汽车发动机构造与维修资源(5)《汽车发动机构造与维修》李庆军

第四章柴油机燃料供给系机械工业出版社第一节柴油机燃料供给系的构造及原理柴油机燃料供给系的组成：柴油机供给系的作用是贮存、滤清柴油，根据柴油机不同的工况要求，按其工作顺序，定时、定量、定压并以一定的喷油质量将柴油喷入燃烧室，并与空气迅速混合燃烧，再将燃烧后的废气排入大气。柴油机燃料供给系由燃油供给、空气供给、混合气形成及废气排出装置组成。如图4-1所示。图4-1柴油机供给系的组成示意图1-喷油器2-高压油管3-回油管4-柴油细滤清器5-喷油泵6-供油提前自动调节器7-输油泵8-柴油粗滤清器9-柴油箱二、柴油机供给系的工作原理柴油机在工作过程中，依靠输油泵的作用不断地将油箱中的柴油吸出，并经柴油滤清器滤去杂质后，输入喷油泵的低压油腔，通过柱塞和出油阀将燃油压力提高，经高压油管输送到喷油器，燃油呈雾状喷入燃烧室，在燃烧室内形成混合气。由于输油泵的供油量大于喷油泵所需供油量，过量的柴油便经回油管回到滤清器或油箱。从柴油箱至喷油泵入口处这段油路中的油压是由输油泵建立的，一般为0.15～0.3MPa，故这段油路称为低压油路。从喷油泵到喷油器这段油路中的油压是由喷油泵的柱塞和出油阀建立的，一般在10MPa以上，故称此段油路为高压油路。在柴油机燃油供给装置维修和装配后，必须将柴油机整个油路中的空气排除，使柴油充满喷油泵，为此在输油泵上装有手动油泵，以满足油路中的空气排除。喷油泵凸轮轴的前端与供油提前器连接，后端与调速器组成一体，它们分别起喷油定时和喷油量的自动调节作用。第二节柴油机混合气的形成和燃烧室一、可燃混合气的形成与燃烧根据气缸中压力和温度的变化特点，可将混合气的形成与燃烧过程按曲轴转角划分为四个阶段:1、第一阶段为备燃期即喷油始点A至燃烧始点B之间所对应的曲轴转角。备燃期的长短是影响柴油发动机工作粗暴程度的重要因素。2、第二阶段为速燃期即燃烧始点与气缸内产生最大压力点之间所对应的曲轴转角。3、第三阶段为缓燃期即从最高压力点至最高温度点为止的曲轴转角。在此阶段，燃气温度继续升高，但由于氧气减少，废气增加，燃烧条件变差，故燃烧越来越慢。喷油过程一般在缓燃期内结束。4、第四阶段为后燃期在此期间，压力和温度均降低。由于柴油的蒸发性和流动性较差，且柴油机混合气形成时间极短，使得柴油难以在燃烧前彻底雾化蒸发并同空气均匀混合，即柴油机可燃混合气的品质较差。因此，柴油机采用较大的过量空气系数，使喷入气缸的柴油能够燃烧得比较完全。为改善混合气形成条件，不致出现太长的备燃期，保证柴油机工作柔和，除了选用十六烷值较高的柴油，采用较高的压缩比（15～22），以提高气缸内空气温度，促进柴油蒸发等，还要求喷油器必须有足够的压力，一般在10MPa以上，以利于柴油的雾化。此外，在燃烧室内形成强烈的空气运动，促进柴油与空气的均匀混合。二、燃烧室的结构由于柴油机混合气的形成和燃烧均在燃烧室中进行，所以燃烧室的结构将直接影响混合气的形成与燃烧。对燃烧室的要求，一是配合喷油形成良好均匀的混合气，改善燃烧，二是要求燃烧室的结构紧凑，以减小散热损失，提高热效率。柴油机燃烧室的种类较多，通常分为统一式燃烧室和分隔式燃烧室两大类。1、统一式燃烧室统一式燃烧室是由气缸壁和凹形活塞顶与气缸盖底面所包围的单一内腔构成，这种燃烧室一般用于多孔喷油器将柴油直接喷射到燃烧室中，借喷射油束的形状和燃烧室形状的配合以及燃烧室内的空气涡流运动，迅速形成可燃混合气，故此种燃烧室又称为直接喷射式燃烧室。常见的统一式燃烧室结构型式有ω形燃烧室、球形燃烧室和U形燃烧室，如图4-2所示。图4-2统一式燃烧室结构型式1-活塞2-活塞环3-气缸套4-气缸盖→柴油喷射方向a）ω形燃烧室b）球形燃烧室c）U形燃烧室目前车用柴油机大都采用ω形燃烧室及其各种改进型。借助气流运动迅速与空气混合，另有少量燃油被喷到燃烧室壁面，形成油膜，在燃烧开始后才迅速蒸发而参加燃烧。为了更好地提高直喷式燃烧室的燃烧过程，在传统ω形燃烧室的基础上，发展了多种新型燃烧室，新型燃烧有着各自的特点。图4-3挤流口式燃烧室（1）挤流口式燃烧室，如图4-3所示，为降低柴油机噪声的改善排放而设计的，主要是缩小了燃烧室凹坑唇口处尺寸来产生强烈的压缩挤流，从而产生空气的紊流运动。其主要优点是:①能防止燃气从活塞顶上碗形室过早地向燃烧室容积传播；②可保持燃烧室壁温较高，以防止火焰熄灭并能促进油滴蒸发。（2）四角ω形燃烧室，如图4-4所示，利用四角ω形凹坑组织二次扰动（除了进气涡流外，拐角处又形成小旋涡）来实现燃油和空气的良好混合，以提高燃烧速度。图4-4四角ω形燃烧室1-电热塞2-喷油嘴（3）微涡流燃烧室如图4-5所示，燃烧室由两部分组成:上部为四角形，下部分为圆形，两部分经切削加工圆滑过渡。是集中ω形和四角ω形二者的优点，同时又有缩口，增加了挤流的影响。图4-5微涡流燃烧室（4）花瓣形燃烧室如图4-6所示，CA6110型柴油机采用该燃烧室，基本结构与ω形燃烧室近似，它利用花瓣形所具有的几何特点，选择进气涡流、喷油系统和燃烧室形状，将三者良好地匹配，可保证柴油机具有较低的燃油消耗率，启动性能好，减小噪声、降低排污以获得较佳的综合指标。图4-6花瓣形燃烧室2、分隔式燃烧室燃烧室由两部分组成，一部分位于缸壁和活塞顶与缸盖底面够成，称主燃烧室；另一部分在气缸盖中，称副燃烧室。主、副燃烧室之间由一个或多个通道连通。分隔式燃烧室常见的型式有涡流室式和预燃室式两种，如图4-7所示。图4-7分隔式燃烧室1-活塞2-主燃烧室3-通道4-副燃烧室（1）涡流室式燃烧室副燃烧室是球形或圆柱形的涡流室，借与其内壁相切的孔道与主燃烧室连通，因此在压缩行程中，空气从气缸被挤入涡流室时形成强烈有规则的涡流。涡流室中产生的气流运动比上述直接喷射燃烧室中的进气涡流更强，因此可降低对喷雾质量的要求，即可采用喷油压力较低（12～14MPa）的轴针式喷油器。（2）预燃室式燃烧室预燃室（辅助燃烧室）容积约为燃烧室总容积的25%～40%，并用一个或几个小孔与主燃烧室连通。依靠空气的紊流运动与空气初步混合，并有小部分燃油发火燃烧，大部分未燃烧柴油连同燃气经小孔高速喷入主燃烧室，在主燃烧室内产生不规则的涡流运动，进一步与空气混合以实现完全燃烧.预燃室一般用耐热钢制造，嵌入气缸盖内。由于混合气先在辅助燃烧室燃烧后主燃烧室再燃烧，发动机工作柔和，排气污染小。但分隔式燃烧室散热损失和节流损失较大，启动性和经济性较差，必须用更高的压缩比而且要在辅助燃烧室中安装启动电热塞。涡流室和预燃室多用于小型高速柴油机上，缸径一般在l00mm以下。三、喷油器的结构与工作原理喷油器的作用是将喷油泵供给的高压油以一定的压力、速度和方向喷入燃烧室，使喷入燃烧室的燃油雾化成细粒分布在燃烧室中，以利于混合气的形成和燃烧。1、孔式喷油器（1）孔式喷油器的结构如图4-8所示，其中最主要的是用优质合金钢制成的针阀和针阀体成对精密偶件。针阀下端的圆锥面与针阀体下端的环形锥面共同起密封作用，如图4-9所示，用于打开或切断高压柴油与燃烧室的通路。图4-8柴油机孔式喷油器1-接头螺栓2-调压螺钉盖3-调压螺钉4-调压弹簧5-顶杆6-螺柱7-喷油器体8-针阀9-针阀体10-喷油嘴紧帽图4-9孔式喷油嘴1-针阀2-针阀体3-高压油腔4-压力室针阀底部还有一环形锥面位于针阀体的环形油槽中，该锥面承受燃油压力推动针阀向上运动。针阀顶部通过顶杆承受调压弹簧的预紧力，使针阀处于关闭状态。该预紧力决定针阀的开启压力或喷油压力，调整调压螺钉可改变喷油压力的大小。喷油器工作时从针阀偶件间隙中泄漏的柴油经回油管接头螺栓流回回油管。2）孔式喷油器的工作原理柴油机工作时，来自喷油泵的高压柴油作用在针阀的锥形环带上形成向上的轴向推力，使针阀向上移动，针阀下端锥面离开针阀锥形环带，打开喷孔，高压柴油喷入燃烧室。喷油泵停止供油时，高压油路内压力迅速下降，针阀在调压弹簧作用下及时回位，将喷孔关闭，如图4-10所示图4-10喷油器的工作原理图孔式喷油器的特点是喷孔数目较多，一般为1～8个喷孔；喷孔直径较小，一般为0.2～0.8mm。喷孔数目和分布的位置，根据燃烧室的形状和要求而定。轴针式喷油器的工作原理与孔式喷油器相同。其构造特点是针阀体下端的密封锥面以下还延伸出一个轴针，其形状可以是倒锥形和圆柱形，如图4-11所示。轴针伸出喷孔外，使喷孔成为圆柱状的狭缝（轴针与孔的径向间隙一般为0.005～0.25mm）。使喷出的燃油呈空心的锥状或柱形，如图4-12所示。4-11轴针式喷油器1-针阀2-针阀体3-密封锥面4-轴针图4-12轴针式喷油器的喷油轴针式喷油器喷孔直径一般在1～3mm范围内，喷油压力为10～14Mpa。喷孔直径大，加工方便。工作时由于轴针在喷孔内往复运动，能清除喷孔中的积炭和杂物，工作可靠。它适用于涡流室式燃烧室和预燃室式燃烧室。四、对多缸机喷油泵的要求根据柴油机各种不同工况的要求，定时、定量、定压的将高压燃油送至喷油器，然后经喷油器喷入燃烧室。第三节连接器及供油提前调节装置一、连接器1、连接器的作用连接器的作用不仅起传递动力作用，而且还可以补偿安装时两轴间同轴度的偏差以及利用两轴间少量的相对角位移来调节喷油泵的供油正时。喷油泵的驱动如图4-13所示，它由曲轴前端的正时齿轮经中间传动齿轮驱动（空气压缩机）喷油泵正时齿轮。正时齿轮上均刻有正时啮合标记，必须按标记装配才能保证喷油泵的供油正时。图4-13喷油泵的驱动和供油正时1-喷油泵正时齿轮2-曲轴正时齿轮3-凸轮轴正时齿轮4-飞轮壳5-调速器6-托板7-喷油泵8-供油提前角自动调节器9-联轴节喷油泵正时齿轮输出轴与喷油泵凸轮轴之间用连接器连接。有的喷油泵直接利用其壳体上弧形槽，使泵体相对于喷油泵凸轮轴转动，以调节供油正时，省略了连接器。2、连接器的结构和原理常见的连接器有刚性十字胶木盘式和挠性钢片式两种。目前，汽车上主要用挠性钢片式连接器。CA6110柴油机喷油泵连接器即为挠性钢片式连接器结构如图4-14所示。图4-14柴油机喷油泵连接器1-连接盘2、5、8、11、13-螺钉3、6、9、12、14-垫圈4、10-钢片组7-十字架安装时要求驱动端与喷油泵凸轮轴端中心线同心度不大于0.3mm，摆角不大于0.5°，伸长或压缩误差不大于±0.5mm。二、输油泵输油泵的作用是将燃油从油箱内把燃油吸出，经燃油滤清器滤清后输送至喷油泵足够数量及一定压力的燃油。输油泵有活塞式、膜片式、齿轮式和叶片式等几种。活塞式输油泵由于工作可靠，目前广泛应用，CA6110型柴油机均采用该输油泵，如图4-15所示。图4-15CA6110输油泵分解图1-螺塞2、6、10、12、16-垫片3、7-油阀弹簧4-出油阀5-手油泵8-进油阀9-进油螺钉11-螺塞13活塞弹簧14-活塞15-顶杆17-出油螺钉18-卡环19-挺杆总成三、柴油滤清器柴油在运输和贮存过程中，难免会混入杂质和水分，若贮存较久后，胶质还会增多，每吨柴油中的机械杂质含量多达100～250g，这都对燃油供给系精密偶件产生极大危害。为保证喷油泵和喷油器可靠地工作，延长使用寿命，除使用前将柴油严格沉淀过滤外，在柴油机供油系统中还采用滤清器，以便滤除柴油中的机械杂质和水分。柴油滤清器有两种形式：一种为单级纸质滤清器，另一种为双级旋装式滤清器。目前车用柴油机多数采用的是双级旋装式滤清器（滤芯型号为X0710）。如图4-16所示是CA6110型柴油滤清器总成。图4-16两种形式的柴油滤清器a）单级纸质滤清器b）双级旋装式滤清器1-进油接头2-底座3-放气螺钉4-滤芯5-壳体6-出油接头当滤清器内油压超过溢流阀的开启压力（0.1～0.15MPa）时，使多余的柴油流回油箱，从而保证滤清器的油压在一定。第四节废气涡轮增压器废气涡轮增压技术是指采用由柴油机排气驱动的涡轮机同轴驱动压气机，从而提高气压增加充气量。实践表明，柴油机采用废气涡轮增压可提高功率10%～30%，同功率油耗下降3%～10%，此外，由于燃烧压力升高率降低，发动机工作较柔和，噪声比较小。目前已成为柴油机重要发展趋势之一并正在得到广