柴油机燃料供给系统(2).ppt

第六章柴油机燃料供给系统,第一节概述第二节可燃混合气的形成与燃烧室第三节输油泵第四节喷油泵第五节喷油提前角调节装置第六节分配式喷油泵第七节调速器第八节喷油器第九节电控柴油喷射系统,,,重点可燃混合气的形成；喷油泵、喷油器、调速器的组成及工作原理难点喷油提前角调节装置；调速器、喷油泵构造及工作原理。教学目的掌握可燃混合气的形成；喷油泵、喷油器、调速器的组成及工作原理思考题,第一节概述,一、柴油机的特点二、柴油机燃料系的功用与组成三、燃油的供给路线四、柴油性质发火性；蒸发性；粘度；凝点。,,一、柴油机的特点,1．热效率高、经济性好、故障少；2．混合气的形成、点火和燃烧方式不同于汽油机；3．柴油机的排气污染小；4．制造成本较高；5．排气噪声大，废气中含SO2及碳烟多。,,,二、柴油机燃料系的功用与组成,1.功用是完成燃料的贮存、滤清和输送工作，按柴油机各种不同工况的要求，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。2.组成1）燃油供给装置柴油箱、输油泵、低压油管、滤清器、喷油泵、高压油管和喷油器及回油管等组成。2）空气的供给装置空气滤清器、进气管等。有的还装有增压器。3）混合气的形成装置燃烧室。4）废气的排出装置排气管及排气消声器。如图所示。,,,1柴油箱2柴油粗滤器3联轴节4供油提前角自动调节器5喷油泵6输油泵7调速器8低压油管9柴油细滤器10高压油管11喷油器12回油管,,三、燃油的供给路线,1.低压油路0.15－0.30MPa2.高压油路10MPa3.多余的燃油回流4.柴油滤清器有粗细两种，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。,,四、柴油性质,1.发火性是指柴油的自燃能力。柴油的发火性用十六烷值表示，十六烷值越高，发火性越好。一般汽车用柴油的十六烷值应在4050范围内。2.蒸发性是指柴油汽化的能力。3.粘度决定柴油的流动性。4.凝点是表示柴油冷却到开始失去流动性的温度。柴油按其所含重馏分的多少分为重柴油和轻柴油。汽车用柴油机都是高转速的，因此，应采用轻柴油。中国石化集团发布了城市柴油企业标准城市车用柴油技术要求Q/SHR006－2000。该标准将车用柴油按凝点分为10号、5号、0号、-5号、-10号、-20号六个牌号。该标准要求硫含量控制为不大于0.05％，氧化安定性的总的不溶物不大于2.5mg/100ml，十六烷值不低于48。,,第二节可燃混合气的形成与燃烧室,一、柴油机可燃混合气的形成与燃烧过程二、可燃混合气形成特点三、可燃混合气形成的方式四、燃烧室,,,一、柴油机可燃混合气的形成与燃烧过程,1.备燃期指喷油器喷油始点A到燃烧始点B之间的曲轴转角2.速燃期指从燃烧始点B到气缸内压力达最高的C点之间的曲轴转角。3.缓燃期指从最高压力点C到最高温度点D之间的曲轴转角。4.后燃期指从最高温度点D到柴油已基本上完全燃烧的E点之间的曲轴转角。,,二、可燃混合气形成的特点,1.混合空间小、时间短；2.混合气不均匀,α值变化范围很大；3.边喷边燃，成分不断变化。,,三、可燃混合气的形成方式,燃油能否完全燃烧，主要取决于两个方面一是进入气缸的空气量对喷油量的比例是否合适；二是燃油和空气的混合是否良好。柴油机形成良好混合气的方法有两种空间雾化和油膜蒸发。,,1.空间雾化混合方式,1油雾的形成2空气的运动促进混合,,空气运动,进气涡流和挤气涡流,,,,2.油膜蒸发混合方式,它是将柴油喷向球形燃烧室的壁面上，在强烈地空气涡流作用下,燃油的大部分95形成油膜。由于油束贯穿空气和室壁的反射,必然有少量油粒（5％）悬浮在空间，形成着火源。油膜在空间火源的热能作用下，逐层蒸发、逐层卷走、逐层燃烧，产生了燃气涡流，其燃烧速度是前期慢、后期快，使燃烧过程加速进行到终点。,,四、燃烧室,分类1.直接喷射式燃烧室ω形、球形、四角形及U形燃烧室等。2.分开式燃烧室预燃室式和涡流室式燃烧室。,,,1.ω形燃烧室,空间混合方式。采用螺旋或切向进气道。混合气形成特点是喷油质量要求高；喷孔直径较小，喷油压力较高20MPa；结构紧凑，热损失小，故热效率高，经济性好，容易起动；工作粗暴。,,2.球形燃烧室,结构特点采用强涡流螺旋进气道，在进气过程中绕气缸轴线旋转的高速涡流；采用单孔吸嘴或双孔喷嘴，喷射形成的油膜覆盖面占室壁的4050％混合气形成的过程和特点是均匀的薄油膜和火源的形成；油膜逐层蒸发、逐层卷走、逐层燃烧，形成燃气涡流。压力升高率小，工作平稳；喷油压力要求在17.5MPa～18.5MPa范围内；为改善其冷起动性能，其进气管上多安装加热装置（如火焰加热器等）。,,3.预燃室式燃烧室,结构特点是预燃室容积占总燃烧室容25-40；压缩行程形成无规则紊流；主燃烧室的空气量为进气量的60％以上，大部分燃料是在主燃烧室中混合燃烧。预燃是手段，形成燃烧涡流是目的。属于空间混合方式。混合气形成特点。,,混合气形成特点,l）利用压缩紊流先预燃。2）利用强烈的燃烧涡流，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。但经济性差，热损失大，启动性能差。必须加装电热塞。,,4.涡流室式燃烧室,结构特点（1）涡流室容积占总燃烧室容50-80；（2）压缩中形成强烈的涡流；空间混合方式；（3）喷油器、电热塞安在涡流室。混合气形成特点。,,混合气形成特点,1）利用强烈的定向涡流混合和燃烧。2）利用二次流动，促使燃气更完全的燃烧。3）对喷油的雾化质量要求不高。可用单孔喷油器。压力10-12MPa。4）其突出优点是适用于高速柴油机。可采用较大的进、排气门，提高了充气效率。5）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。但热损失较大，经济性差，必须用高压缩比装电热塞。,,第三节输油泵,一、作用是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34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。工作原理如图。三、驱动喷油泵凸轮轴,,工作原理,1.准备压油行程2.吸油和压油行程3.输油量的自动调节过程4.手油泵工作为使冷车启动前喷油泵充满燃油。,,第四节喷油泵,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，定压（提高油压）、定时（控制喷油时间）、定量（控制喷油量）地向喷油器输送高压油液。如图所示。外形图。为满发动机的工况需求，对喷油泵的具体要求有以下几点。一、喷油泵地分类与系列二、A型喷油泵三、P型喷油泵,,对喷油泵的要求,1.按柴油机工作顺序供油，而且各缸供油量均匀；2.各缸供油提前角要相同，相差不得大于0.5曲轴转角；3.各缸供油延续时间要相等；4.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。,,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7O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柱塞弹簧钢25控制套简26齿圈27轴承座28凸轮轴29控制齿条30齿条止动螺钉,,,一、喷油泵的分类与系列,1.柱塞式喷油泵性能良好，工作可靠，为目前大多数汽车柴油机所采用。工作原理。柱塞式喷油泵的组成。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，可以消除高压油管带来的不利影响。但要求在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。4.国产系列喷油泵国产系列泵有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，后两种为转子式喷油泵。,柱塞式喷油泵的工作原理,在多缸柴油机上，每一个气缸需要一套泵油机构进行供油，这套泵油机构称为分泵。将各分泵组装在同一壳体中，共用一根凸轮轴驱动，并对气供油量进行统一的调整，即为泵油总成。分泵中的主要组件是柱塞副（柱塞和柱塞套）。常用的两种构造。一、柱塞副的构造及工作过程二、供油量的调节,,,柱塞副的构造,螺旋槽式；斜槽式,,一、柱塞式喷油泵的工作过程,1.柱塞副的构造柱塞和柱塞套筒。2.柱塞的工作过程进油过程；压油过程；回油过程,工作过程动画演示,,二、供油量的调节,发动机在各种工况时，柱塞的螺旋槽或斜槽上线相对于回油孔的位置如下1．熄火位置2．怠速位置3．中等负荷位置4．全负荷位置5．留有余地的位置,动画演示,,柱塞式喷油泵的组成,柱塞式喷油泵由分泵、油量调节机构、驱动机构、泵体（壳体）四部分组成。喷油泵的润滑。,,一、分泵,组成柱塞14柱塞套筒13出油阀4出油阀座1减容器7出油阀弹簧5回位弹簧15弹簧座16出油阀压紧螺6如图所示,,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；4.使高压油管长期存油，并能使管中的空气顺利排出，有利于柴油机顺利起动,工作过程动画演示,,二、油量调节机构,如图所示1.拨叉式油量调节机构调节臂；调节叉（拨叉）；供油拉杆。2.齿杆式油量调节机构,,动画演示,2.齿杆式油量调节机构,由齿杆4、齿扇3和传动套2等组成。油量调节机构的装配标记、供油拉杆的限位。,动画演示,,油量调节机构的装配标记,齿杆式油量调节机构零件较多，为保证各分泵柱塞和齿杆位置一致，各分泵柱塞的传动套、齿扇、齿杆、柱塞都有装配记号。,,,,供油拉杆（齿杆）的轴向限位器,1.安装位置齿杆前端的泵体上。2.组成限位塞和弹簧等。3.作用是限制供油拉杆在一定范围内移动，仅限于在怠速和全负荷工况范围内移动，而熄火和起动加浓工况必须有专门的限位措施。,,三、分泵驱动机构,1.组成由喷油泵的凸轮轴和滚轮体等传动件组成。2.作用推动柱塞往复运动，完成进油、压油、回油过程；并保证供油正时。它与体外的驱动机构配合工作。,,凸轮轴,传送推力使柱塞运动，产生高油压。同时还保证各分泵按柴油机的工作顺序和一定的规律供油。,,滚轮体传动件,1.功用是变凸轮的旋转运动为自身的直线往复运动，推动柱塞上行供油。此外，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。2.构造调整式滚轮体调整垫块式滚轮体；调整螺钉式滚轮体不可调整滚轮体。如图所示,,四、泵体（壳体）,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。如图所示,,A型泵,（1）齿杆式油量调节机构（2）调整垫块式滚轮体（3）泵体上体灰铸铁铸造；下体铝合金铸造如图所示,,P型喷油泵的结构特点,（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）采用压力润滑方式如图所示,,第五节喷油提前角的调整装置,喷油提前角的大小对柴油机工作过程有很大影响。为保证发动机具有良好的使用性能，必须选择最佳的喷油提前角。喷油提前角实际上是由喷油泵的供油提前角来保证的。而整个喷油泵的供油提前角可以通过改变发动机曲轴和喷油泵凸轮轴之间的相位角来调整。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，以获得最佳的喷油提前角。二、供油提前角自动调节器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。,,第六节分配式喷油泵,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。一、分配泵与柱塞式喷油泵相比，有如下特点二、VE型分配泵结构三、VE型分配泵工作过程四、电磁式断油阀五、液压式喷油提前器,,,一、分配泵与柱塞式喷油泵相比，有如下特点,1.分配泵结构简单，零件少，体积小，质量轻，使用中故障少，容易维修。2.分配泵精密偶件加工精度高，供油均匀性好，不需要调节各缸供油量和供油定时。3.分配泵的运动件靠喷油泵体内的柴油进行润滑和冷却，因此，对柴油的清洁度要求很高。4.分配泵凸轮的升程小，有利于提高柴油机转速。,,,二、VE型分配泵结构,VE型分配泵由驱动机构、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。此外，机械式调速器和液压式喷油提前器也安装在分配泵体内，如图所示。,,,三、VE型分配泵工作过程,工作过程包括进油过程；泵油过程；停油过程；压力平衡过程。如图所示。,,,第七节调速器,一、设置调速器的必要性1.速度特性是指供油拉杆位置不变时，喷油泵每一循环供油量（Δg）随转速变化的规律。2.原因柱塞运动速度增加时，产生早喷晚停；柱塞运动速度增加时，泄漏量相对减少。3.恶果当负荷变化时转速升高Δg增加,ηv下降，造成油多气少而冒黑烟，形成恶性循环而“超速”（飞车），严重时旋转机件损坏；转速降低Δg减少，ηv上升，造成油少气多而“游车”（不稳定），甚至熄火。4.功用调速器的功用是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运转。二、种类两速式调速器；全调速器,,两速式调速器,它能保持柴油机平稳的怠速，防止游车或熄火；又能限制柴油机不超过某一最大转速，从而防止了超速（飞车）至于中间转速，则利用人工调节供油量。1.RQ型调速器结构2.RQ型调速器基本工作原理,,,2.RQ型调速器基本工作原理,,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,动画演示,,全速式调速器,它不但能保持柴油机最低稳定转速和限制最大转速，并能根据负荷的大小保持和调节任一选定的转速。1.VE型分配泵调速器结构2.VE型分配泵调速器工作原理起动工况；怠速工况；部分负荷最高转速；全负荷最高转速；最大供油量的调节。动画演示。3.增压补偿器,,,1.VE型分配泵调速器结构,调节过程示意图,,第八节喷油器,一、喷油器的作用和要求结构图；外形图1；外形图2。功用一是使一定数量的燃油得到良好的雾化，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。工作原理。二、分类按结构型式可分为开式和闭式两大类。中小功率高速柴油机绝大多数采用闭式喷油器。常见的型式有两种孔式喷油器和轴针式喷油器。外形图。三、材料喷油器的主要零件是喷油嘴（针阀和针阀体），多用耐热强度好的优质轴承钢制成。,,一、孔式喷油器,孔式喷油器的喷孔数目一般为18个，喷孔直径为0.20.8mm，它可以喷出一个或几个锥角不大、射程较远的油束。喷孔越多则孔径越小，雾化越好，分布越均匀。常用于直接喷射式燃烧室。如图所示。,,,,l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,,动画演示,第九节电控柴油喷射系统,柴油机电控燃油喷射系统的研究开发始于20世纪70年代，80年代进入应用阶段，90年代得到迅速发展。它对提高柴油机的动力性能、经济性能、运转性能和排放性能都产生了极大的影响。一、电控柴油喷射系统的优点与传统的机械方式比较，电控柴油喷射系统具有以下优点（1）对喷油定时的控制精度高高于0.5CA，反应速度快；（2对喷油量的控制精确、灵活、快速，喷油量可随意调节，可实现预喷射和后喷射，改变喷油规律；（3喷油压力高高压共轨电控喷油系统高达200MPa，不受发动机转速影响，优化了燃烧过程；（4）无零部件磨损，长期工作稳定性好；（5）结构简单，可靠性好，适用性强，可以在新老发动机上应用。二、电控柴油喷射系统的基本原理三、电控柴油喷射系统的分类,,二、电控柴油喷射系统的基本原理,电控柴油喷射系统由传感器、电控单元ECU和执行机构三部分组成。传感器采集转速、温度、压力、流量和加速踏板位置等信号，并将实时检测的参数输入计算机，传感器包括加速踏板位置、发动机转速、凸轮轴位置、燃油压力、喷油正时、油量控制机构、空气流量、增压压力、进气温度、水温、燃油温度、空调、起动信号、车速、电源电压、氧等传感器；ECU是电控系统的“指挥中心”，对来自传感器的信息同储存的参数值进行比较、运算，确定最佳运行参数；执行机构按照最佳参数对喷油压力、喷油量、喷油时间、喷油规律等进行控制，驱动喷油系统，使柴油机工作状态达到最佳。,,三、电控柴油喷射系统的类型,根据喷油量的控制方式可分为两大类1.位置控制系统位置控制的柴油机电控喷射系统不改变传统的喷油系统的工作原理和基本结构，只是采用电控组件，代替调速器和供油提前器，对分配式喷油泵的油量调节套筒或柱塞式喷油泵的供油齿杆的位置，以及油泵主动轴和从动轴的相对位置进行调节，以控制喷油量和喷油定时。优点无须对柴油机的结构进行较大改动，生产继承性好，便于对现有机型进行技术改造。缺点控制系统执行频率响应仍然较慢、控制频率低、控制精度不够稳定。喷油率和喷油压力难于控制，而且不能改变传统喷油系统固有的喷射特性，因此很难较大幅度地提高喷射压力。2.时间控制系统,,分类,按其共轨压力的高低又分为1.高压共轨这种喷射系统由于其喷油压力、时间、油量及喷油规律柔性可调，性能优越广泛应用于现代电控柴油车上。高压共轨电控柴油喷射系统基本组成主要由低压油路、高压油路、传感与控制等部分。如图所示。2.中压共轨3.低压共轨,,思考题,1.柴油机供给系的组成和工作情况。高压和低压油路是由什么装置建立的2.柴油机混合气形成的方法3.燃烧室的分类各种燃烧室混合气的形成特点4.喷油器的分类、作用、组成和应用。5.喷油泵的作用、分类、要求。6.柱塞式喷油泵的组成和工作原理（油压的建立、供油量的调整和供油时刻的调整。7.什么叫供油提前角如何调整喷油泵的供油提前角8.什么叫喷油泵的速度特性为什么车用柴油机要装调速器调速器有何作用,,