缸內(nèi)出現(xiàn)

時(shí)為止速燃期的特點(diǎn)是：火源迅速形成，由于備燃期所積存起來的燃料和速燃期正在噴入的燃料同時(shí)進(jìn)行燃燒，使燃燒速度迅速加快，在這一階段由于噴入的柴油幾乎同時(shí)著火燃燒，而且是在活塞接近上止點(diǎn)，氣缸工作容積很小的情況下進(jìn)行燃燒的，因此，氣缸內(nèi)溫度和壓力急劇上升，最高壓力可達(dá)6~9MPa。對于高速柴油機(jī)，最高壓力點(diǎn)一般出現(xiàn)在上止點(diǎn)后6°～15°曲軸轉(zhuǎn)角處。這一時(shí)期的放熱量為每循環(huán)放熱量的30%左右。氣缸內(nèi)壓力與曲軸轉(zhuǎn)角關(guān)系后燃期Ⅳ緩燃期Ⅲ速燃期Ⅱ備燃期Ⅰ可燃混合氣的形成與燃燒室(3)緩燃期從出現(xiàn)

→出現(xiàn)

為止緩燃期是從最高壓力點(diǎn)到最高溫度點(diǎn)的之間的曲軸轉(zhuǎn)角。緩燃期的特點(diǎn)是：開始階段燃燒仍以很快的速度進(jìn)行，氣體溫度仍在升高，達(dá)到最高溫度點(diǎn)時(shí)氣體溫度最高（約1700～2000℃），最高溫度點(diǎn)一般在上止點(diǎn)后20°～50°（曲軸轉(zhuǎn)角）出現(xiàn)。緩燃期后期，由于廢氣增多，氧氣和燃料的濃度下降，燃燒越來越慢，有些燃料由于燃燒不完全，產(chǎn)生碳煙隨廢氣排出，影響燃料的經(jīng)濟(jì)性。噴油是在達(dá)到最高溫度點(diǎn)之前結(jié)束的。整個(gè)緩燃期內(nèi)，氣體壓力逐漸下降。緩燃期內(nèi)的放熱量為每循環(huán)放熱量的70%左右。氣缸內(nèi)壓力與曲軸轉(zhuǎn)角關(guān)系后燃期Ⅳ緩燃期Ⅲ速燃期Ⅱ備燃期Ⅰ可燃混合氣的形成與燃燒室(4)后燃期從最高溫度點(diǎn)到柴油基本完全燃燒的點(diǎn)之間的曲軸轉(zhuǎn)角。緩燃期以后的燃燒

這一時(shí)期，雖然不噴油，但仍有一少部分柴油沒有燃燒完，隨著活塞下行繼續(xù)燃燒。后燃期沒有明顯的界限，有時(shí)甚至延長到排氣沖程還在燃燒。后燃期放出的熱量不能充分利用來作功，很大一部分熱量將通過缸壁散至冷卻水中，或隨廢氣排出，使發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，排氣溫度升高，造成發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性下降，經(jīng)濟(jì)性下降。因此，要盡可能地縮短后燃期。改善混合氣的形成條件，選擇合適的噴油規(guī)律，提高噴霧質(zhì)量，使燃料與空氣充分混合，是縮短后燃期的有效措施。氣缸內(nèi)壓力與曲軸轉(zhuǎn)角關(guān)系后燃期Ⅳ緩燃期Ⅲ速燃期Ⅱ備燃期Ⅰ四、采取的措施1、組織空氣在氣缸內(nèi)流動(dòng)，形成適當(dāng)?shù)目諝鉁u流：進(jìn)氣渦流：進(jìn)氣道形狀擠壓渦流：活塞頂部形狀燃燒渦流：燃燒室形狀螺旋型進(jìn)氣道切口形進(jìn)氣道預(yù)燃燃燒室渦流燃燒室直噴式燃燒室分隔式燃燒室燃燒室ω型球型可燃混合氣的形成與燃燒室2燃燒室柴油機(jī)的混合氣形成和燃燒主要是在燃燒室內(nèi)進(jìn)行的，燃燒室的形狀對可燃混合氣的形成和燃燒有著直接的影響。目前汽車柴油機(jī)上采用的燃燒室結(jié)構(gòu)基本有兩大類：統(tǒng)一式燃燒室和分隔式燃燒室。(1)統(tǒng)一式燃燒室采用統(tǒng)一式燃燒室時(shí)，噴油器直接向燃燒室內(nèi)噴射柴油，借助油束形狀與燃燒室形狀的合理匹配以及空氣的渦流運(yùn)動(dòng)，迅速形成可燃混合氣。亦稱為直接噴射式燃燒室。統(tǒng)一式燃燒室由氣缸蓋的平面和活塞頂內(nèi)的凹坑及汽缸壁組成，凹坑的形狀多采用ω形和球形?？扇蓟旌蠚獾男纬膳c燃燒室統(tǒng)一式燃燒室(a)ω形(b)球形1—燃燒室；2—噴油器；3—?dú)忾T；4—活塞；5—汽缸體可燃混合氣的形成與燃燒室(a)ω形燃燒室活塞頂部凹坑的縱剖面為ω形，噴入的柴油絕大部分分布在燃燒室的空間?；旌蠚獾男纬梢钥臻g霧化混合為主。為促進(jìn)混合氣的形成并改善燃燒狀況，通常采用切向進(jìn)氣道或螺旋進(jìn)氣道，以形成進(jìn)氣渦流，并采用噴油壓力較高的孔式噴油器。產(chǎn)生渦流的進(jìn)氣道

(a)切向(b)螺旋可燃混合氣的形成與燃燒室(b)球形燃燒室燃燒室位于活塞頂部中央，形狀為球形。與噴油器相對于的位置開有缺口與球面相切，柴油從這里順氣流方向噴射到燃燒室壁面上形成油膜?；旌蠚獾男纬煞绞揭杂湍ふ舭l(fā)混合為主。為改善混合氣的形成和燃燒，宜采用強(qiáng)渦流螺旋進(jìn)氣道，并采用噴油壓力較高的孔式噴油器。采用該方案的發(fā)動(dòng)機(jī)工作平穩(wěn)、柔和，燃燒徹底，但是存在起動(dòng)性能較差，低速、低負(fù)荷工作時(shí)可燃混合氣質(zhì)量差，排煙較重以及工況的適應(yīng)性差等一系列缺點(diǎn)，使其應(yīng)用受到很大限制。可燃混合氣的形成與燃燒室(2)分隔式燃燒室分隔式燃燒室是把燃燒室分成兩部分，即主燃燒室和副燃燒室。主燃燒室位于活塞頂與汽缸蓋底面之間，副燃燒室位于汽缸蓋內(nèi)，主、副燃燒室之間用一個(gè)或幾個(gè)直徑較小的通道相連。分隔式燃燒室又分為渦流室式燃燒室和預(yù)燃室式燃燒室兩種。分割式燃燒室

(a)渦流室式(b)預(yù)燃室式可燃混合氣的形成與燃燒室(a)渦流室式燃燒室作為副燃燒室的渦流室多為球形，也有圓柱形，渦流室與主燃燒室用一個(gè)或多個(gè)通道連通。通道方向與活塞頂成一定角度并與渦流室相切。渦流室占燃燒室總?cè)莘e50%—80%，轉(zhuǎn)速越高，壓縮渦流越強(qiáng)，混合氣形成越快——適用于高速柴油機(jī)。電熱塞渦流室通道主燃室噴油器(b)預(yù)燃室式燃燒室作為副燃燒室的預(yù)燃室多為長體結(jié)構(gòu)，預(yù)燃室與主燃燒室的通道面積較小，且不與預(yù)燃室相切。預(yù)熱式燃燒室先在預(yù)熱室內(nèi)燒去少量燃油，利用燃燒產(chǎn)生的高壓將燃油噴入主燃室，大部分燃料在主燃室與空氣混合燃燒。主燃室通道預(yù)燃室噴油器低壓回路：