电控柴油机喷射系统

第6章柴油机供给系6．1概述6．2柴油机可燃混合气形成和燃烧过程6．3燃烧室6．4喷油器6．5喷油泵6．6调速器6．7喷油提前角调整装置6．8辅助装置6．9电控柴油机喷射系统6．1概述柴油机使用的燃料是柴油。柴油与汽油相比具有黏度大，蒸发性差的特点。柴油机采用高压喷射的方法，在压缩行程接近终了时把柴油喷入气缸，直接在气缸内部形成均匀的混合气，并借气缸内空气的高温自行发火燃烧。功能：为柴油机气缸内混合气形成与燃烧提供所需的燃料。6．1．1柴油机燃油供给系的组成组成：由燃油供给、空气供给、混合气形成及废气排出四套装置等。6．1．2柴油机的特点柴油机的特点主要与汽油机相比较表现在六个方面：1．压缩比较大2．经济性好3．无点火系统，维修方便4．吸人气缸的是纯空气，混合气形成、点火和燃烧方式不同于汽油机。5．排气污染小但在高温的空气下易形成较多氮氧化合物，在大负荷下，高温缺氧易产生黑烟。6．成本较高，排气噪声较大，废气中含有二氧化硫6．1．3柴油机燃油供给系的功用及燃料1．功用贮存、滤清和输送柴油，并按柴油机各种不同工况的要求，定时、定量、定压喷入燃烧室，使其与空气迅速而良好地混合和燃烧，最后将废气排人大气。2．柴油柴油的使用性能指标主要是发火性、蒸发性、粘度和凝点。发火性是指燃油的自然能力。柴油机的发火性用“十六辛烷值”表示，十六辛烷值愈高，发火性越好，但是十六辛烷值高的柴油的凝点也高，因而蒸发性差。故通用柴油的十六辛烷值应在40—50范围内。6．2柴油机可燃混合气形成和燃烧过程6．2．1可燃混合气的形成特点1．柴油机在进气行程中进入气缸的是纯空气，在压缩行程接近终了时，柴油才被喷入气缸，经一定准备后即自行燃烧，故混合空间小、时间短。2．柴油机的混合气在气缸内形成的空间和时间有限，因而混合气成分在燃烧室分布很不均匀，空气过量系数很大。3．边喷边燃烧，使混合气的成分不断变化。这样混合气浓的地方柴油缺氧而燃烧不完全；混合气稀的地方空气不充分，产生大量的NO。造成排放污染。6.2.2可燃混合气的形成与燃烧1．混合气的形成方法1）是空间雾化混合方式，2）是油膜蒸发混合方式，3）一种是复合式。2．混合气的形成和燃烧根据气缸压力和温度变化的特点，可将混合气的形成和燃烧按曲轴的转角划分成四个阶段：(1)备燃期(2)速燃期(3)缓燃期(4)后燃期6．3燃烧室柴油机的混合气是在燃烧室中形成的，可以说燃烧室的形状对可燃混合气的形成和燃烧好坏有直接的影响。按照结构形式，柴油机的燃烧室分成两大类：统一式燃烧室和分隔式燃烧室常见的结构形式：1．ω形燃烧室ω形燃烧室是由平的气缸盖底面和活塞顶内的ω形凹坑及气缸壁组成。属于直接喷射式燃烧室和空间混合方式。6．3．1统一式燃烧室2．球形燃烧室球形燃烧室的活塞凹顶表面轮廓呈球形，利用螺旋进气道组织强烈的空气涡流，并采用单孔或双孔喷油器将燃油在高压下顺气流和接近于燃烧室的切线方向喷人燃烧室内。3．四角形燃烧室属于直接喷射式燃烧室和空间混合方式。结构特点：燃烧室的底部仍是ω形，燃烧室的上部逐渐过渡为四方。四方形的四个角为圆角，以避免热应力集中和气流死角。喷射时四个喷孔对着燃烧室的四个角喷油。1．预燃室式燃烧室组成:一部分位于活塞的顶面和气缸盖的底面之间，称为主燃烧室:另一部分在气缸盖中称为副燃烧室。两部分之间有一个或几个孔道相连接。常见的形式有涡流式燃烧室和预燃室式燃烧室两种。6．3．2分隔式燃烧室2．涡流室式燃烧室涡流室一般由两部分构成，其上部直接在气缸盖内铸出，而下部由耐热钢单独制成的带有通道的镶块，镶嵌在缸盖内。6．4喷油器功用:根据喷油泵的出口压力对喷射燃油进行计量并以高压将柴油雾化成较细的颗粒，把它们分布到燃烧室中，剩余燃油流回到柴油箱中。分为开式和闭式两种，开式喷油器的高压油腔通过喷孔直接与燃烧室相通，而闭式则在其之间加装针阀隔断。车用柴油机绝大多数采用闭式喷油器。常见的形式有两种：孔式喷油器和轴针式喷油器。孔式喷油器用在直喷式燃烧室柴油机中，而轴针式喷油器则用在分隔的预燃室式和涡流室式燃烧室的柴油机中。6．4．1孔式喷油器孔式喷油器的结构，它主要由针阀、针阀体、顶杆、调压弹簧、调压螺钉、喷油器体组成。进油管高压油腔调压螺栓调压弹簧针阀工作中，由喷油泵输来的高压柴油，经过油管接头进入喷油器，油压作用在针阀的承压锥面上，对针阀形成一个向上的轴向推力，当此推力一旦大于调压弹簧的预紧压力及针阀偶件之间的摩擦力(此力很小)，针阀立即上移，针阀下端密封锥面离开针阀体锥形环带，打开喷孔，于是柴油即以高压喷入燃烧室中。喷油器调压弹簧的预紧力由调压垫片调整，如上图。6．4．2轴针式喷油器喷油时喷注将呈空心的锥状或柱状通过断面与喷注锥角的大小取决于轴针的升程和形状，因此要求轴针的形状加工得很精确。高压油腔承压锥面轴针密封锥面6．4．3低惯量喷油器传统的喷油器挺杆较长，调压弹簧位置距针阀较远，使针阀上下运动惯性增大，对针阀体上密封锥面的冲击加大，针阀对油压的反应灵敏度降低。为提高喷油器的使用寿命，优化针阀关闭速度，一般对于大于3000r／min的柴油机，应采用低惯量喷油器。6．5喷油泵6．5．1喷油泵功用及分类按其作用原理不同可分为以下三类：1．柱塞式喷油泵2．喷油泵一喷油器3．转子分配式喷油泵6．5．2柱塞式喷油泵的结构和工作原理1．柱塞式喷油泵的结构组成：由分泵、油量调节机构、驱动机构、泵体四部分组成。分泵中的主要组件是柱塞副的结构。柱塞柱塞套进油孔螺旋槽(1)分泵包括：柱塞、柱塞套筒、回位弹簧、弹簧座、出油阀、出油阀座、出油阀弹簧、减容器、出油阀压紧螺母等零件。(2)油量调节机构作用：执行驾驶员或调速器作用的指令，转动柱塞改变分泵的供油量，以适应柴油机负荷和转速的需要。同时还可以通过它来调整各缸供油的均匀性。(3)分泵驱动机构由喷油泵的凸轮轴和滚轮体等传动件组成，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。(4)泵体是喷油泵的基础件，所有的零件通过它组合在一起构成喷油泵整体。泵体分组合式和整体式两种，多用铝合金铸成。出油阀是分泵的主要部件，常用的出油阀实质上是一个单向自动开关阀，并具有减压的功能。它在柱塞泵的油压作用下开启，在其弹簧和油管中油压作用下关闭。由于齿杆式油量调节机构零件较多，为了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、柱塞都有装配位置记号，如左图所示。装配时记号对齐，方可上试验台精密调试。供油拉杆(齿杆)的轴向限位器如左图，多在喷油泵齿杆前端的泵体上，或在调速器的盖上。组成：限位塞和弹簧等零件。作用：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。喷油泵的驱动机构由喷油泵的凸轮轴和滚轮体等传动件组成，它的作用是推动柱塞往复运动，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。凸轮轴上的凸轮数目与缸数相同，相邻工作两缸凸轮间的夹角叫供油间隔角，角度的大小同配气机构凸轮轴同名凸轮的排列，四缸柴油机为90°。带有滑动配合衬套的滚轮松套在滚轮轴上，轴也松套在滚轮架的座孔中。因此相对运动发生在三处，相对滑动的速度相应降低，减轻了磨损，且磨损均匀。特点是在滚轮架上端装有工作高度可调节的调整螺钉。拧出螺钉，h值增大，供油提前角即增大；拧人螺钉，h值减小，供油提前角即减小。2．喷油泵的工作原理6．5．3国产系列柱塞式喷油泵国产系列喷油泵有：A型泵、B型泵、P型泵和VE泵等。其系列是根据柴油机单缸功率范围对供油量的要求不同，以柱塞行程再分别配以不同尺寸的柱塞直径，组成若干种在一个工作循环内供油量不等的喷油泵。当柱塞上升到封闭进油孔时，泵腔油压升高，克服出油阀弹簧的预紧力后，出油阀开始上升，阀的密封面离开阀座。这时还不能立即供油，一直要等到减压环带完全离开阀座的导向孔时，即出油阀要上升一段距离h后，才有燃油进入高压油管，使管路油压升高；按结构不同分为：1．径向压缩式分配泵2．轴向压缩式分配泵轴向压缩式分配泵和径向压缩式分配泵的主要区别在于分配转子的运动状态和调速机构的不同。它主要由驱动机构、第二级滑片式输油泵、高压泵头、供油提前角自调速器等组成。6．5．4转子分配式喷油泵径向压缩式分配泵轴向压缩式分配泵6．5.5PT型喷油泵PT泵起到输油、调压、调速的作用。即在适当压力下将燃油输入喷油器；当柴油机转速随负荷变化时能相应地改变供油压力，以得到所需的循环供油量；限制柴油机超速和稳定怠速。6．6调速器作用：随着柴油机负荷的变化(工作机械的阻力)自动调节喷油泵的油量，自动改变柴油机的转速，使柴油机能稳定运转，防止柴油机飞车和熄火。按其功能可分为四类：定速调速器、两速调速器、全速调速器和综合调速器。6．6．1两速调速器两速调速器适用于一般条件下使用的汽车柴油机。它只能自动稳定和限制柴油机最低和最高转速，而在所有中间转速范围内则由驾驶员控制。6．6．2全速调速器全速调速器不仅能够稳定怠速和限制超速，而且能控制柴油机在允许的转速范围内的任何转速下稳定的工作。常见的结构形式：1)机械离心式2)气动式1)机械离心式全速调速器2)气动式全速调速器6．6.3综合式调速器作用：兼备两速调速及全速调速的功能。在一般条件下行驶的汽车，多利用其两速调速功能，可获得的加速踏板力小、加速性能好、加速时冒烟少的效果。在较复杂条件下行驶的汽车，则利用其全速调速功能，以保证发动机在负荷多变情况下，仍可使转速基本稳定，既减轻了驾驶员的操作疲劳，又延长了发动机使用寿命。6．7喷油提前角调整装置对柴油机工作过程影响:喷油提前角过大时,由于喷油时缸内空气温度较低,混合气形成条件较差，备燃期较长，将导致发动机工作粗暴。而喷油提前角过小时，将使燃烧过程延后过多，所能达到的最高压力较低，热效率也显著下降，且排气管中常有黑烟冒出。因此为保证发动机有良好的性能，必须选定最佳喷油提前角。6．8辅助装置6．8．1柴油机燃油系统输油泵柴油机输油泵一般装在燃油箱和高压喷油泵间，输油泵一般可分为机械式和电气式两大类。1.活塞式输油泵的结构形式2．齿轮式输油泵活塞式输油泵的结构齿轮式输油泵6．8．2柴油滤清器作用：滤去柴油中的杂质、水分和石蜡，以减小各精密偶件的磨损，保证喷雾质量。组成：多用过滤式，滤芯的材料有绸布，毛毡、金属丝及纸质等等。由于纸质滤芯是用树脂浸泡制成，具有滤清效果好、成本低等特点，因而得到广泛的应用。6.8．3起动辅助装置柴油机因压缩比较大，起动阻力矩大，而且柴油机是压缩自燃，低温时着火困难。为了改善柴油机的起动性能，多装有便于起动的辅助装置。其主要功能是改善燃料的着火条件和降低启动阻力矩。改善燃料着火条件有三种方式：一是在分开式的燃烧室中可装电加热塞来保证冷机起动，起动前接通电热塞电路，加热20～30s，温度可升高到1300K，起动后即断开电路；二是对进入气缸的空气进行加热，目前常用火焰加热器对进气管加热；三是在进气管上装起动液喷射器用手动泵或电动泵将易燃的起动液喷人进气管(乙醚、丙烷、丁烷等)，使它和空气一起进入气缸，在较低的压缩终了温度下发火引燃柴油。在分开式的燃烧室中可装电加热塞来保证冷机起动，如右图所示，起动前接通电热塞电路，加热20～30s，温度可升高到1300K，起动后即断开电路；6．9电控柴油机喷射系统6．9．1组成和工作原理主要由传感器、ECU(中央控制引元)和执行器三部分组成。任务是对喷油系统进行电子控制，实现对喷油量以及喷油定时和随运行工况的实时控制。电控系统采用转速、温度、压力等传感器，将实时检测的参数同步输入ECU并与ECU已储存的参数值进行比较，经过处理计算，按照最佳值对喷油泵、废气再循环阀、预热塞等执行机构进行控制，驱动喷油系统，使柴油机运作状态达到最佳。6．9．2电控分配泵喷射系统以日本电装公司ECD—V1系统为例进行说明位置控制电控分配泵喷射系统工作原理和工作过程：ECD—V1是在VE分配泵上进行电子控制的系统，其结构见图6—52。该系统保留了VE分配泵上控制喷油量的溢油环(也称滑套)，取消了原来的机械调速机构，采用一个布