第五章柴油机燃料供给系统

第五章柴油机燃料供给系统 第一节概述第二节输油泵第三节喷油泵第四节喷油提前角调节装置第五节分配式喷油泵第六节调速器第七节喷油器第八节电控柴油喷射系统

教学目的和要求： 了解柴油机供給系组成、主要件构造原理。掌握电控柴油喷射系统的主要件功用、安装位置、构造、工作原理、特点、应用。本章重点：输油泵、喷油泵、调速器构造原理。电控柴油喷射系统的主要件功用、安装位置、构造、工作原理。本章难点：喷油提前角调节装置；调速器、喷油泵构造及工作原理。电控柴油喷射系统的主要件的构造、工作原理教学内容要点：

第一节概述 • 一、柴油机燃料供给系统的功用与组成 • 二、可燃混合气的形成与燃烧过程 • 三、柴油机燃烧室

一、柴油机燃料供给系的功用与组成 • 功用： • 完成燃料的贮存、滤清和输送工作；按柴油机不同工况的要求，定时、定量、定压并以一定的喷油质量喷入燃烧室，使其与空气迅速而良好地混合和燃烧；最后将废气排入大气。 • 组成： • （1）空气供给装置空气滤清器10、进气管和进气道。 • （2）柴油供给装置柴油箱1、柴油粗滤器15、输油泵13、柴油细滤器2、喷油泵9、喷油器5及油管等。 • （3）可燃混合气形成装置燃烧室6。 • （4）废气排出装置排气道、排气管7和排气消声器。

1.低压油路：0.15－0.30MPa 2.高压油路：10MPa 3.多余的燃油回流 4.滤清器有粗细两种 5.为保证各气缸供油的一致性，连接喷油泵和喷油器的钢制高压油管的直径和长度是相等的。工作原理：图5-1 柴油机燃料供给系统的组成 1—柴油箱 2—柴油细滤器 3、8—回油管 4—高压油管 5—喷油器 6—燃烧室 7—排气管 9—喷油泵 10—空气滤清器 11—联轴器 12—供油提前角自动调节器 13—输油泵 14—调速器 15—柴油粗滤器 16—低压油管

二、可燃混合气的形成与燃烧过程 1.柴油机可燃混合气的形成方法： (1)空间雾化混合 (2)油膜蒸发混合 2.柴油机燃烧过程： C-气缸内压力达最高点； D-最高温度点； E-柴油已基本完全燃烧点。图5-2 气缸压力与曲轴转角的关系 Ⅰ—备燃期Ⅱ—速燃期Ⅲ—缓燃期Ⅳ—后燃期

三、燃烧室 分类： 1.统一式燃烧室： ω形、球形、四角形及U形燃烧室等。 2.分隔式燃烧室：涡流室式和预燃室式燃烧室。

由凹形活塞顶和气缸盖底平面包围的单一内腔。喷油器直接向燃烧室内喷射柴油，借助油束形状与燃烧室形状的合理匹配，以及空气的涡流运动，迅速形成可燃混合气，由凹形活塞顶和气缸盖底平面包围的单一内腔。喷油器直接向燃烧室内喷射柴油，借助油束形状与燃烧室形状的合理匹配，以及空气的涡流运动，迅速形成可燃混合气， 1.统一式燃烧室图5-3 统一式燃烧室 a)ω形 b)球形 1—活塞 2—气缸体 3—燃烧室 4—喷油器 5—气门

ω形燃烧室 空间雾化混合方式,切向或螺旋进气道。 1）结构：缸盖下平面是平的，活塞顶呈ω形。 2）混合气形成特点: （1）喷油器将雾状的柴油喷入燃烧室中，对喷油质量要求高（20MPa ），孔式喷油器。（2）结构紧凑，经济性好，动力性好，起动性能好。（3）工作粗暴。在中小型高速柴油机上得到了广泛的应用。图5-4 产生涡流的进气道 a)切向进气道 b)螺旋进气道

球形燃烧室 采用螺旋进气道，油膜蒸发混合方式。 1）结构：缸盖下平面是平的，活塞顶部呈球形。 2）混合气形成特点：（1）组织强进气涡流；（2）喷油器沿着涡流的方向将燃油喷入燃烧室，大部分燃油被涂在燃烧室壁上95%，要求燃油喷注具有一定的能量，喷射时尽量不分散，因此也必须采用喷油压力较高（17.5～18.2MPa）的孔式喷油器。起动性差。（3）在燃烧室的加热作用下，油膜逐层蒸发燃烧。混合气形成和燃烧速度是前慢后快，工作柔和、燃烧完全。由于存在上述缺点，使球形燃烧室的应用受到限制，目前仅国产90系列及6120Q型柴油机采用。图5-3 统一式燃烧室 a)ω形 b)球形 1—活塞 2—气缸体 3—燃烧室 4—喷油器 5—气门

分隔式燃烧室由两部分组成，即主燃烧室和副燃烧室,主燃烧室位于活塞顶与气缸盖底面之间，副燃烧室位于气缸盖内。主、副燃烧室之间用一个或几个直径较小的通道相连。燃油是喷入到副燃烧室内的。分隔式燃烧室由两部分组成，即主燃烧室和副燃烧室,主燃烧室位于活塞顶与气缸盖底面之间，副燃烧室位于气缸盖内。主、副燃烧室之间用一个或几个直径较小的通道相连。燃油是喷入到副燃烧室内的。 2.分隔式燃烧室

涡流室式燃烧室 1）结构：缸盖上布置有涡流室为副燃烧室，涡流室占燃烧室总容积的50-80%；活塞顶下凹形成主燃烧室；涡流室与主燃烧室间有一个或几个小孔径相通，且小孔与涡流室相切。 2）混合气形成特点: 空间雾化混合方式。图5-5 分隔式燃烧室 a)涡流室式 b)预燃室式

（1）利用强烈的定向涡流混合和燃烧。 （2）利用二次涡流，促使更完全的燃烧。（3）对喷油的雾化质量要求不高。可用轴针式喷油器，压力10-12MPa。（4）初期在涡流室燃烧，由通道进入主燃烧室，其内的压力升高率较小，工作较平顺。（5）但热损失较大，经济性差；起动性也较差，需装电热塞。 3）混合气形成特点

预燃室式燃烧室 1）结构：缸盖上布置有预燃室占燃烧室总容积的25-45%；活塞顶下凹形成主燃烧室；预燃室与主燃烧室间有一个或几个小孔相通。 2）混合气形成特点：空间雾化混合方式。图5-5 分隔式燃烧室 a)涡流室式 b)预燃室式

（l）利用压缩湍流先预燃。 （2）利用强烈的燃烧湍流，促使完全燃烧。（3）对喷油的雾化质量要求不高。可用大孔径单孔喷油器，压力8-12MPa。（4) 由于通道面积小,有强烈节流作用,压力升高率Δp/Δθ较小,运转平顺,燃烧噪声小。（5）但经济性差，热损失大；起动性能差，须加装电热塞。 3）混合气形成特点

一、作用 保证低压油路中柴油的正常流动,克服柴油滤清器和管路中的阻力,并以一定的压力向喷油泵输送足够量的柴油，输油量应为柴油机全负荷最大耗油量的3-4倍。二、分类活塞式、转子式、滑片式和齿轮式等几种。活塞式输油泵工作可靠，目前应用广泛。三、驱动由喷油泵凸轮轴上的偏心轮驱动。第二节输油泵

动画演示 图5-6 活塞式输油泵工作原理图 1—进油单向阀 2—手油泵活塞 3—手油泵杆 4—手油泵体 5—手柄 6—回油道 7—偏心轮 8—喷油泵凸轮轴 9—滚轮 10—滚轮架 11—滚轮弹簧 12—推杆 13—活塞 14—弹簧 15—出油单向阀 16—活塞弹簧

功用： 喷油泵接收输油泵送来的低压柴油，根据发动机的不同工况和工作顺序，定压（提高油压）、定时（控制喷油时刻）、定量（控制喷油量）地向喷油器输送高压柴油。一、喷油泵分类与系列：二、A型喷油泵：三、P型喷油泵：第三节喷油泵

图5-7 A型喷油泵零件图 1—泵体 2—柱塞偶件 3—出油阀偶件 4—出油阀垫圈 5—出油阀弹簧 6—减容器 7—O形密封圈 8—出油阀压紧座 9—锁夹总成 10—管接头 11—垫圈12—螺栓 13—回流阀 14—侧盖板 15—凸轮轴挡环 16—调整垫 17—轴承 18—油环 19—轴承盖 20—滚轮传动部件 21—堵塞 22、24—弹簧座 23—柱塞弹簧 25—控制套筒 26—齿圈 27—轴承座 28—凸轮轴 29—控制齿条 30—齿条止动螺钉

1.按柴油机工作顺序供油，而且各缸供油量均匀；1.按柴油机工作顺序供油，而且各缸供油量均匀； 2.各缸供油提前角和供油延续时间应相等，相差不得大于0.5°曲轴转角； 3.油压的建立和供油的停止都必须迅速，以防止滴漏现象的发生。对喷油泵的要求：

分类： 柱塞式喷油泵；喷油泵—喷油器；转子分配式喷油泵。 1.柱塞式喷油泵：性能良好，工作可靠，为目前大多数柴油机所采用。 2.喷油泵－喷油器式(PT)：将喷油泵和喷油器合为一体，直接安装在发动机气缸盖上，可消除高压油管的不利影响，但要求发动机上另加驱动机构。 3.转子分配式喷油泵：这种喷油泵只有一对柱塞副，依靠转子的转动实现燃油的增压与分配。它具有体积小、质量轻、成本低、使用方便等优点。一、喷油泵的分类与系列

国产系列喷油泵： 喷油泵的系列化是以柱塞行程、泵缸中心距和结构形式为基础，再分别配以不同尺寸的柱塞，组成若干种在一个工作循环内供油量不等的喷油泵有A型泵、B型泵、P型泵、PDA型泵和VE泵等。前三种为柱塞式喷油泵，后二种为转子式喷油泵。

组成： 分泵、油量调节机构、传动机构和泵体。二、A型喷油泵图5-8 A型喷油泵

1.分泵 组成：柱塞偶件(柱塞18和柱塞套17)、柱塞弹簧24、弹簧上下支座23和25、出油阀偶件(出油阀5和出油阀座16)、出油阀弹簧12、减容器10和出油阀压紧座9等。动画演示

柱塞上行，柱塞下行，油量调节过程。 工作原理: 图5-9 柱塞式喷油泵泵油原理 1—柱塞 2—柱塞套 3—斜槽 4、8—油孔 5—出油阀座 6—出油阀 7—出油阀弹簧

柱塞行程：柱塞由其下止点移动到上止点所经过的距离，即凸轮的最大升程。柱塞行程：柱塞由其下止点移动到上止点所经过的距离，即凸轮的最大升程。柱塞有效行程：喷油泵只是在柱塞完全封闭油孔之后到柱塞斜槽和油孔开始接通之前的这一部分柱塞行程hg内才泵油。hg为柱塞的有效行程。

出油阀的结构与工作原理 出油阀的作用： 1.防止喷油前滴油，提高喷射速度； 2.防止喷油后滴油，提高关闭速度； 3.防止燃油倒流，使高压油管内保持一定的残余压力；减容器作用：减少了高压油腔的容积，有利于改善喷油过程，同时起到限制出油阀最大升程的作用。图5-10 出油阀的结构与工作原理 1—出油阀弹簧 2—出油阀 3—减压环带 4—纵向槽 5—出油阀座动画演示

2.油量调节机构 作用：根据柴油机负荷和转速的变化，通过转动柱塞改变喷油泵的供油量。组成，工作原理，调整，应用。图5-11 齿杆式油量调节机构 1—出油阀压紧座 2—出油阀弹簧 3—出油阀 4—喷油泵壳体 5—低压油腔 6—油量调节齿杆 7—控制套筒 8—柱塞弹簧 9—导板 10—凸轮轴 11—滚轮架 12—柱塞 13—可调齿圈 14—进油孔 15—柱塞套

3.传动机构 组成：凸轮轴和滚轮体等传动件。工作过程: 图5-12 滚轮传动部件 1—调整螺钉 2—锁紧螺母 3—滚轮架 4—泵体 5—导向块 6—滚轮轴 7—滚轮衬套 8—滚轮

滚轮体传动件作用： • 变凸轮的旋转运动为柱塞的直线往复运动，滚轮体还可以用来调整各分泵的供油提前角和供油的间隔角度。 • 供油提前角： • 从柱塞顶封闭柱塞套筒油孔起，到柱塞上止点为止，曲轴所转过的角度。

调整方法： • 一是通过调整联轴器或供油提前角自动调节器来改变喷油泵凸轮轴与柴油机曲轴的相对角位置，使各分泵的供油提前角作相同数量的调整； • 二是通过改变滚轮传动部件的高度，实现单个分泵的供油提前角的调整，以此保证多缸发动机的供油提前角一致。

4、泵体（壳体） 泵体是分泵、油量调节机构、驱动机构的装配基体。组合式泵体分上体和下体两部分，用螺栓连接在一起。上体安装分泵，下体安装驱动件和油量调节件。整体式泵体可使刚度加大，在较高的喷油压力下工作而不致变形。但分泵和驱动件等零件的拆装较麻烦。

A型泵特点 （1）齿杆式油量调节机；（2）调整垫块式滚轮体；（3）采用整体式泵体，由铝合金铸成；（4）采用飞溅润滑。

三、P型喷油泵 （1）悬挂分泵总成；（2）球销式油量调节机构；（3）不可调式滚轮传动体；（4）全封闭箱式泵体；（5）采用压力润滑。

第四节喷油提前角的调整装置 喷油提前角过大，柴油是在气缸内空气温度较低时喷入的，混合气形成条件差，备燃期长，发动机工作粗暴；喷油提前角过小，大部分柴油是在上止点以后活塞处于下行状态时燃烧的，使最高工作压力降低，热效率显著下降，发动机功率降低，排气冒白烟。联轴器、供油提前角自动调节器；滚轮传动部件的高度。

一、联轴器：连接喷油泵凸轮轴与其驱动轴，用小量的角位移调节供油提前角，以获得初始喷油提前角。一、联轴器：连接喷油泵凸轮轴与其驱动轴，用小量的角位移调节供油提前角，以获得初始喷油提前角。二、供油提前角自动调节器：位于联轴器和喷油泵之间，它能随发动机转速的变化自动改变供油提前角，以获得最佳供油提前角。

图5-13 喷油泵联轴器 1—从动传动圆盘 2、20—衬套 3、6、9、10、16、19—垫圈 4、7、8、18—螺母 5、13、14、17、21—螺栓 11—主动凸缘盘 12—主动传动圆盘 15—十字接盘

图5-14 供油提前角自动调节器 1—调节器壳体 2、10—垫圈 3—放油螺塞 4—丝堵 5、22—垫片 6、16—O形密封圈 7—飞块 8—滚轮内座圈 9—滚轮 11—弹簧 12、14、18—弹簧垫圈 13—弹簧座 15—定位圈 17—螺母 19—从动盘 20—油封 21—盖 23—螺栓

图5-15 供油提前角自动调节器工作原理(图注见图5-14) a)静止状态 b)提前状态

发动机工作时，调节器壳体及飞块在曲轴的驱动下沿图中箭头方向旋转，两个飞块在离心力作用下活动端向外甩开，滚轮对从动盘的两个弧形侧面E产生推力，迫使从动盘沿箭头所示方向相对于调节器壳体超前转过一个角度α，直到弹簧作用在F侧面上的压缩弹力与飞块离心力相平衡为止，于是从动盘与调节器壳体同步旋转。发动机工作时，调节器壳体及飞块在曲轴的驱动下沿图中箭头方向旋转，两个飞块在离心力作用下活动端向外甩开，滚轮对从动盘的两个弧形侧面E产生推力，迫使从动盘沿箭头所示方向相对于调节器壳体超前转过一个角度α，直到弹簧作用在F侧面上的压缩弹力与飞块离心力相平衡为止，于是从动盘与调节器壳体同步旋转。当转速升高时，飞块离心力增大，其活动端进一步向外甩出，滚轮迫使从动盘沿箭头所示方向相对于调节器壳再超前转过一个角度，直到弹簧的压缩弹力与飞块离心力达到一个新的平衡状态为止。这样，供油提前角便相应地增大。反之，当发动机转速降低时，供油提前角相应减小。

第五节机械式分配泵 • 类型： • 分配式喷油泵简称分配泵，有转子式和单柱塞式两大类。英国CAV公司的DPA型分配泵和法国SIGMA公司的PRS型分配泵均属转子式，也称径向压缩式。德国Bosch公司的VE型分配泵则为单柱塞式，又称轴向压缩式。 • 1. 机械式VE型分配泵结构： • 2. 机械式VE型分配泵工作过程：

1.VE型分配泵结构 • 组成： • 驱动机构、二级滑片式输油泵、高压分配泵头和电磁式断油阀等部分组成。机械式调速器和液压式喷油提前器也安装在分配泵体内。

图5-16 机械式VE型分配泵 1—驱动轴 2—二级滑片式输油泵 3—调速器驱动齿轮 4—液压式喷油提前器 5—平面凸轮盘 6—油量调节套筒 7—柱塞弹簧 8—分配柱塞 9—出油阀 10—柱塞套 11—断油阀 12—调速器张力杠杆 13—溢流节流孔 14—停车手柄 15—调速弹簧 16—调速手柄 17—调速套筒 18—飞锤 19—调压阀

结构： 驱动轴嵌入静止不动的滚轮架上。驱动轴、联轴器、平面凸轮盘旋转，利用平面凸轮盘上的传动销带动分配柱塞同步旋转；而且在滚轮、平面凸轮和柱塞弹簧的共同作用下，平面凸轮盘还带动分配柱塞作往复直线运动。平面凸轮的数目与柴油机气缸数相同。图5-17 滚轮、联轴器及平面凸轮 20—滚轮架 21—联轴器 22—滚轮 (其余图注同图516)

图5-18 VE型分配泵的工作过程 a)进油过程 b)泵油过程 c)停油过程 d)压力平衡过程 1—分配柱塞 2—油量调节套筒 3—压力平衡槽 4—进油道 5—断油阀 6—进油孔 7—进油槽 8—柱塞腔 9—喷油器 10—出油阀 11—分配油道 12—出油孔 13—压力平衡孔 14—中心油孔 15—泄油孔 16—平面凸轮盘 17—滚轮18—柱塞套19—喷油泵体20—燃油分配孔

第六节调速器 • 一、调速器功用与类型 • 功用： • 根据柴油机负荷的变化，自动地调节喷油泵的供油量，以保证柴油机在各种工况下稳定地运转。 • 1.柱塞式喷油泵的特点：在油量调节齿杆位置不变的情况下，供油量会随曲轴转速的变化而变化。即随着发动机转速的升高或降低，柱塞有效行程增加或减小，供油量亦相应增加或减少。 • 2.原因：柱塞运动速度增加时，产生早喷晚停现象；同时柱塞运动速度增加时，泄漏量相对减少。 • 类型：两速式调速器；全调速器。 • 二、典型调速器 • 1. RQ型调速器结构；2. RQ型调速器基本工作原理

1. RQ型调速器结构 • 德国博世(Bosch)公司生产的RQ型调速器是典型的两速式调速器，与A、B、P型等柱塞式喷油泵配套。型号中的R表示机械离心式，Q表示可变杠杆比。图5-19 RQ型两速式调速器 1—调速手柄 2—调速杠杆 3—滑块 4—摇杆 5—滑动销 6—导向挡块 7—调速器盖 8—导向销 9—调速套筒 10—角形杠杆 11—调速器壳体 12—飞锤 13—调速器外弹簧 14—调节螺母 15—供油量调节齿杆 16—间隙补偿弹簧 17—弹簧座 18—连接杆

2. RQ型调速器基本工作原理 动画演示图5-20 RQ型调速器工作原理示意图 a)起动工况 b)怠速工况 c)中速工况 d)最高转速工况 e)停车工况 1—停车挡块 2—调速手柄 3—摇杆 4—最高速挡块 5—滑块 6—调速杠杆 7—供油量调节齿杆 8—喷油泵柱塞 9—供油量限制弹性挡块 10—调节螺母 11—调速弹簧 12—飞锤 13—喷油泵凸轮轴 14—角形杠杆 15—调速套筒 16—导向销 17—铰接点

功用： 一是使一定数量的燃油得到良好雾化，以促进燃油着火和燃烧；二是使燃油的喷射按燃烧室类型合理分布，以便使燃油与空气迅速而完善的混合，形成均匀的可燃混合气。要求：应具有一定的喷射压力和射程，合适的喷雾锥角和雾化质量；喷停要迅速，不发生燃油滴漏，以免恶化燃烧过程；最好的喷油特性是在每一循环的供油量中，开始喷油少，中期喷油多，后期喷油少。分类：孔式喷油器和轴针式喷油器。第七节喷油器

一、孔式喷油器 • 特点： • 喷孔数目一般为1-8个，喷孔直径为0.2～0.8mm喷孔越多则孔径越小，雾化越好，分布越均匀。用于直接喷射燃烧室。 • 组成: • 主要由针阀10、针阀体9、顶杆6、调压弹簧5及喷油器体7等零件组成。图5-21 孔式喷油器 1—回油管螺栓2—调压螺钉护帽 3—调压螺钉4—油管接头5—调压弹簧6—顶杆7—喷油器体8—紧固螺套9—针阀体10—针阀 11—喷油器锥体

第五章 柴油机燃料供给系统