柴油機燃油系統(tǒng)分析論文

1、柴油機燃油系統(tǒng)的分析概述 柴油機是一種壓縮式發(fā)火的內(nèi)燃機，通過把熱能轉(zhuǎn)化為機械能的一種動力機械。它的基本工作原理是燃油直接在機體的氣缸中燃燒，將燃油的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能產(chǎn)生高溫高壓的燃氣，高溫高壓的燃氣膨脹做功，推動活塞運動，通過曲軸連桿對外做功，從而將燃油燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化成機械能。柴油機相比于蒸汽機熱效率高，經(jīng)濟性好，機動性好，因而對傳播有很大的適應(yīng)性，自問世以后就很快被作為船舶的推進動力。起初，柴油機用空氣噴射燃料，燃料的霧化質(zhì)量無法的得到保證，并且附屬裝置龐大笨重，只能用于固定作業(yè)。20世紀(jì)中期增壓及增壓中冷技術(shù)的研發(fā)成功，使柴油機性能獲得新的飛躍。 20世紀(jì)70年代開始，電子技術(shù)引入柴

2、油機控制系統(tǒng)，又是柴油機的一次重大技術(shù)革命，把柴油機的性能指標(biāo)提高到一個新的水平。柴油機燃油系統(tǒng)是柴油機的心臟。低速、中速和高速柴油機都是利用高壓將適量燃油在上止點前的適當(dāng)角度噴入燃燒室,以提高柴油機的熱效率并降低廢氣排放。在對新型和老型柴油機升級改造的過程當(dāng)中,對燃油系統(tǒng)的設(shè)計必須提出更高的要求。關(guān)鍵詞：柴油機 柴油機燃油系統(tǒng) 噴油泵 調(diào)速器 噴油器燃油系統(tǒng)的組成和要求 1燃油供給系統(tǒng)的分類 燃油供給系統(tǒng)在柴油機的發(fā)展過程中經(jīng)歷了很長時間的演變，現(xiàn)在出現(xiàn)了各種不同類型?，F(xiàn)代的柴油機主要采用機械噴射系統(tǒng)，其中以噴油器與噴油泵用高壓油管連接的供油系統(tǒng)應(yīng)該最為廣泛。另外，也有一些噴油泵與噴油嘴一體

3、的供油系統(tǒng)，近年來出現(xiàn)了一些新型的供油系統(tǒng)，如高壓燃油共軌噴射系統(tǒng)。 2供油系統(tǒng)的基本組成 柴油機燃油系統(tǒng)由進、回油管路、調(diào)壓閥、燃油精濾器、噴油泵、噴油器和高壓油管、等組成。燃油系統(tǒng)的油路組成，可以分為低壓油路和高壓油路，如圖所示低壓油路主要由燃油精濾器和進、回油管路以及調(diào)壓閥等組成，與機車燃油回路一道起著儲油、供油、回油、濾清、預(yù)熱和調(diào)節(jié)等輔助作用。高壓油路由噴油泵、高壓油管、噴油器等部件組成。3供油系統(tǒng)的基本作用、要求 燃油系統(tǒng)的作用是將一定數(shù)量的潔凈燃油，以足夠的壓力，嚴(yán)格按照噴油定時，在規(guī)定的時間內(nèi)以良好的霧化狀態(tài)噴入氣缸，與燃燒室內(nèi)的壓縮空氣相互混合形成均勻的混合氣體，保證氣缸內(nèi)燃

4、燒的進行，以實現(xiàn)柴油機在功率、扭矩、轉(zhuǎn)速、油耗、噪聲、排污以及啟動和怠速等方面的要求。4供油系統(tǒng)基本要求應(yīng)達到以下基本要求： （1） 良好的霧化狀態(tài)； （2）正確的噴油定時； （3）供油量可以調(diào)節(jié)。 （4）噴油規(guī)律同混合氣形成與燃燒過程配合良好； （5）供油設(shè)備工作可靠、使用壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、零件工藝性好、維修保養(yǎng)容易。一 噴油泵 在我們學(xué)習(xí)的教科書中提到到了兩種噴油泵即柱塞式噴油泵和分配式噴油泵。噴油泵的功用是按照柴油機的運行工況和氣缸工作順序，以一定的規(guī)律，定時定量地向噴油器輸送高壓燃油。柴油機的高效、節(jié)能使得汽車的柴油機化日趨明顯。電控燃油噴射系統(tǒng)也成為目前柴油機領(lǐng)域的重要發(fā)展方向

5、之一。采用電控技術(shù)后，將有效改善柴油機的動力性和經(jīng)濟性，降低柴油機的有害排放。電控單元硬件、軟件設(shè)計是電控系統(tǒng)設(shè)計的核心。對于定時控制機構(gòu)，通過增加提前角檢測傳感器，實現(xiàn)了對高速電磁閥的閉環(huán)控制，從而改善了燃油燃燒的效率，滿足將來更加嚴(yán)格排放法規(guī)要求。1柱塞式噴油泵柱塞偶件是由柱塞和柱塞套所組成，是噴油泵的核心組件。這對精密偶件，需要成對加工研配，成對使用和更換。柱塞套外圓由三段圓柱組成。在中段圓柱上有周向定位槽，其頂部與出油閥座采用平面直接貼合的密封方式。柱塞套內(nèi)設(shè)有回油的集油環(huán)槽和回油孔。從柱塞副間隙泄露下來的燃油，匯至回油的集油環(huán)槽，經(jīng)回油孔回流泵體的低壓油腔，防止燃油從柱塞副間隙中過多

6、地流入機油中。柱塞從下止點上升，柱塞套里的燃油只是隨著柱塞的上移經(jīng)進、回油孔被擠出去，燃油未被壓縮，油壓也未升高。這一過程稱為預(yù)行程。柱塞繼續(xù)上移，燃油立即被壓縮，油壓便升高，并可頂開出油閥向噴油器供油。這一過程稱為供油始點。當(dāng)柱塞上移之螺旋槽邊正好與回油孔開始接觸時，高壓油腔的燃油經(jīng)柱塞頭部的直槽及柱塞套上的回油孔進入噴油泵的低壓油腔，油壓立即降低，出油閥隨即落座，停止供油。出油閥偶件結(jié)構(gòu)及工作原理出油閥偶件是噴油泵的另外一副精密偶件，該噴油泵采用上置式出油閥。頂面作為出油閥彈簧下座，下面為錐形閥面，落在出油閥座上部的錐面上，在圓柱體上銑出 4 條油槽，截面成十字形的閥體，外圓與座孔研配，出

7、油閥由之定位。閥體直徑影響出油閥的流通截面。在閥體與頭部之間，有一道與座孔精密配合的凸肩，即減壓帶。在出油閥落座的過程中，當(dāng)減壓帶進入閥座孔時，高壓油管與柱塞頂已形成的低壓油腔即被隔開，此后直到閥面落座，出油閥又落下一段距離。上述過程使高壓油管的燃油膨脹，從而使油壓迅速下降，噴油迅速停止。油量調(diào)節(jié)裝置用于轉(zhuǎn)動柱塞以改變噴油泵的供油量，由調(diào)節(jié)齒圈組件和調(diào)節(jié)齒桿組件組成。調(diào)節(jié)齒桿移動帶著調(diào)節(jié)齒圈轉(zhuǎn)動，使柱塞轉(zhuǎn)過一個角度，改變了供油量。調(diào)節(jié)齒圈組件的墊環(huán)上的凸尖所指示的連齒，在裝配時與齒桿的缺齒相嚙合。調(diào)節(jié)齒桿的外圓面上有表示供油量的刻線，由裝在泵體側(cè)面的指針指示齒條的位置，在外圓面上銑齒用以帶動齒

8、圈。外圓面上還銑出一條定位槽，泵體上的定位螺釘深入槽內(nèi)，防止調(diào)節(jié)齒桿轉(zhuǎn)動。2分配式噴油泵分配式噴油泵簡稱分配泵，是一種較為新穎的柴油機燃油噴射泵。VE型分配泵（軸向壓縮式）僅用一對柱塞偶件就可以向26個汽缸供油。其結(jié)構(gòu)簡單，零件少，體積小，質(zhì)量輕，特別適合于小型高轉(zhuǎn)速柴油機使用。因此，國外在中小型汽車上，特別是在轎車上得到了廣泛的應(yīng)用。 DPA型和PRS型分配泵均屬于轉(zhuǎn)子泵，也稱徑向壓縮式。分配套筒和柱塞是分配泵的一對精密偶件，配對后不能互換。 分配套筒是壓配在高壓泵頭的中心孔內(nèi)的。分配套筒的進油口，分配口與高壓泵頭的進油口，分配口數(shù)目相等，并相通。 柱塞末端的缺口與凸輪盤端面上的傳動銷釘相連

9、接，以驅(qū)動柱塞作旋轉(zhuǎn)運動。 柱塞套裝在分配套筒的中心孔內(nèi)。柱塞前部有進油槽，進油槽與發(fā)動機氣缸的數(shù)目相等。中部有分配口，下部有徑向油道和溢油口。柱塞內(nèi)部的軸向油道與分配口、徑向油道、溢油口相通。溢油口處套裝有控制套筒（泄油環(huán)），用來調(diào)節(jié)分配泵的供油量。 當(dāng)柱塞上的某一個進油槽與分配套筒上的進油口相通時，高壓泵便會吸進具有一定壓力的燃油；當(dāng)柱塞的分配口與分配套筒的某一個分配口相通時，高壓泵便會排出燃油。當(dāng)控制套筒打開柱塞溢油口時，高壓燃油便會從溢油口流到分配泵油腔內(nèi)。小結(jié)：噴油泵要采用電噴，才能達到準(zhǔn)時定量的噴油。二 噴油器噴油器不僅控制一定的噴油壓力，決定噴霧質(zhì)量及油束與燃油室的配合，而且影響

10、噴油特性。噴油器的狀態(tài)不良會導(dǎo)致柴油機性能的下降，嚴(yán)重故障甚至?xí)共裼蜋C不能運轉(zhuǎn)。所以，噴油器是影響柴油機性能與可靠性的重要部件之一。結(jié)構(gòu)及工作原理：其主要部件為針閥偶件，由針閥和針閥體組成，二者成對研配，不能單件更換。噴油器裝在氣缸蓋中央，由氣缸蓋的壓板壓緊噴油器體上部。其下部用銅墊壓緊噴油器套，用以密封燃氣，上部在噴油器體上裝有橡膠密封圈，用以密封氣缸蓋漏下的機油。進油管接頭從氣缸蓋側(cè)面穿入，擰入噴油器體，頭部用銅墊圈密封高壓燃油，在后部用橡膠圈壓緊氣缸側(cè)面，用以密封噴油器的回油。噴油嘴偶件的密封錐面在頭部頂端，長型噴油嘴偶件的針閥導(dǎo)向面處于噴油嘴偶件的尾部，避免因受熱而使針閥與針閥體卡住

11、。支座板上下平面分別與噴油器和噴油嘴偶件針閥體貼合，用以密封燃油，配合平面加工精度很高。噴油器的工作原理如下：高壓燃油從高壓油管經(jīng)進油接頭進入噴油器體，燃油由直油孔流到支座板的頂面凹槽。然后經(jīng)斜油孔流到噴油嘴針閥體的頂面凹槽，經(jīng)斜油孔流入針閥錐面上方的高壓油腔。當(dāng)油壓達 25.51-26MPa 時，燃油頂開針閥，經(jīng)壓力室再由 8 個0.5mm 噴孔向氣缸噴出。由于噴射壓力高、噴孔小，故噴出的燃油速度高，進入氣缸里受到空氣的阻力和擾動，便被粉碎成霧狀。在噴油泵停止供油后，出油閥落座。由于出油閥卸載容積的作用，使噴油器里的燃油壓力迅速下降。當(dāng)壓力降到 22MPa 時，調(diào)壓彈簧迫使針閥落座，噴油停止

12、。三 調(diào)速器當(dāng)柴油機的負荷突然變化時，采用人工控制柴油機的供油量是十分困難的，甚至是不可能的。為了自動控制柴油機的供油量，適應(yīng)柴油機負荷的變化，保持柴油機穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，柴油機必須裝有調(diào)速器。它的作用是在柴油機的各種工況中，當(dāng)外界負荷發(fā)生變化時能夠自動的調(diào)節(jié)噴油泵的供油量，以保證柴油機在給定的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)。柴油機調(diào)速器性能直接決定了柴油機運行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，采用電子調(diào)速器代替機械式調(diào)速器，是目前改善柴油機調(diào)速性能的主要途徑。在國外大功率柴油機上廣泛采用了以單片機為控制核心的數(shù)字式電子調(diào)速器，而國內(nèi)此項技術(shù)的開發(fā)相對國外比較落后。因此，開發(fā)數(shù)字式電子調(diào)速器是非常必要的。在我們的教科書中學(xué)習(xí)了兩種

13、調(diào)速器即兩級式調(diào)速器和全程式調(diào)速器。為了環(huán)保節(jié)能高效，我們要推廣電子調(diào)速器。四 電子控制柴油噴射系統(tǒng)為了改善柴油機運轉(zhuǎn)性能和降低燃油消耗率，同時也為了適應(yīng)嚴(yán)格的柴油機排放標(biāo)準(zhǔn)的需要，從20世紀(jì)80年代初期開始，各種電字控制柴油機噴射系統(tǒng)相繼問世。電控燃油系統(tǒng)在不遠未來的發(fā)展方向應(yīng)該還是在共軌系統(tǒng)方向，共軌燃油系統(tǒng)還有很大的潛力可挖。第二代共軌壓電式噴油器共軌系統(tǒng)就是很好的發(fā)展方向。 傳統(tǒng)的共軌噴油器的執(zhí)行器是電磁閥，其響應(yīng)速度沒有壓電式執(zhí)行器的響應(yīng)速度快。壓電晶體在加電壓后的0.1ms內(nèi)就能發(fā)生迅速的晶格畸變。壓電式噴油器其優(yōu)點是：具有快速響應(yīng)性，可以得到更柔性的噴油策略；很小的預(yù)噴油量；更靈

14、活的噴油開始與暫停；設(shè)計更緊湊。采用壓電效應(yīng)噴油器的共軌噴油系統(tǒng)，使燃油得到更好的霧化，形成極細的小顆粒油滴，使燃燒更加徹底，功率可以提高5%，柴油機排氣有害物降低20%，燃油消化率降低3%，噪聲降低3dB壓電式噴油器的尺寸和質(zhì)量又比電磁式明顯減小，柴油機整體設(shè)計更加緊湊；壓電式噴油器還可以實現(xiàn)多次噴射，且對噴油量的分配、噴油時間點及噴油壓力都可以進行更好的柔性控制。 結(jié)論本文通過對柴油機燃油系統(tǒng)的簡單介紹，并且分析了調(diào)速器，噴油泵，噴油器結(jié)構(gòu)工作原理以及電噴系統(tǒng)的發(fā)展，在分析的過程中由于所學(xué)知識有限，和實習(xí)內(nèi)容有欠缺之處，有很多不足之處。經(jīng)過不斷的改進，現(xiàn)在的電子控制已進入燃油系統(tǒng)，使得柴油

15、機的燃燒更加充分更加穩(wěn)定，能耗也將更少。隨著科技水平和自動化程度不斷提高，燃油系統(tǒng)將會進一步改進，將來柴油機的燃油系統(tǒng)的性能會進一步提高。參考文獻1 徐立華，船舶柴油機，哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2006.8 2 陳冠國，機械設(shè)備維修M，機械工業(yè)出版社，1997. 3 施祝斌 船機檢修技術(shù)，哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2008.24 丁俊杰 X280柴油機燃油系統(tǒng)的仿真研究論文 哈爾濱工程大學(xué) 2009年3月 5 劉輝琴 柴油機噴油泵電控系統(tǒng)的研究碩士學(xué)位論文 武漢理工大學(xué) 2008年6 陳家瑞 汽車構(gòu)造上冊 人民交通出版社 第五版 吉林大學(xué)汽車工程系 7 胡林峰 柴油機共軌噴射系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景J.2001年8 王鈞效 柴