第四章

柴油機燃油供給系統

（交通運輸）思考題柴油機燃油系統的功用和組成？柴油的低溫流動性（凝點）？柴油的自燃性（16烷）不正常對柴油機的工作有何影響？柴油機混合氣的形成方式有哪幾種？各有何特點？燃燒室的種類特點？柴油機工作粗暴、冒黑煙的原因是什么？如何解決？柴油機啟動困難是何原因？柱塞泵的速度特性？供油提前角、噴油提前角、供油起始角有何不同？柴油機飛車如何解決？§5-1功用和組成

一、功用：

根據柴油機工況的要

求，定時定量的向燃燒室

噴入清潔霧化的柴油，并

迅速與壓縮空氣混合燃燒。

（自燃）

定時：

供油提前角要準確定量：

隨負荷加大而增加柴油量定壓：

保證噴油的霧化質量

二、組成：柴油箱→低壓輸油泵→濾清器→噴油泵→高壓油管→噴油器→燃燒室空氣濾清器→進氣管→燃燒室（內部混合，對柴油霧化要求高）

三、柴油的特性指標1、低溫流動性（凝點）3101柴油冷卻到失去流動性的溫度點。

凝點越低,含石蠟越少,提煉困難,價格越高。

柴油牌號凝點：攝氏度-10＃凝點：-10°C-20＃凝點：-20°C-35＃凝點：-35°C10＃凝點：10°C

注意：

選用柴油時，當地最低環境溫度應高出柴油凝點５~6℃。例如：－２０＃的柴油（凝點是－20℃）應在－１4

℃的環境條件下應用。

用十六烷值表示柴油的自燃能力。

⑴自燃標準燃料：16烷，氧化能力強，高溫空氣中最易自燃。

16烷值=100。⑵不易自燃的燃料：α-甲基萘，最不易自燃，16烷值=0

2.發火性(自燃值)

16烷+α甲基萘混合后，在CFR單缸試驗機上測定燃料的自燃性。

再換用被測柴油，在CFR單缸試驗機上測定柴油的自燃性，與上述混合燃料自燃性相同時。

即說明:被測柴油的16烷值=混合燃料中16烷的容積百分數。⑶高速柴油機

16烷值：45～60（3101）

16烷值太低：自燃性太差，τ長，聚集大量柴油同時燃燒,則工作粗暴,噪音大,振動,磨損加劇。16烷值太高:自燃性太好，τ短，柴油一出噴嘴就著火,后噴入的柴油被高溫燃氣包圍,缺氧,產生游離碳,冒煙。

3、蒸發性50%餾出溫度越低—蒸發性好，可迅速形成霧化氣體。此溫度應小于300℃閃點：柴油蒸汽與空氣形成的混合氣接近火焰時，開始出現閃火的溫度。閃點低，蒸發性好。4、粘度（霧化性）粘度大:霧化質量差,冒煙,但潤滑性好(柱塞,針閥）粘度小:霧化質量好,不冒煙,但潤滑性差(柱塞，針閥易磨損）

§5-2柴油機混合氣的形成與燃燒一、混合氣的形成1、空間混合：

利用在燃燒室中燃油與空氣的相對運動形成均勻的混合氣。

空氣渦流運動速度越高，則油柱與空氣的摩擦碰撞激烈，形成的油粒細碎,所以混合氣均勻。

2.油膜蒸發混合

噴在室壁上的柴油油膜,受熱蒸發與空氣渦流形成混合氣,逐層蒸發,逐層燃燒,柔和、輕聲、無煙。

3、復合式

柴油機低速時，以空間混合為主，好啟動。

柴油機高速時（機溫高,空氣渦流強度大)以油膜蒸發為主，輕聲無煙。二、柴油機的燃燒過程

解決工作粗暴，冒煙，啟動性差的問題。要求：

燃燒完全、迅速、及時、工作柔和、排污少、啟動性好。

燃燒完全：熱能充分發揮，污染少。及時：

在上止點附近燃燒，熱能的利用程度高。

㈠著火延遲期τ(滯燃期)m-n1、m點：

噴油缸內T↑P↑。物理準備：

霧化、吸熱、擴散、蒸發。化學準備：

分解和氧化。

2、n點：當T↑↑，P↑↑，物理化學反應到一定程度，自燃著火。T↑↑↑P↑↑↑著火點和壓縮線分離的點.。

特點：

τ=0.7-3毫秒（曲軸轉角4.2~18°）

τ越長，聚集燃油越多，燃前準備完，一齊著火，P上升劇烈，工作粗暴,所以：希望τ短。

影響因素：（1）燃料著火性能、壓縮終了溫度、供油提前角、霧化質量、轉速。（2）此階段只噴入循環供油量30~40%的油，燃料的發熱量幾乎為0。

㈡速燃期:

從氣缸壓力線離開壓縮線起到最高P點止。o點：多點同時著火,無組織,無次序的擴展，等容燃燒P↑↑,壓力升高率高。特點：1、最高P點在上止點后5~8°

如最高P點與上止點重合，說明壓力升高率太高，工作更粗暴。為控制壓力升高率不致太高，應減少τ內的混合氣量（油量）或縮短τ的時間㈢緩燃期：

噴油繼續進行，隨噴隨燃，活塞下行，容積增大，類似定壓加熱。⑴放熱量達到燃料熱量的70%，由于很多燃料在活塞容積加大的情況下燃燒。所以Tmax落后于Pmax。

⑵噴入的油,立即處于高溫燃氣包圍之中，氧氣很少，來不及進行化學準備，熱裂化,形成游離碳,即冒黑煙。所以,緩燃期不能太長，否則，熱損失大,冒黑煙(燃燒不完全)。

(四)后燃期

噴油停止，氣缸容積已很大，P↓氧氣少，剩余的油和中間產物燃燒速度很慢。所以，希望后燃期越短越好。否則，熱損失大，發動機過熱，排氣管冒火，排溫上升，污染嚴重。三、混合氣的形成與燃燒室

㈠柴油混合氣形成的特點1、混合氣形成時間極短，僅為汽油機的（相同n）1/45-1/70，加之柴油不易蒸發。2、對空氣利用較差（燃燒室各處不均勻，噴射延續）3、混合氣的形成和燃燒交錯進行。㈡改善措施:1.適當增加空氣的渦流運動2.柴油采用高壓霧狀準時噴射3.采用合理的燃燒室

混合氣形成方式：1.空間混合式：噴到燃燒室空間與空氣混合。2.油膜蒸發式：噴到燃燒室壁上受熱逐層蒸發，氣流的作用均勻逐層混合3.復合式㈢燃燒室1.直噴式：（1）開式（2）半開式

燃燒室的空間和氣缸容積形成統一的空間。

2.分隔式：

燃燒室的空間和氣缸容積，分隔成兩個空間，中間有通道相連。1.直接噴射式（開式）：燃燒室多在活塞頂。屬空間混合式：淺w型。

①噴射壓力高，多孔噴油，使油高度霧化。②油束錐角擴展與壓縮擠流空氣混合。③散熱面積小，熱損失少，無節流損失，經濟性好，好啟動。④工作粗暴，冒煙，對轉速和柴油較敏感。

3、半開式直接噴射：塞頂凹坑加深，凹坑口徑縮小，凹坑占75%~80%，采用螺旋進氣道和帶導氣屏的氣門。（1）ω型，屬空間混合

①高壓多孔噴射。

②利用特殊氣道的進氣渦流和壓縮擠流，促進油與空氣的混合。③少量柴油由于氣流作用，涂在壁上形成油膜蒸發，工作粗暴性降低。④但進氣道進氣阻力大、散熱多

4、四角型燃燒室

底部是ω形，上部過渡成四方形。

①燃燒室上部四方形，氣流運動摩擦、碰壁、抑制渦流，使NOx減少。②噴嘴對四個角噴射，保證了半開式燃燒室經濟性好的優點減少了排污5、球型燃燒室:

屬油膜蒸發式①單孔或雙孔噴油，順氣流方向噴射。②螺旋氣道產生強烈進氣渦流，被壓縮過程增強。

③壁面上的油（95%）逐層蒸發，與空氣混合燃燒，所以，工作柔和，振動噪音少，無煙。④冷車啟動性差，加預熱塞，加大啟動油量。

6、U型復合式①燃油噴射與氣流運動相垂直，靠氣流把油霧吹到燃燒室壁面②低速啟動時，氣流速度低，以空間混合為主，改善啟動性能。

③高速運轉時，氣流速度高，以油膜蒸發為主，工作柔和。7、分隔式空間混合式1)渦流室式

占總燃燒室容積的50%~80%①壓縮行程沿切向通道,擠入渦流室中,產生強烈壓縮渦流。②柴油順渦流方向噴入,與空氣混合燃燒。③著火后,氣流帶著未完全燃燒的燃料，沖出通道與主燃室內空氣再次混合燃燒。④渦流室下部由耐熱鋼制成的鑲塊，以保持溫度,有利于快速著火。⑤散熱面積大，熱損失多，通道節流作用大，經濟性差。

預燃室：占燃燒室的(25-40)%，先預燃燒著火,后經通道進入主燃室，產生渦流，與空氣混合燃燒。熱損失大，節流損失大，經濟性差。§5-3噴油器一、作用1、使一定數量的柴油得到良好的霧化。2、噴射油束按燃燒室類型合理分布。二、類型1、孔式噴油器2、軸針式噴油器德爾福直接驅動式共軌系統（CR）標志著柴油噴射技術的一項重大突破，噴油器針閥首次由壓電晶體直接驅動，消除了液壓回路及其引發的延遲和能源消耗。這一變化讓車輛制造商能夠在滿足未來排放法律法規的同時，做到更大的功率與更好的燃油經濟性。

要求:1、具有一定噴射壓力和射程，合理噴霧錐角和霧化質量。2、噴停迅速，不能滴油。3、最好的特性：

開始少、中期多、后期少

三、工作原理

1、軸針式

①高壓柴油推舉針閥錐面，使針閥克服彈簧壓力而上升。

高壓柴油通過軸針與噴孔之環隙，高速噴出霧化。

②油泵停供后

油壓<彈簧力，針閥下降，關閉噴孔，停止噴油。

③特點:（1）孔徑大，軸針活動，不易阻塞。（2）噴射壓力低，適于渦流室、預燃室式燃燒室。

（3）噴油特性:

先少后多，使柴油機工作柔和。初始:升程小，軸針在孔內環隙噴油，量小。后來:升程大，軸針離開噴孔，全孔噴油，量多2、孔式噴油器

①針閥的起落只起開閉噴孔的作用

②孔徑小（0.25-0.5mm)易堵③噴射壓力高175kg/cm2

④定向噴油(定位銷)

適合燃燒室形狀的要求。噴射壓力的調整：

螺釘擰入,噴射壓力提高;反之相反。§5—4噴油泵一、作用：

①產生高壓②定時③定量二、類型：1、柱塞式2、泵—噴油器式：噴油泵和噴油器和為一體，無高壓油管。

3、轉子分配式：只用一對柱塞產生高壓，轉子的旋轉，分配燃油三、工作過程㈠供油和停油1、進油：柱塞↓上部V↑P↓，低壓柴油充入泵腔。2、泵油：柱塞↑，上部V↓，P↑P大于出油閥彈簧力和殘余油壓，出油閥開，高壓柴油→高壓油管。

3、回油

柱塞↑至斜槽與回油孔相通，泄漏，出油閥關，停供。

減壓環的減壓作用使噴油器停油干脆。㈡油量調節1、△g決定于有效供油行程h2、h-柱塞上端至斜槽邊的距離

3、轉動柱塞可改變h①左旋式面對柱塞左旋增加油量h②右旋式面對柱塞右旋增加油量h4、柱塞斜槽類型（1）直線型受力均勻（中孔）加工方便（直線斜槽）

（2）螺旋型：受力不均勻（外槽）偏磨，加工困難（螺旋）①下螺旋槽式:

供油始點不變，改變供油終點a、供油始點不變供油提前角不能隨△g和n的變化而變化。b、隨△g的上升大負荷時加長了后燃期。

②上螺旋槽式*供油終點不變，改變供油始點*隨△g的上升供油提前角增大*適合于負荷穩定，n和△g變化一致的船用柴油機

③上下雙螺旋槽式*

供油始點和終點都變化。*適用于n和負荷多變的車用柴油機。*但加工復雜，應用較少。

㈢傳動機構凸輪軸滾輪體1、凸輪軸按一定的順序和規律向柴油機各缸供油希望：在較小的α范圍內得到較多的△g。△g=f（α）取決于凸輪形狀。

2、滾輪體墊塊式調節螺釘式⑴工作高度H影響供油時間的早晚。⑵多缸機可用H調節各缸的供油間隔角的均勻性。

①噴油泵供油起始角α—柱塞開始供油時，滾輪體中心線與凸輪中心線的夾角。H大，供油早，起始角大。H小，供油晚，起始角小。②柴油機供油提前角α-噴油泵供油時，曲柄中心線與氣缸中心線的夾角。③柴油機噴油提前角α-噴油器噴油時，曲柄中心線與氣缸中心線的夾角。

㈣噴油泵的潤滑：*獨立潤滑。*壓力潤滑：與柴油機主油道，壓力油道，用回油管保持油面。*供油提前角調節的必要性。

1、供油提前角太大（供油過早）

①備燃期長（P，T低），工作粗暴。早燃，反轉，過熱。②啟動困難，怠速不穩。2、供油提前角太小（供油過晚）①過后燃燒,熱損失大,動力不足。②冒黑煙，燃燒不完全，污染。供油提前角調整方法：轉凸輪軸轉油泵體改變凸輪與柱塞的相對位置

§5-5噴油泵調速器一、柱塞式噴油泵的速度特性循環供油量△g隨n升高而增加。

原因：n↑早噴、晚停、泄漏少。

1、n↑柱塞運動快，進油孔節流作用↑,柱塞上方油壓在未關閉進油孔之前,就開始升高。∴供油始點提前即：早噴。

2、n↑回油孔的節流作用↑和壓油的慣性，使柱塞上方的油，在斜槽與回油孔相通一段時間后，才停供。∴

供油終點延遲即：晚停

3、n↑柱塞泄漏量減少∴供油量↑，即n↑△g↑后果：（1）飛車：

當n↑，△g↑，ηv↑，油多空氣少,冒煙，飛車。

4、轉速低時：

△g減少，ηv↑，油少氣多、游車→熄火。主要是柴油機的進氣量，不能象汽油機那樣調節。∴必須加裝調速器，及時自動的調節△g。二、調速器種類

1、兩速式：

穩定怠速，限制最高轉速，中間轉速人工調節△g，適合車用柴油機。

2、全速式：

可根據負荷的大小，保持任意轉速的穩定。適合負荷多變的礦用車,越野車,自卸車等。

§5-6柴油機燃油系統的故障與排除一、起動困難現象：

起動機以正常轉速帶動曲軸，但排氣管不冒煙。

1、手模各缸高壓油管：①有脈動,故障在噴油器、供油時間、壓縮比。②無脈動,故障在噴油泵或低壓油路。

2、打開噴油泵放氣螺釘：①無油—檢查低壓油路。②有氣泡—放至無氣泡為止。③有水—放掉。④有油：⑴無脈動，無高壓油，柱塞卡在停供位置。⑵有脈動，有高壓油，查噴油時間、霧化質量、減壓機構、壓縮比。

二、運轉不穩

1、手摸各缸高壓油管：

無脈動油或脈動很弱的，說明該缸工作不正常。

2、單缸斷油法：

某缸斷油后，發動機轉速明顯降低的，說明該缸工作正常。

斷油后，發動機轉速無明顯變化的，該缸有故障，噴油器霧化不好或噴孔堵死。三、發動機運轉無力（1）空轉時，加速性好，加負荷后無力—供油量不足。①柱塞卡住，或油泵拉桿卡住，達不到△gmax。②調速彈簧折斷，調速器運動件卡住，達不到△gmax。

（2）運轉中，金屬敲擊聲嚴重，怠速時，震抖現象嚴重—供油太早。（3）行車中，加速不靈敏，發動機過熱—供油太晚。

(4)運轉時，冒黑煙嚴重，發動機無力。①噴油器滴油、霧化不好。②空氣濾清器阻塞。(5)發動機達不到標定轉速。

起作用n太低。

三、發動機飛車1、切斷燃油①熄火拉桿。②拆開高壓油管接頭。2、堵塞進氣管

無空氣進入熄火。

3、堵塞排氣管

§5-7柴油機的起動輔助裝置一、改善燃料著火條件的

措施1、電熱塞加熱燃燒室

電阻絲通電加熱→氧化鎂粉→外表發熱T=1300K

2、火焰加熱器加熱進氣管3、低溫起動液（乙醚、丙烷、丁烷）引燃柴油。二、減壓機構（降低起動阻力矩）使進氣門打開：壓氣門搖臂，