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

1、第四章第四章柴油機燃料供給系柴油機燃料供給系機械工業(yè)出版社機械工業(yè)出版社 第一節(jié)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氣供給、混合氣形成及廢氣排出裝置組成。成。如如圖圖4-1所示所示。圖4-1 柴油機供給系的組成示意圖1-噴油器噴油器 2-高壓油管高壓油管 3-回油管回油管

2、 4-柴油柴油細細濾清器濾清器 5-噴油泵噴油泵 6-供油提前自動調(diào)節(jié)器供油提前自動調(diào)節(jié)器 7-輸油泵輸油泵 8-柴油柴油粗粗濾清器濾清器 9-柴油箱柴油箱二、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 0.150.3MPa，故這段油路稱為低壓油路。從噴油泵到噴油器

3、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

4、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

5、用十六烷值較高的柴油，采用較高的壓縮比（1522），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)

6、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-活塞活塞 2-活塞環(huán)活塞環(huán) 3-氣缸套氣缸套 4-氣缸蓋氣缸蓋 柴油噴射方向柴油噴射方向a）形燃燒室形燃燒室 b） 球形燃燒室球形燃燒室 c）U 形燃燒室形燃燒室 目前車用柴油機大都采用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

7、。 為了更好地提高直噴式燃燒室的燃燒過程，在傳統(tǒng)形燃燒室的基礎上，發(fā)展了多種新型燃燒室，新型燃燒有著各自的特點。圖圖4-3 擠流口擠流口式式燃燒室燃燒室 （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: 能防止燃氣從活塞頂上碗形室過早地向燃燒室容積傳播； 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）四角形燃燒室，如圖4-4所示，利用四角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。圖圖4-4 四角四角形燃

8、燒室形燃燒室1-電熱塞電熱塞 2-噴油嘴噴油嘴 （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。是集中形和四角形二者的優(yōu)點，同時又有縮口，增加了擠流的影響。圖圖4-5 微渦流燃燒室微渦流燃燒室 （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。 圖圖4-6 花瓣形燃燒室花瓣形燃燒室 2、分隔式燃燒室 燃燒室由兩部分組成，一

9、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燃室式兩種，如圖4-7所示。圖圖4-7 分隔式燃燒室分隔式燃燒室1-活塞活塞 2-主燃燒室主燃燒室 3-通道通道 4-副燃燒室副燃燒室 （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（1214MPa）的軸針式噴油器。 （2）預燃室

10、式燃燒室 預燃室（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

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

12、栓接頭螺栓 2-調(diào)壓螺釘蓋調(diào)壓螺釘蓋 3-調(diào)壓螺釘調(diào)壓螺釘 4-調(diào)壓彈簧調(diào)壓彈簧 5-頂桿頂桿 6-螺柱螺柱 7-噴油器體噴油器體 8-針閥針閥 9-針閥體針閥體 10-噴油嘴緊帽噴油嘴緊帽圖圖4-9 孔式孔式噴油噴油嘴嘴1-針閥針閥 2-針閥體針閥體 3-高壓油腔高壓油腔 4-壓力室壓力室 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)壓彈簧的預緊力，使針閥處于關(guān)閉狀態(tài)。該預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

13、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所示圖圖4-10 噴油器的工作原理圖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18個噴孔；噴孔直徑較小，一般為0.20.8mm。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，

14、使噴孔成為圓柱狀的狹縫（軸針與孔的徑向間隙一般為0.0050.25mm）。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-針閥針閥 2-針閥體針閥體 3-密封錐面密封錐面 4-軸針軸針圖圖4-12 軸針式噴油器的噴油軸針式噴油器的噴油 軸針式噴油器噴孔直徑一般在13mm范圍內(nèi)，噴油壓力為1014Mpa。噴孔直徑大，加工方便。工作時由于軸針在噴孔內(nèi)往復運動，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

15、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。圖圖4-13 噴油泵的驅(qū)動噴油泵的驅(qū)動和和供油正時供油正時1-噴油泵正時齒輪噴油泵正時齒輪 2-曲軸正時齒輪曲軸正時齒輪 3-凸輪軸正時齒輪凸輪軸正時齒輪 4-飛輪殼飛輪殼5-調(diào)速器調(diào)速器 6-托板托板 7-噴油泵噴油泵 8-供油提前角自動調(diào)節(jié)器供油提前角自

16、動調(diào)節(jié)器 9-聯(lián)軸節(jié)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、連接器的結(jié)構(gòu)和原理 常見的常見的連接器連接器有剛性十字膠木盤式有剛性十字膠木盤式和撓性鋼片式兩種。和撓性鋼片式兩種。 目前，汽車上主要用目前，汽車上主要用撓性鋼片式撓性鋼片式連連接器。接器。 CA6110柴油機噴油泵柴油機噴油泵連接器即為連接器即為撓性鋼片式撓性鋼片式連接器結(jié)構(gòu)連接器結(jié)構(gòu)如圖如圖4-14所示所示。圖4-14 柴油機噴油泵連接器1-連接盤連接盤 2、5、8、11、13-螺釘螺釘 3、

17、6、9、12、14-墊圈墊圈 4、10-鋼片組鋼片組 7-十字架十字架 安裝時要求驅(qū)動端與噴油泵凸輪軸端中心線同心度不大于0.3mm，擺角不大于0.5，伸長或壓縮誤差不大于0.5mm。 二、輸油泵 輸油泵的作用是將燃油從油箱內(nèi)把燃油吸出，經(jīng)燃油濾清器濾清后輸送至噴油泵足夠數(shù)量及一定壓力的燃油。輸油泵有活塞式、膜片式、齒輪式和葉片式等幾種。活塞式輸油泵由于工作可靠，目前廣泛應用，CA6110型柴油機均采用該輸油泵，如圖4-15所示。圖4-15 CA6110輸油泵分解圖1-螺塞螺塞 2、6、10、12、16-墊片墊片 3、7-油閥彈簧油閥彈簧4-出油閥出油閥 5-手油泵手油泵 8-進油閥進油閥 9

18、-進油螺釘進油螺釘 11-螺塞螺塞 13活塞彈簧活塞彈簧 14-活塞活塞 15-頂桿頂桿 17-出出油螺釘油螺釘 18-卡環(huán)卡環(huán) 19-挺桿總成挺桿總成 三、柴油濾清器 柴油在運輸和貯存過程中，難免會混入雜質(zhì)和水分，若貯存較久后，膠質(zhì)還會增多，每噸柴油中的機械雜質(zhì)含量多達100250g，這都對燃油供給系精密偶件產(chǎn)生極大危害。 為保證噴油泵和噴油器可靠地工作，延長使用壽命，除使用前將柴油嚴格沉淀過濾外，在柴油機供油系統(tǒng)中還采用濾清器，以便濾除柴油中的機械雜質(zhì)和水分。 柴油濾清器有兩種形式： 一種為單級紙質(zhì)濾清器，另一種為雙級旋裝式濾清器。 目前車用柴油機多數(shù)采用的是雙級旋裝式濾清器（濾芯型號為X

19、0710）。如圖4-16所示是CA6110型柴油濾清器總成。圖圖4-16 兩種形式的兩種形式的柴油濾清器柴油濾清器a）單級紙質(zhì)濾清器）單級紙質(zhì)濾清器 b）雙級旋裝式濾清器）雙級旋裝式濾清器1-進油接頭進油接頭 2-底座底座 3-放氣螺釘放氣螺釘 4-濾芯濾芯 5-殼體殼體 6-出油接頭出油接頭 當濾清器內(nèi)油壓超過溢流閥的開啟壓力（0.10.15MPa）時，使多余的柴油流回油箱，從而保證濾清器的油壓在一定。第四節(jié) 廢氣渦輪增壓器 廢氣渦輪增壓技術(shù)是指采用由柴油機廢氣渦輪增壓技術(shù)是指采用由柴油機排排氣驅(qū)動的渦輪機氣驅(qū)動的渦輪機同軸驅(qū)動同軸驅(qū)動壓氣機壓氣機，從而提高從而提高氣壓增加充氣量。氣壓增加充

20、氣量。 實踐表明實踐表明，柴油機采用廢氣渦輪增壓可柴油機采用廢氣渦輪增壓可提高功率提高功率10%30%，同，同功率油耗下降功率油耗下降3%10%，此外此外，由于燃燒壓力升高率降低由于燃燒壓力升高率降低，發(fā)發(fā)動機工作較柔動機工作較柔和，和，噪聲比較小。目前已成為噪聲比較小。目前已成為柴油機重要發(fā)展趨勢之一并正在得柴油機重要發(fā)展趨勢之一并正在得到到廣泛的廣泛的應用。應用。一、渦輪增壓器結(jié)構(gòu)一、渦輪增壓器結(jié)構(gòu)圖圖4-17 廢氣渦輪增壓器廢氣渦輪增壓器 空氣空氣 廢氣廢氣1-推力軸承推力軸承 2-渦輪殼渦輪殼 3-密封環(huán)密封環(huán) 4-渦輪渦輪 5-隔熱板隔熱板 6-浮動軸承浮動軸承7-卡環(huán)卡環(huán) 8-中間

21、殼中間殼 9-壓氣機后蓋板壓氣機后蓋板10-密封環(huán)密封環(huán)11-壓壓氣機葉輪氣機葉輪 12-轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)子軸 13-壓氣機殼壓氣機殼 14-密封套密封套 15-膜片彈簧膜片彈簧 16-0 形密封圈形密封圈 如圖4-17所示，它由渦輪殼2、中間殼8、壓氣機殼13、轉(zhuǎn)子體和浮動軸承6等主要零件組成。二、渦輪增壓器工作原理二、渦輪增壓器工作原理 工作原理如圖4-18所示。柴油機排出的具有一定壓力的高溫廢氣經(jīng)排氣管1進入渦輪殼4的噴嘴環(huán)2，由于噴嘴環(huán)的通道面積做成由大到小，因而廢氣通過的壓力和溫度下降，而速度卻迅速提高。這個高溫高速的廢氣氣流，按一定方向沖擊渦輪3，使渦輪高速旋轉(zhuǎn)。圖4-18 廢氣渦輪增壓器工作原理示意圖1-排氣管排氣管 2-噴嘴環(huán)噴嘴環(huán) 3-渦輪渦輪 4-渦輪殼渦輪殼 5-轉(zhuǎn)