汽車發(fā)動機構(gòu)造與維修資源(5)《汽車發(fā)動機構(gòu)造與維修》李慶軍

第四章

柴油機燃料供給系

機械工業(yè)出版社

第一節(jié)

柴油機燃料供給系的構(gòu)造及原理柴油機燃料供給系的組成：

柴油機供給系的作用是貯存、濾清柴油，根據(jù)柴油機不同的工況要求，按其工作順序，定時、定量、定壓并以一定的噴油質(zhì)量將柴油噴入燃燒室，并與空氣迅速混合燃燒，再將燃燒后的廢氣排入大氣。

柴油機燃料供給系由燃油供給、空

氣供給、混合氣形成及廢氣排出裝置組

成。如圖4-1所示。圖4-1柴油機供給系的組成示意圖

1-噴油器2-高壓油管3-回油管4-柴油細濾清器5-噴油泵

6-供油提前自動調(diào)節(jié)器7-輸油泵8-柴油粗濾清器9-柴油箱

二、柴油機供給系的工作原理

柴油機在工作過程中，依靠輸油泵的作用不斷地將油箱中的柴油吸出，并經(jīng)柴油濾清器濾去雜質(zhì)后，輸入噴油泵的低壓油腔，通過柱塞和出油閥將燃油壓力提高，經(jīng)高壓油管輸送到噴油器，燃油呈霧狀噴入燃燒室，在燃燒室內(nèi)形成混合氣。由于輸油泵的供油量大于噴油泵所需供油量，過量的柴油便經(jīng)回油管回到濾清器或油箱。

從柴油箱至噴油泵入口處這段油路中的油壓是由輸油泵建立的，一般為0.15～0.3MPa，故這段油路稱為低壓油路。從噴油泵到噴油器這段油路中的油壓是由噴油泵的柱塞和出油閥建立的，一般在10MPa以上，故稱此段油路為高壓油路。

在柴油機燃油供給裝置維修和裝配后，必須將柴油機整個油路中的空氣排除，使柴油充滿噴油泵，為此在輸油泵上裝有手動油泵，以滿足油路中的空氣排除。噴油泵凸輪軸的前端與供油提前器連接，后端與調(diào)速器組成一體，它們分別起噴油定時和噴油量的自動調(diào)節(jié)作用。

第二節(jié)柴油機混合氣的形成和燃燒室

一、可燃混合氣的形成與燃燒

根據(jù)氣缸中壓力和溫度的變化特點，可

將混合氣的形成與燃燒過程按曲軸轉(zhuǎn)角劃分

為四個階段:

1、第一階段為備燃期即噴油始點A至燃

燒始點B之間所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角。

備燃期的長短是影響柴油發(fā)動機工作粗暴程

度的重要因素。

2、第二階段為速燃期即燃燒始點與氣缸內(nèi)產(chǎn)生最大壓力點之間所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角。

3、第三階段為緩燃期即從最高壓力點至最高溫度點為止的曲軸轉(zhuǎn)角。

在此階段，燃氣溫度繼續(xù)升高，但由于氧氣減少，廢氣增加，燃燒條件變差，故燃燒越來越慢。噴油過程一般在緩燃期內(nèi)結(jié)束。

4、第四階段為后燃期在此期間，壓力和溫度均降低。

由于柴油的蒸發(fā)性和流動性較差，且柴油機混合氣形成時間極短，使得柴油難以在燃燒前徹底霧化蒸發(fā)并同空氣均勻混合，即柴油機可燃混合氣的品質(zhì)較差。因此，柴油機采用較大的過量空氣系數(shù)，使噴入氣缸的柴油能夠燃燒得比較完全。

為改善混合氣形成條件，不致出現(xiàn)太長的備燃期，保證柴油機工作柔和，除了選用十六烷值較高的柴油，采用較高的壓縮比（15～22），以提高氣缸內(nèi)空氣溫度，促進柴油蒸發(fā)等，還要求噴油器必須有足夠的壓力，一般在10MPa以上，以利于柴油的霧化。此外，在燃燒室內(nèi)形成強烈的空氣運動，促進柴油與空氣的均勻混合。二、燃燒室的結(jié)構(gòu)

由于柴油機混合氣的形成和燃燒均在燃燒室中進行，所以燃燒室的結(jié)構(gòu)將直接影響混合氣的形成與燃燒。對燃燒室的要求，一是配合噴油形成良好均勻的混合氣，改善燃燒，二是要求燃燒室的結(jié)構(gòu)緊湊，以減小散熱損失，提高熱效率。

柴油機燃燒室的種類較多，通常分為統(tǒng)一式燃燒室和分隔式燃燒室兩大類。

1、統(tǒng)一式燃燒室

統(tǒng)一式燃燒室是由氣缸壁和凹形活塞頂與氣缸蓋底面所包圍的單一內(nèi)腔構(gòu)成，這種燃燒室一般用于多孔噴油器將柴油直接噴射到燃燒室中，借噴射油束的形狀和燃燒室形狀的配合以及燃燒室內(nèi)的空氣渦流運動，迅速形成可燃混合氣，故此種燃燒室又稱為直接噴射式燃燒室。

常見的統(tǒng)一式燃燒室結(jié)構(gòu)型式有ω形燃燒室、球形燃燒室和U形燃燒室，如圖4-2所示。

圖4-2統(tǒng)一式燃燒室結(jié)構(gòu)型式

1-活塞2-活塞環(huán)3-氣缸套4-氣缸蓋

→柴油噴射方向a）ω形燃燒室b）球形燃燒室c）U形燃燒室

目前車用柴油機大都采用ω形燃燒室及其各種改進型。借助氣流運動迅速與空氣混合，另有少量燃油被噴到燃燒室壁面，形成油膜，在燃燒開始后才迅速蒸發(fā)而參加燃燒。

為了更好地提高直噴式燃燒室的燃燒過程，在傳統(tǒng)ω形燃燒室的基礎(chǔ)上，發(fā)展了多種新型燃燒室，新型燃燒有著各自的特點。圖4-3擠流口式燃燒室

（1）擠流口式燃燒室，如圖4-3所示，為降低柴油機噪聲的改善排放而設(shè)計的，主要是縮小了燃燒室凹坑唇口處尺寸來產(chǎn)生強烈的壓縮擠流，從而產(chǎn)生空氣的紊流運動。

其主要優(yōu)點是:

①能防止燃氣從活塞頂上碗形室過早地向燃燒室容積傳播；

②可保持燃燒室壁溫較高，以防止火焰熄滅并能促進油滴蒸發(fā)。

（2）四角ω形燃燒室，如圖4-4所示，利用四角ω形凹坑組織二次擾動（除了進氣渦流外，拐角處又形成小旋渦）來實現(xiàn)燃油和空氣的良好混合，以提高燃燒速度。圖4-4四角ω形燃燒室

1-電熱塞2-噴油嘴

（3）微渦流燃燒室如圖4-5所示，燃燒室由兩部分組成:

上部為四角形，下部分為圓形，兩部分經(jīng)切削加工圓滑過渡。是集中ω形和四角ω形二者的優(yōu)點，同時又有縮口，增加了擠流的影響。圖4-5微渦流燃燒室

（4）花瓣形燃燒室如圖4-6所示，CA6110型柴油機采用該燃燒室，基本結(jié)構(gòu)與ω形燃燒室近似，它利用花瓣形所具有的幾何特點，選擇進氣渦流、噴油系統(tǒng)和燃燒室形狀，將三者良好地匹配，可保證柴油機具有較低的燃油消耗率，啟動性能好，減小噪聲、降低排污以獲得較佳的綜合指標。

圖4-6花瓣形燃燒室

2、分隔式燃燒室

燃燒室由兩部分組成，一部分位于缸壁和活塞頂與缸蓋底面夠成，稱主燃燒室；另一部分在氣缸蓋中，稱副燃燒室。主、副燃燒室之間由一個或多個通道連通。分隔式燃燒室常見的型式有渦流室式和預(yù)燃室式兩種，如圖4-7所示。

圖4-7分隔式燃燒室

1-活塞2-主燃燒室3-通道4-副燃燒室（1）渦流室式燃燒室副燃燒室是球形或圓柱形的渦流室，借與其內(nèi)壁相切的孔道與主燃燒室連通，因此在壓縮行程中，空氣從氣缸被擠入渦流室時形成強烈有規(guī)則的渦流。

渦流室中產(chǎn)生的氣流運動比上述直接噴射燃燒室中的進氣渦流更強，因此可降低對噴霧質(zhì)量的要求，即可采用噴油壓力較低（12～14MPa）的軸針式噴油器。

（2）預(yù)燃室式燃燒室

預(yù)燃室（輔助燃燒室）容積約為燃燒室總?cè)莘e的25%～40%，并用一個或幾個小孔與主燃燒室連通。依靠空氣的紊流運動與空氣初步混合，并有小部分燃油發(fā)火燃燒，大部分未燃燒柴油連同燃氣經(jīng)小孔高速噴入主燃燒室，在主燃燒室內(nèi)產(chǎn)生不規(guī)則的渦流運動，進一步與空氣混合以實現(xiàn)完全燃燒.預(yù)燃室一般用耐熱鋼制造，嵌入氣缸蓋內(nèi)。

由于混合氣先在輔助燃燒室燃燒后主燃燒室再燃燒，發(fā)動機工作柔和，排氣污染小。但分隔式燃燒室散熱損失和節(jié)流損失較大，啟動性和經(jīng)濟性較差，必須用更高的壓縮比而且要在輔助燃燒室中安裝啟動電熱塞。渦流室和預(yù)燃室多用于小型高速柴油機上，缸徑一般在l00mm以下。

三、噴油器的結(jié)構(gòu)與工作原理

噴油器的作用是將噴油泵供給的高壓油以一定的壓力、速度和方向噴入燃燒室，使噴入燃燒室的燃油霧化成細粒分布在燃燒室中，以利于混合氣的形成和燃燒。1、孔式噴油器

（1）孔式噴油器的結(jié)構(gòu)如圖4-8所示，其中最主要的是用優(yōu)質(zhì)合金鋼制成的針閥和針閥體成對精密偶件。針閥下端的圓錐面與針閥體下端的環(huán)形錐面共同起密封作用，如圖4-9所示，用于打開或切斷高壓柴油與燃燒室的通路。

圖4-8柴油機孔式噴油器

1-接頭螺栓2-調(diào)壓螺釘蓋3-調(diào)壓螺釘4-調(diào)壓彈簧5-頂桿

6-螺柱7-噴油器體8-針閥9-針閥體10-噴油嘴緊帽

圖4-9孔式噴油嘴

1-針閥2-針閥體3-高壓油腔4-壓力室

針閥底部還有一環(huán)形錐面位于針閥體的環(huán)形油槽中，該錐面承受燃油壓力推動針閥向上運動。針閥頂部通過頂桿承受調(diào)壓彈簧的預(yù)緊力，使針閥處于關(guān)閉狀態(tài)。該預(yù)緊力決定針閥的開啟壓力或噴油壓力，調(diào)整調(diào)壓螺釘可改變噴油壓力的大小。噴油器工作時從針閥偶件間隙中泄漏的柴油經(jīng)回油管接頭螺栓流回回油管。

2）孔式噴油器的工作原理

柴油機工作時，來自噴油泵的高壓柴油作用在針閥的錐形環(huán)帶上形成向上的軸向推力，使針閥向上移動，針閥下端錐面離開針閥錐形環(huán)帶，打開噴孔，高壓柴油噴入燃燒室。噴油泵停止供油時，高壓油路內(nèi)壓力迅速下降，針閥在調(diào)壓彈簧作用下及時回位，將噴孔關(guān)閉，如圖4-10所示

圖4-10噴油器的工作原理圖

孔式噴油器的特點是噴孔數(shù)目較多，一般為1～8個噴孔；噴孔直徑較小，一般為0.2～0.8mm。噴孔數(shù)目和分布的位置，根據(jù)燃燒室的形狀和要求而定。

軸針式噴油器的工作原理與孔式噴油器相同。其構(gòu)造特點是針閥體下端的密封錐面以下還延伸出一個軸針，其形狀可以是倒錐形和圓柱形，如圖4-11所示。軸針伸出噴孔外，使噴孔成為圓柱狀的狹縫（軸針與孔的徑向間隙一般為0.005～0.25mm）。使噴出的燃油呈空心的錐狀或柱形，如圖4-12所示。

4-11軸針式噴油器

1-針閥2-針閥體3-密封錐面4-軸針圖4-12軸針式噴油器的噴油

軸針式噴油器噴孔直徑一般在1～3mm范圍內(nèi)，噴油壓力為10～14Mpa。噴孔直徑大，加工方便。工作時由于軸針在噴孔內(nèi)往復(fù)運動，能清除噴孔中的積炭和雜物，工作可靠。它適用于渦流室式燃燒室和預(yù)燃室式燃燒室。

四、對多缸機噴油泵的要求

根據(jù)柴油機各種不同工況的要求，定時、定量、定壓的將高壓燃油送至噴油器，然后經(jīng)噴油器噴入燃燒室。第三節(jié)連接器及供油提前調(diào)節(jié)裝置一、連接器

1、連接器的作用

連接器的作用不僅起傳遞動力作用，而且還可以補償安裝時兩軸間同軸度的偏差以及利用兩軸間少量的相對角位移來調(diào)節(jié)噴油泵的供油正時。

噴油泵的驅(qū)動如圖4-13所示，它由曲軸前端的正時齒輪經(jīng)中間傳動齒輪驅(qū)動（空氣壓縮機）噴油泵正時齒輪。正時齒輪上均刻有正時嚙合標記，必須按標記裝配才能保證噴油泵的供油正時。圖4-13噴油泵的驅(qū)動和供油正時

1-噴油泵正時齒輪2-曲軸正時齒輪3-凸輪軸正時齒輪4-飛輪殼

5-調(diào)速器6-托板7-噴油泵8-供油提前角自動調(diào)節(jié)器9-聯(lián)軸節(jié)

噴油泵正時齒輪輸出軸與噴油泵凸輪軸之間用連接器連接。有的噴油泵直接利用其殼體上弧形槽，使泵體相對于噴油泵凸輪軸轉(zhuǎn)動，以調(diào)節(jié)供油正時，省略了連接器。

2、連接器的結(jié)構(gòu)和原理