柴油機供給系統(tǒng)

第五章柴油機供給系統(tǒng) 主要內容 概述噴油器柱塞式噴油泵分配式噴油泵調速器輔助裝置電控柴油噴射系統(tǒng)進 排氣系統(tǒng)及排氣凈化裝置 第一節(jié)概述 柴油及其使用性能柴油機混合氣形成特點柴油機供給系統(tǒng)的功用與組成 一 柴油及其使用性能 概述石油制品 蒸餾溫度200 350 輕柴油 重柴油 車用柴油機使用輕柴油輕柴油的牌號和規(guī)格柴油分成三個質量等級 優(yōu)級品 一等品和合格品 每一等級又按凝點分為六個牌號 10 0 10 20 35 50 柴油的使用性能 發(fā)火性 自燃能力 用十六烷值評定 十六烷值大 發(fā)火性好 容易自然 蒸發(fā)性 蒸發(fā)汽化的能力 餾程 餾出某一百分比的溫度范圍 閃點餾程 50 300 餾出溫度 溫度越低越好 閃點 一定試驗條件下 當柴油蒸氣與周圍空氣形成的混合氣接近火焰時 開始出現(xiàn)閃火的溫度 閃點低 蒸發(fā)性好 柴油的使用性能 低溫流動性 用凝點和冷濾點評定 凝點 柴油失去流動性 開始凝固時的溫度 冷濾點 在特定試驗條件下 在一分鐘內柴油開始不能流過過濾器20mL時的最高溫度粘度 稀稠度指標 與流動性有關 隨溫度變化 其他特性 安定性 防腐性 清潔性輕柴油的選擇 按照當?shù)禺斣嘛L險率為10 的最低氣溫選用 二 柴油機混合氣形成特點 柴油蒸發(fā)性和流動性都比汽油差 不能在氣缸外部形成混合氣 燃料與空氣的混合是在氣缸內進行的 接近壓縮行程終點時 把柴油噴入氣缸 受熱 蒸發(fā) 擴散 與空氣混合 可燃混合氣形成和燃燒過程是同時 連續(xù)重疊進行 邊噴射 邊混合 邊燃燒混合氣形成的時間很短 15 35 的曲軸轉角 燃燒室各處混合氣成分不均勻 且隨時間變化 柴油粘度大 不易揮發(fā) 必須以霧狀噴入 柴油機混合氣形成特點 為改善混合氣 提高經濟性 動力性等要求 必須要有足夠的空氣和柴油混合 a 1進氣道 燃燒室 燃油系統(tǒng)要相互匹配 不同形式的燃燒室對噴油始點 噴油持續(xù)角 噴油壓力 噴油規(guī)律 霧化質量及在燃燒室內的分布等都有要求燃燒室 直噴式和分隔式 直噴式燃燒室 燃燒室的容積集中于氣缸之中 且其大部分集中于活塞頂上的燃燒室凹坑內 分隔式燃燒室 分隔式燃燒室的容積則一分為二 一部分位于氣缸蓋中 一部分在氣缸內 在氣缸內的那部分稱主燃燒室 位于氣缸蓋中的那部分稱副燃燒室 之間用通道連通 柴油機燃燒室 直噴式 型 直噴式 球型 柴油機燃燒室 分隔式 渦流室 柴油機燃燒室 分隔式 預燃室 柴油機燃燒室 三 柴油機供給系統(tǒng)的功用與組成 在適當時刻 將增壓的 潔凈的 適量的柴油以適當?shù)囊?guī)律噴入氣缸 噴油正時和噴油量與發(fā)動機工況適應 噴油壓力 噴注霧化質量及其在燃燒室的分布與燃燒室類型適應 一個工作循環(huán)內 各缸均噴油一次 噴油次序與氣缸工作順序一致 根據負荷變化自動調節(jié)循環(huán)噴油量 保證發(fā)動機穩(wěn)定運轉 穩(wěn)定怠速 限制超速 儲存一定數(shù)量燃油 保證汽車的最大續(xù)駛里程 柴油機供給系統(tǒng)的組成 低壓供油系統(tǒng)將過濾后的清潔燃油輸入噴油泵的低壓油腔 并將多供柴油和噴油器泄漏的柴油送回油箱 輔助裝置 油箱 低壓油管 柴油濾清器 輸油泵高壓噴射系統(tǒng)將輸入的低壓油加壓到超過噴油器開啟壓力 以霧狀噴入氣缸 噴油泵 高壓油管 噴油器自動調節(jié)系統(tǒng)噴油提前器 轉速變化時自動調整噴油正時 調速器 根據柴油機負荷的變化 自動增減噴油泵供油量 使轉速保持穩(wěn)定 柴油機供給系統(tǒng)的組成 柱塞式噴油泵 分配式噴油泵 汽油機與柴油機的差異 1 燃料特性主要區(qū)別 2 混合氣形成 燃燒及負荷調節(jié)方式的差異 3 性能的基本差別 4 結構及使用上的主要差異 汽油機與柴油機的差異 汽油粘性小 易揮發(fā) 不易自燃 易點燃柴油粘度較大 不易揮發(fā) 易自燃 傳統(tǒng)汽油機與柴油機在混合氣形成 燃燒及負荷調節(jié)方式上的差異 1 汽油機缸外預制均勻混合氣 火花塞點燃燃燒 靠節(jié)氣門 油門 開度變化調節(jié)混合氣進氣量 實現(xiàn)負荷 量調節(jié) 2 柴油機充入純空氣 壓縮終了高壓噴霧著火 進行擴散燃燒 靠調節(jié)循環(huán)噴油量進行負荷 質調節(jié) 傳統(tǒng)汽油機與柴油機性能的基本差別 1 燃油經濟性2 動力性3 有害排放量4 噪音與舒適性5 其他性能 柴油機壓縮比高于汽油機 汽油機 7 10 柴油機 14 23 柴油機標定工況最低油耗普遍比汽油機低15 30 汽油機負荷 量調節(jié) 柴油車比汽油車的使用油耗普遍低25 45 傳統(tǒng)汽油機與柴油機性能的基本差別 1 燃油經濟性2 動力性3 有害排放量4 噪音與舒適性5 其他性能 汽油機油氣混合均勻 空氣利用完全 汽油機燃燒壓力低 機件重量輕 標定工作轉速高于柴油機 導致汽油機比功率 kW kg 優(yōu)于柴油機 但低速轉矩不如柴油機 汽油機HC CO排放大大高于柴油機 柴油機煙度 微粒排放大大高于汽油機 NOx排放屬于同一量級 汽油機略高 1 燃油經濟性2 動力性3 有害排放量4 噪聲與舒適性5 其他性能 柴油機最高燃燒壓力pmax和最高壓力升高率高于汽油機 噪聲大 工作較粗暴 怠速及起動噪音強 柴油機運動機件質量大 振動大 舒適性差 柴油機壽命長 易維修 柴油比汽油安全 柴油機起動性比汽油機差 汽油機的循環(huán)及各缸均勻性比柴油機差 傳統(tǒng)汽油機與柴油機性能的基本差別 傳統(tǒng)汽油機與柴油機性能的基本差別 1 汽油機只適用于中小型內燃機 2 汽油機供油系統(tǒng)為化油器或缸外低壓燃油噴射 噴壓一般小于0 2 0 4MPa 柴油機采用高壓燃油噴射系統(tǒng) 最高噴壓可大于100MPa 3 汽油機增設點火系統(tǒng) 柴油機增設調速系統(tǒng) 4 柴油機已普遍采用增壓裝置 第二節(jié)噴油器 功用將噴油泵供給的高壓柴油以霧狀噴入燃燒室要求油束有一定的貫穿距離和噴霧錐角 其形狀和方向與燃燒室適應 霧化質量好 噴射干脆利落 噴射結束后無滴漏現(xiàn)象 閉式噴油器 廣泛采用組成 主要由噴油器體 調壓裝置 噴油嘴 針閥 針閥體偶件 分類 孔式和軸針式兩種 孔式噴油器用于直噴式燃燒室 噴孔數(shù) 1 7孔徑 0 2 0 5mm 見課件 孔式噴油器工作過程 噴油 停油 孔式噴油器 特點 噴孔的位置和方向與燃燒室形狀相適應 以保證油霧直接噴射在球形燃燒室壁上 噴射壓力較高 噴油頭細長 噴孔小 加工精度高 軸針式噴油器 工作原理與孔式相同用于分隔式燃燒室 噴孔數(shù) 1孔徑 1 3mm分為普通型 節(jié)流型 分流型 不噴油時針閥關閉噴孔 使高壓油腔與燃燒室隔開 燃燒氣體不致沖入油腔內引起積炭堵塞噴孔直徑較大 便于加工且不易堵塞針閥在油壓達到一定壓力時開啟 供油停止時 又在彈簧作用下立即關閉 因此 噴油開始和停止都干脆利落 沒有滴油現(xiàn)象 軸針式噴油器特點 第三節(jié)柱塞式噴油泵 噴油泵功用按照柴油機的運行工況和氣缸工作順序 以一定規(guī)律適時 定量地向噴油器輸送高壓燃油噴油泵是柴油供給系中最重要的零件 它的性能和質量對柴油機影響極大 被稱為柴油機的 心臟 多缸車用柴油機的噴油泵應滿足要求 各缸供油量相等 隨工況變化而變化 需供油量調節(jié)結構各缸供油提前角相等 隨工況變化而變化 需噴油提前器各缸供油持續(xù)角一致迅速停止供油 以防止噴油器發(fā)生滴漏現(xiàn)象 柱塞式噴油泵系列 由于柴油機單缸功率變化范圍大 噴油泵制造廠都是以幾種不同的柱塞行程作為基礎 將噴油泵分為不同型號 然后再配以不同尺寸的柱塞偶件 我國系列A B系列 基本結構相同 直列柱塞式噴油泵傳統(tǒng)結構P系列 采用不開側窗口的箱式封閉泵體 使噴油泵結構得到強化 A型噴油泵的結構與工作原理 A型噴油泵結構泵油機構供油量調節(jié)機構驅動機構噴油泵體 1 泵油機構 泵油機構數(shù)目與發(fā)動機缸數(shù)相等 一個氣缸一個泵油機構 各缸泵油機構尺寸一樣 組成 柱塞偶件 柱塞彈簧 出油閥偶件 出油閥彈簧 出油閥壓緊座等兩套精密偶件柱塞 柱塞套出油閥 出油閥座 泵油機構 兩套精密偶件 柱塞 柱塞套配對研磨后不能互換 高精度 光潔度 耐磨性好 間隙0 0015 0 0025mm頭部圓柱面上切有斜槽 徑向孔 軸向孔與頂部相通 目的是改變循環(huán)供油量 柱塞套上有進回油孔 與低壓油腔相通柱塞頭部斜槽的位置不同 供油量也不同 出油閥 出油閥座 配對研磨后不能互換 配合間隙為0 01mm 出油閥是單向閥在彈簧作用下 閥上部圓錐面與閥座嚴密配合 在停供時 將高壓油管與柱塞上端空腔隔絕 防止高壓油管內的油倒流入噴油泵內 出油閥下部呈十字斷面 導向 通柴油 減壓環(huán)帶 出油閥錐面下有一個小的圓柱面在供油終了時 使上方容積很快增大 高壓油管內的油壓迅速下降 停噴迅速 避免噴孔處產生滴油現(xiàn)象 2 供油量調節(jié)機構 功用 根據柴油機負荷和轉速的變化相應改變噴油泵的供油量 由駕駛員直接操縱或者由調速器自動控制 結構 采用齒桿式油量調節(jié)機構 調節(jié)齒桿 調節(jié)齒圈工作可靠 傳動平穩(wěn) 成本較高 3 驅動機構 噴油泵凸輪軸是曲軸通過齒輪驅動的 曲軸轉兩圈 各缸噴油一次 凸輪軸只需轉一圈就噴油一次 二者速比為2 1 4 噴油泵體 基礎零件 泵油機構 供油量調節(jié)機構和驅動機構等安裝在噴油泵體上 承受較大的作用力應有足夠的強度 剛度和良好的密封性便于拆裝 調整和維修 A型噴油泵的工作原理 運動過程泵油原理供油量的調節(jié)供油定時的調節(jié) 泵油原理 進油過程柱塞下行 上方泵腔容積增大 產生真空度 露出進油孔后 將油吸入供油過程柱塞上行 關閉進油孔后 泵腔油壓驟然升高 沖開出油閥后 流向高壓油管回油過程柱塞繼續(xù)上行 回油孔開啟后 泵腔高壓油經回油孔流回低壓油腔 出油閥關閉 供油結束 泵油原理 總結 柱塞行程 柱塞從下止點到上止點的距離 也即凸輪的最大升程 柱塞有效行程 柱塞頂面封閉柱塞套油孔 旋轉槽打開柱塞套油孔的行程 有效行程越大 供油時間越長 供油量多 柱塞往復運動總行程L是不變的 由凸輪的升程決定 轉動柱塞 改變有效行程 可改變供油量 供油量的調節(jié) 調節(jié)齒桿拉動柱塞使其轉動 通過改變柱塞的有效行程來完成 多缸機還要注意各缸供油均勻性的調整 供油定時的調節(jié) 供油定時 指噴油泵對柴油機有正確的供油時刻 而供油時刻用供油提前角表示供油提前角 從柱塞頂面封閉柱塞套油孔起到活塞上止點為止 曲軸所轉過的角度調節(jié)方法 改變供油定時調整螺釘伸出挺柱體外的高度 挺柱體高度增加 柱塞升高 油孔提前關閉 供油提前 P型噴油泵結構特點 1 采用不開側窗口的箱形封閉式噴油泵體 適應柴油機向大功率 高轉速強化的需要 2 采用吊掛式柱塞套3 鋼球式油量調節(jié)機構4 壓力潤滑5 利用在柱塞套凸緣下面增減墊片調節(jié)各缸供油提前角 利用轉動柱塞套調勻各缸供油量 噴油提前器 噴油提前器 供油提前角自動調節(jié)裝置噴油提前角過大過小均使柴油機的動力性和經濟性惡化 最佳噴油提前角在轉速和供油量一定的條件下 能獲得最大功率及最小燃油消耗率的噴油提前角 任何一臺柴油仉 最佳噴油提前角都不是常數(shù) 隨供油量和曲軸轉速變化 供油量愈大 轉速愈高 則最佳噴油提前角也愈大噴油提前角實際上是由供油提前角保證的 調節(jié)整個噴油泵供油提前角的方法是改變發(fā)動機曲軸與噴油泵凸輪軸的相對角位置為滿足最佳噴油提前角隨轉速升高而增大的要求 原理 若轉速升高 則飛錘的離心力Ff克服彈簧力使飛錘向外張開 當飛錘的圓弧面沿傳動銷由內向外滑動時 便帶動從動盤相對主動盤順噴油泵旋轉方向轉過一定角度 從而使噴油提前 只響應轉速的變化 第四節(jié)分配式噴油泵 分類轉子式分配泵 也稱徑向壓縮式分配泵單柱塞式分配泵 也稱軸向壓縮式分配泵特點結構簡單 零件少 體積小 重量輕 使用中故障少 容易維修精密偶件加工精度高 供油均勻性好 不需要進行各缸供油量和供油定時的調節(jié)運動件靠噴油泵體內的柴油進行潤滑冷卻 對柴油清潔度要求高凸輪的升程小 有利于提高柴油機轉速基本工作過程 見教材 VE型分配泵 VE型分配泵的工作過程 第五節(jié)調速器 為什么要安裝調速器發(fā)動機負荷變化 導致發(fā)動機轉速變化 負荷減小 轉速升高 導致柱塞泵循環(huán)供油量增加 又導致轉速進一步升高 不斷地惡性循環(huán) 造成發(fā)動機轉速越來越高 最后飛車 負荷增大 轉速降低 導致柱塞泵循環(huán)供油量減少 又導致轉速進一步降低 如此循環(huán) 造成發(fā)動機轉速越來越低 最后熄火 結論 改變惡性循環(huán) 需要能根據負荷的變化 自動調節(jié)供油量的裝置 使發(fā)動機在規(guī)定的轉速范圍內穩(wěn)定運轉 功用調速器是自動調節(jié)裝置 它根據發(fā)動機負荷變化而自動調節(jié)供油量 保證發(fā)動機能夠以穩(wěn)定的轉速運行 類型 工作原理不同 機械式 氣動式 液壓式 電子式等機械式調速器廣泛應用 結構比較簡單 工作可靠 性能良好 作用的轉速范圍不同 兩極式調速器 兩速調速器 全程式調速器 全速調速器 兩極式調速器 適用于一般條件下使用的汽車柴油機 它只能自動穩(wěn)定和限制柴油機最低與最高轉速 而在所有中間轉速范圍內則由駕駛員控制 德國Bosch公司生產的RQ型調速器是典型的兩速調速器 與A B P型直列柱塞式噴油泵配套 RQ型調速器結構 RQ型兩極調速器適用于一般條件下使用的汽車柴油機 發(fā)動機轉速在怠速和最高轉速之間時 調速器不起作用 駕駛員通過油門踏板直接控制轉速 結構 感應部件 飛錘 塊 傳動部件 角型杠桿 油量控制拉桿 調速套筒附加裝置 停車調速手柄置于停車檔上 控制拉桿在停油位置 柴油機停車 飛錘在彈簧作用下靠在軸套上 RQ型調速器基本工作原理 RQ型調速器基本工作原理 起動提供比全負荷更多的油量 以利冷起動 控制杠桿起作用 RQ型調速器基本工作原理 怠速控制杠桿作用轉速的改變調節(jié) 怠速彈簧起作用 怠速彈簧力與飛塊離心力平衡 飛塊未與高速彈簧內座接觸 中速飛塊離心力克服怠速彈簧力后 抵住高速彈簧內座 但離心力還不足以克服高速彈簧預緊力 調速器不起作用 RQ型調速器基本工作原理 最高轉速飛塊離心力大于怠速彈簧力和高速彈簧預緊力之和 三彈簧力與離心力平衡 調速器起作用 RQ型調速器基本工作原理 附加裝置 1 怠速穩(wěn)定彈簧 安裝位置剛好與供油量調節(jié)齒桿相對 它對調節(jié)齒桿的移動起限位和緩沖作用 有了怠速穩(wěn)定彈簧 怠速更加穩(wěn)定 2 轉矩平穩(wěn)裝置 安裝在滑動銷內 緩沖高速時噴油泵供油量調節(jié)齒桿的振動 借以消除柴油機轉矩的波動 轉速升高 飛錘離心力超過調速彈簧作用力時 飛錘開始向外移動 調節(jié)齒桿在轉矩平穩(wěn)裝置中的彈簧緩沖后 才開始移動 減緩了其頻繁移動或振動 使柴油機輸出的轉矩趨于平穩(wěn) 3 轉矩校正裝置 矯正彈簧功用 校正噴油泵供油量隨轉速變化的特性 使供油量與空氣量相匹配 轉矩校正有正校正與負校正兩種 供油量隨轉速下降而增加的校正為正校正 供油量隨轉速下降而減少的為負校正 前