第5章柴油机燃料供给系统.ppt

第5章柴油机燃料供给系统,5.1柴油机燃料供给系统概述5.2柴油机燃料供给装置5.3柴油机燃油供给辅助装置5.4电控柴油机喷射系统,5.1柴油机燃料供给系统概述,5.1.1柴油机燃料供给系统的功用和组成1.柴油机供给系统的功用①在适当的时刻，将一定数量的洁净燃油增压后以适当的规律喷入燃烧室。各缸的喷油定时和喷油量相同目与柴油机运行工况相适应。喷油压力、喷注雾化质量及其在燃烧室内的分布与燃烧室类型相适应。②在每一个工作循环内，各汽缸均喷油一次，喷油次序与汽缸工作顺序一致。③根据柴油机负荷的变化自动调节循环供油量，以保证柴油机稳定运转，尤其是稳定怠速，限制超速。④储存一定数量的燃油，保证汽车的最大续驶单程。,下一页,返回,5.1柴油机燃料供给系统概述,2.柴油供给系统的组成①燃料供给装置主要部件有喷油泵、喷油器和调速器等;辅助装置有燃油箱、输油泵、油水分离器、燃油滤清器、1贡油提前器和高、低压油管等。②空气供给装置空气滤清器、进气管、进气道、增压器等。③混合气形成装置燃烧室。④废气排出装置排气道、排气管、消声器等。,上一页,下一页,返回,5.1柴油机燃料供给系统概述,5.1.2柴油机燃料供给系统的工作情况1.装用柱塞式喷油泵柴油机燃料供给装置的工作情况如图5-1所示，柴油机在工作过程中，依靠输油泵的作用不断将柴油从油箱中吸出。并经柴油滤清器滤清后，输入喷油泵的低压油腔。喷油泵将燃油的压力提高，按柴油机不同工况的要求，定时、定量、定压输出柴油，经高压油管送至喷油器。当燃油压力达到规定值时，喷油孔开启，燃油呈雾状喷入燃烧室，与空气形成良好的混合气。由于输油泵的供油量比喷油泵供油量大得多，多余的柴油经回油管返回柴油箱。,上一页,下一页,返回,5.1柴油机燃料供给系统概述,2.装用分配式喷油泵柴油机燃料供给装置的工作情况图5-2所示为装用VE型分配式喷油泵的柴油机燃料供给装置。当柴油机工作时，一级输油泵将柴油从柴油箱吸出，经油水分离器及柴油滤清器送入一级输油泵，柴油在一级输油泵中加压后进入密闭的分配式喷油泵体内，再经分配式喷油泵增压计量后进入喷油器。,上一页,下一页,返回,5.1柴油机燃料供给系统概述,5.1.3柴油机混合气的形成1.可燃混合气形成特点柴油机工作中，由于柴油蒸发性较差，采用高压喷射的方法，即在压缩行程接近终了时借助高压油泵提高压力，借助喷油器将柴油喷入燃烧室，可燃混合气是在燃烧室内部形成的，所以可燃混合气的形成时间短、空间小，对混合气形成非常不利。因此，在车用柴油机上，通常采用较大的压缩比，以提高压缩终了时汽缸内空气的温度和压力;采用较高的喷油压力，以提高柴油的雾化质量;组织适当的空气涡流运动。以加速油雾的蒸发和扩散，并使混合气的形成更均匀;根据混合气形成方式选用适当的燃烧室结构形状，以保证油束的形状射程、锥角与燃烧室形状匹配，提高混合气的形成质量。,上一页,下一页,返回,5.1柴油机燃料供给系统概述,2.混合气形成方式为保证柴油机工作时，能形成高质量的可燃混合气，柴油机混合气的形成主要有空间雾化和油膜蒸发两种方式。1空间雾化式混合方式指喷油器将柴油以一定压力、一定射程和一定雾化质量喷入燃烧室并形成油雾，雾状的柴油在燃烧室空间内吸热、蒸发，并在汽缸内空气涡流作用下扩散，与空气混合形成可燃混合气。2油膜蒸发混合方式指喷油器将大部分柴油喷射到燃烧室壁面上形成油膜，油膜从燃烧室壁面上吸热并逐层蒸发。柴油蒸气在汽缸内空气涡流的作用下扩散，与空气混合形成可燃混合气。,上一页,返回,5.2柴油机燃料供给装置,5.2.1喷油器喷油器是柴油机燃油供给系统中实现燃油u}}射的重要部件，其功用是根据柴油机混合气形成的特点，将燃油雾化成细微的油滴，并将其喷射到燃烧室特定的部位。喷油器应满足不同类型的燃烧室对喷雾特性的要求。一般说来，喷柱应有一定的贯穿距离和喷雾锥角，以及良好的雾化质量，而目在喷油结束时不发生滴漏现象。根据喷油嘴结构形式的不同，闭式喷油器又可分为孔式喷油器和轴针式喷油器两种，分别用于不同类型的燃烧室。1.孔式喷油器l孔式喷油器结构孔式喷油器用于直喷式燃烧室柴油机上，其结构如图5-3所示。,下一页,返回,5.2柴油机燃料供给装置,2孔式喷油器工作原理当柴油机工作时，来自喷油泵的高压柴油通过高压油管送到喷油器;经进油管接头16,喷油器滤芯17以及喷油器体9和针阀体12内的油道如图5-3所示进入喷油嘴内的压力室6如图5-4所示。油压作用在针阀的承压锥面上，产生向上的推力。当此推力超过调压弹簧的预紧力时，针阀升起并将喷孔打开，高压柴油经喷孔喷入燃烧室。针阀升起的最大高度即针阀升程，由喷油器体或接合座的下端面限制。当喷油泵停止供油时，喷油嘴压力室内的油压迅速下降，针阀在调压弹簧的作用下迅速落座，终止喷油。在喷油器上升期间，有少量柴油从针阀与针阀体配合表面之间的间隙中漏出，并沿顶杆周围的缝隙上升，最后通过回油管接头1如图5-3所示进入回油管，流回燃油滤清器。这部分柴油在漏过引阀偶件时，对偶件起润滑作用。,上一页,下一页,返回,5.2柴油机燃料供给装置,2.轴针式喷油器轴针式喷油器与孔式喷油器的工作原理相同、结构相似，只是喷油嘴头部的结构不同而己。在轴针式喷油器中，针阀密封锥面以下有一段轴针，它穿过针阀体上的喷孔目稍突出于针阀体之外，使喷孔呈圆环形。因此，轴针式喷油器的喷柱是空心的。轴针可以制成圆柱形或截锥形如图5-6所示。,上一页,下一页,返回,5.2柴油机燃料供给装置,5.2.2喷油泵喷油泵的功用是按照柴油机的运行工况和汽缸工作顺序，以一定的规律适时、定量地向喷油器输送高压燃油。多缸车用柴油机的喷油泵应满足下列要求。1各缸供油量相等2各缸供油提前角相同，误差小于0.51曲轴转角3各缸供油持续角一致。4能迅速停止供油，以防止喷油器发生滴漏现象。,上一页,下一页,返回,5.2柴油机燃料供给装置,1.柱塞式喷油泵系列由于柴油机的单缸功率变化范围很大，若根据每一种单缸功率所需要的循环供油量来设计和制造喷油泵，那么喷油泵的尺寸规格将不可胜数，给生产和使用都造成诸多不便。因此，世界各国的喷油泵制造厂都是以几种不同的柱塞行程作为基础，将喷油泵划分成为数不多的几个系列或型号，然后再配以不同尺寸的柱塞偶件，构成若十种循环供油量不等的喷油泵，以满足各种不同功率柴油机的需要。2.A型喷油泵的结构及工作原理1A型喷油泵结构柱塞式喷油泵由泵油机构、供油量调节机构、驱动机构和喷油泵体等部分组成。A型喷油泵结构如图5-9所示。,上一页,下一页,返回,5.2柴油机燃料供给装置,C2A型喷油泵工作原理①运动过程当喷油泵凸轮轴转动时，若挺柱滚轮在凸轮的基圆面上滚动，则柱塞停在柱塞下止点的位置。若滚轮滚到凸轮的上升段时，则凸轮推动挺柱，挺柱再推动柱塞上移，同时将柱塞弹簧压缩。当滚轮滚到凸轮的顶弧上时，柱塞到达柱塞上止点。随后滚轮在凸轮的下降段滚动，柱塞弹簧则推压柱塞，柱塞又推压挺柱下移，直到滚轮又滚到凸轮的基圆面上，柱塞又回到柱塞下止点为止。即当喷油泵工作时，随着凸轮轴的转动，挺柱和柱塞在柱塞的上、下止点之间分别在挺柱孔和柱塞套中作往复运动。,上一页,下一页,返回,5.2柴油机燃料供给装置,②泵油过程当柱塞顶面下移至柱塞套油孔5以下或柱塞停驻在下止点位置时，柴油从喷油泵的低压油腔经柱塞套油孔5充入柱塞顶部的空腔或称柱腔如图5-15a所示。在柱塞从其下止点上移的过程中，将有部分柴油从柱塞腔经柱塞套油孔5被挤回低压油腔，这一过程一直延续到柱塞顶面将油孔的上边缘封闭为止如图5-15b所示。此后，柱塞继续上移，柱塞腔内的油压骤然增高，克服出油阀弹簧8的预紧力，将出油阀7顶起。当出油阀密封锥面己经离开出油阀座，但减压环带尚在出油阀座孔内时，喷油泵仍然不能供油。仅当减压环带全部离开出油阀座孔之后，高压柴油才能经出油阀上的切槽供入高压油管，并经喷油器喷入燃烧室如图5-15c所示。当柱塞上移至图5-15d所示位置时，柱塞上的螺旋槽3将柱塞套油孔5的下边缘打开，此时柱塞腔内的高压柴油经柱塞上的直槽4,螺旋槽3和柱塞套油孔5流回喷油泵的低压油腔，供油,上一页,下一页,返回,5.2柴油机燃料供给装置,终止。由于柱塞腔的油压急剧下降，出油阀在出油阀弹簧和高压柴油的作用下迅速四落。当减压环带的下边缘进入出油阀座孔时，高压油管与柱塞腔的通路被切断，使燃油不能从高压油管流回柱塞腔。当出油阀完全落座之后，高压管路系统的容积因为空出减压环带的体积而增大，致使高压管路系统内的油压迅速降低，喷油器立即停止喷油，从而可以避免喷油器滴漏和其他不正常喷射现象的发生。,上一页,下一页,返回,5.2柴油机燃料供给装置,③供油量的调节当供油量调节机构的调节齿杆拉动柱塞转动时，柱塞上的螺旋槽与柱塞套油孔之间的相对位置发生变化，从而改变了柱塞的有效行程如图5-16所示。当柱塞上的直槽对正柱塞套油孔时，柱塞有效行程为零，这时喷油泵不供油如图5-16a所示。按照图5-16中箭头所指示的方向拉动调节齿杆h，则调节齿圈11按箭头方向转动，柱塞有效行程增加，喷油泵循环供油量增多如图5-16b,c所示。如果朝相反方向拉动调节齿杆，则柱塞有效行程减小，循环供油量减少。,上一页,下一页,返回,5.2柴油机燃料供给装置,④供油定时的调节供油定时是指喷油泵对柴油机有正确的供油时刻，而供油时刻用供油提前角表示。供油提前角是指从柱塞顶面封闭柱塞套油孔起到活塞上止点为止，曲轴所转过的角度。己如上述，多缸喷油泵各缸供油提前角或供油间隔角应该相同。各缸供油间隔角决定于喷油泵凸轮轴上各凸轮的相对位置，但由于加工和装配误差而很难达到一致，因此必须进行调节。调节的方法是改变供油定时调整螺针仲出挺柱体外的高度。旋出调整螺针，柱塞位置升高，柱塞套油孔提前被封闭，供油提前，即供油提前角增大。拧入调整螺针，则使供油迟后，供油提前角减小。对各缸的供油定时调整螺针逐个进行调节之后，可以使各缸供油提前角或供油间隔角达到一致。应该指出，这种调节只是用来补偿加工和装配误差，调节的幅度很小。欲同时或较大幅度地改变各缸供油提前角，须借助于喷油提前器。,上一页,下一页,返回,5.2柴油机燃料供给装置,3.P型喷油泵结构特点1箱形封闭式喷油泵体2吊挂式柱塞套3钢球式仪油量调节机构4压力润滑4.喷油提前器喷油提前器实际上是喷油泵供油提前角自动调节装置。供油提前角对柴油机性能有很大的影响，供油提前角过大或过小均使柴油机的动力性和经济性恶化。为了保证柴油机有良好的使用性能，必须在最佳供油提前角下工作。当转速和供油量一定时，能获得最大功率和最小燃油消耗率的供油时刻，称最佳供油提前角。最佳供油提前角随柴油机转速和负荷而变化，转速越高，负荷越大，最佳供油提前角也越大。,上一页,下一页,返回,5.2柴油机燃料供给装置,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。分配泵与柱塞式喷油泵相比，有以下一些特点。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，因此不需要进行各缸供油量和供油定时的调节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。,上一页,下一页,返回,5.2柴油机燃料供给装置,5.2.3调速器1.调速器功用调速器的功用是在柴油机工作时，根据转速变化自动调节喷油泵供油量，以稳定和限制柴油机转速，使柴油机在不同工况下均能稳定运转。2.调速器的结构与工作原理调速器要实现其功能，必须有两个基本组成部分，一个是速度感应元件;另一个是调节供油拉杆的执行机构。机械式调速器采用的是具有一定质量的、与调速弹簧相平衡的钢球或飞块等作为感应元件。当转速发生变化时，利用感应元件旋转时产生的离心力的变化来驱动执行机构以改变供油拉杆的位置。,上一页,下一页,返回,5.2柴油机燃料供给装置,1两极式调速器的结构和工作原理两极式调速器也称两速式调速器，适用于一般使用条件下的汽车柴油机。它只能自动稳定和限制柴油机的最高转速和最低转速，中间转速范围由驾驶员控制。图5-26为解放YC6105QC型、CA1091K3型等载货汽车柴油机所用的RAD型两速式调速器。其结构示意图如图5-27所示。,上一页,下一页,返回,5.2柴油机燃料供给装置,2全程式调速器的结构和工作原理①RSV型全程式调速器构造图5-31为RSV型全程式调速器的二维剖视图，图5-32为该调速器的剖面图。它与前面的RAD型两极式调速器的结构大体相同。不同之处有以下几点浮动杆8的下端直接与调速器壳铰接。在原两极式调速器的怠速弹簧处改设油量校正装置，并在支持杆的中部右侧的调速器壳上加设怠速弹簧。有可变的调速弹簧预紧力。在两极式调速器中，调速弹簧的预紧力是固定值，而全程式调速器中它是可调的，这样不同的调速弹簧预紧力就对应不同的调速器起作用的转速，从而实现了全程调速。,上一页,下一页,返回,5.2柴油机燃料供给装置,②RSV型全速调速器的工作过程如下启动加浓怠速工况部分负荷全负荷及校正工况险制超速停车熄火,上一页,返回,5.3柴油机燃油供给辅助装置,5.3.1输油泵输油泵的功用是保证足够数量的柴油自燃油箱输送到喷油泵，并维持一定的供油压力，克服管路及燃油滤清器阻力，使柴油在低压管路中循环。输油泵的输油量一般为柴油机全负荷需要量的34倍。输油泵有膜片式、滑片式、活塞式及齿轮式等几种形式。膜片式和滑片式输油泵分别作为分配式喷油泵的一级和一级输油泵，而活塞式输油泵则与柱塞式喷油泵配套使用。,下一页,返回,5.3柴油机燃油供给辅助装置,1.活塞式输油泵活塞式输油泵安装在柱塞式喷油泵的侧面，并由喷油泵凸轮轴上的偏心轮驱动。其结构如图5-39所示，图5-40为其工作原理示意图。2.滑片式输油泵在采用分配式喷油泵的柴油机燃油系统中有两个输油泵，即一级膜片式输油泵和一级滑片式输油泵，前者与汽油机燃油系统中的膜片式输油泵完全相同。分配泵燃油系统采用两级输油泵，是因为分配泵每次进油的时间很短，进油节流阻力较大。为了保证分配泵进油充分，需要提高输油压力，为此在分配泵内增设一个滑片式输油泵。,上一页,下一页,返回,5.3柴油机燃油供给辅助装置,滑片式输油泵由输油泵体、输油泵盖、转子和滑片等零件构成。输油泵转子由分配泵驱动轴传动。四个滑片分别安装在转子的四个滑片槽内。转子偏心地安装在输油泵体的内孔中，在转子和输油泵体之间形成弯月形工作腔，并被四个滑片分隔成四个工作室。当转了旋转时，由于工作室的容积不断地由小变大或由大变小，从而产生吸油或压油的作用。滑片式输油泵出口油压随其转速增高而增大。为了保持油压稳定，在输油泵出口装置了调压阀。,上一页,下一页,返回,5.3柴油机燃油供给辅助装置,5.3.2柴油滤清器燃油的清洁程度对燃油系统，尤其是对喷油泵和喷油器中精密偶件的工作可靠性和使用寿命有很大的影响。柴油在运输和储存过程中，不可避免地会混入灰尘、水分和金属容器表面的锈蚀物等杂质。长期储存之后，柴油还可能氧化变质而结焦。燃油滤清器的功用是滤除柴油中的任何杂质。对滤清器的基本要求是阻力小、寿命长、过滤效率高。,上一页,下一页,返回,5.3柴油机燃油供给辅助装置,5.3.3油水分离器为了除去柴油中的水分，一些柴油机在燃油箱和输油泵之间安装了油水分离器。油水分离器如图5-42所示由于压膜片泵1、液面传感器5,浮了6、分离器壳体7和分离器盖8等组成。来自燃油箱的柴油经进油口2进入油水分离器，并经出油口9流出。柴油中的水分在分离器内从柴油中分离出来并沉积在壳体7的底部。浮了6随着积水的增多而上浮。当浮了到达规定的放水水位3时，液面传感器5将电路接通，仪表板上的报警灯发出放水信号，这时驾驶员应及时旋松放水塞4放水。手压膜片泵1供放水和排气时使用。,上一页,返回,5.4电控柴油机喷射系统,与传统的机械控制柴油喷射系统相比，电控柴油喷射系统有下列优点。①机械控制喷射系统的基本控制信息是柴油机的转速和加速踏板的位置，而电控喷射系统则通过许多传感器检测柴油机的运行状态和环境条件，并由电控单元计算出适应柴油机运行状况的控制量，然后由执行器实施。因此，它控制精确、灵敏;而目在需要扩大控制功能时，只需改变电控单元的存储软件，便可实现综合控制。②机械控制喷射系统往往由于设定错误和磨损等原因，而使喷油时刻产生误差。但是，在电控喷射系统中，总是根据曲轴位置的基本信号进行再检查，因此不存在产生失调的可能性。③在电控喷射系统中，通过改换输入装置的程序和数据，可以改变控制特性，一种喷射系统可用于多种柴油机。在此过程中不需要机械加工，故可缩短开发新产品的周期，有利于降低成本。,下一页,返回,5.4电控柴油机喷射系统,5.4.1ECD系统的控制功能及组成ECD系统组成如图5-43所示。电控柴油喷射系统一般由传感器、电控单元ECU和执行器二部分组成。传感器的作用是实时检测柴油机与汽车的运行状态，以及驾驶员的操作意向和操作量等信息，并将其输入电控单元，该系统的输入信号主要有柴油机转速、加速踏板位置、供油量调节套简位置、定时器位置、进气压力、进气温度、冷却液温度、车速、空挡开关、启动机信号等。电控单元的核心部分是计算机，它的系统中设置的软件一起负责信息的采集、处理、计算和执行程序，并将运行结果作为控制指令输出到执行器。执行器的功用是按照电控单元输送来的控制指令，调节供油量和供油定时，以达到调节柴油机运行状态的,上一页,下一页,返回,5.4电控柴油机喷射系统,目的。该系统的主要控制项目有供油量、供油时刻、进气节流、电热塞和故障自诊断等功能。控制功能中最主要的是供油量和供油定时的控制，其他扩展功能往往也需要通过供油量与供油定时的控制来实现。5.4.2供油量的控制在ECD系统中，电控单元ECU根据加速踏板位置传感器和柴油机转速传感器的输入信号，首先算出基本供油量;然后根据来自冷却液温度、进气温度和进气压力等传感器信号以及启动机信号，对基本供油量进行修正再按供油量调节套简位置传感器信号进行反馈修正之后，确定最佳供油量如图5-44所示。,上一页,下一页,返回,5.4电控柴油机喷射系统,5.4.3怠速转速的控制电控单元根据加速踏板位置传感器、车速传感器等输入信号以及启动机信号，决定何时开始怠速控制，并根据冷却液温度传感器、空调及空挡开关等信号，计算出设定的怠速转速及相应的供油量。为了使设定的怠速转速保持稳定，还需根据柴油机转速的反馈信号，不断对供油量进行修正。,上一页,下一页,返回,5.4电控柴油机喷射系统,5.4.4供油定时的控制电控单元首先根据柴油机转速和加速踏板位置等传感器的输入信号，初步确定一个供油时刻，然后再根据进气压力、冷却液温度等传感器的信号和启动机信号进行修正，如图5-46所示。喷油泵喷油提前器活塞位置传感器1的铁芯直接与喷油提前器的活塞相连。喷油提前器活塞位置信号被反馈给电控单元，以实行反馈控制。,上一页,下一页,返回,5.4电控柴油机喷射系统,电控单元根据最后确定的供油时刻，向供油定时控制阀3的线圈6通电，可动铁芯7被电磁铁吸引，压缩弹簧8向右移动，打开喷油提前器由高压腔4通往低压腔5的油路，使喷油提前器活塞两侧的压差缩小，活塞2向右移动，供油时刻推迟，即供油提前角减小。通向供油定时控制阀线圈的电流是脉冲电流，电控单元通过改变脉冲信号的占空比来控制供油时刻。喷油提前器活塞位置传感器为非接触式电感传感器，其可动铁芯随活塞一启动作。当线圈内的可动铁芯移动时，引起线圈电感的变化，借以检测活塞的位置。,上一页,返回,图5-1装用柱塞式喷油泵柴油机的燃料一供给装置的组成,,返回,图5-2装用分配式喷油泵柴油机的燃油供给装置的组成,,返回,图5-3孔式喷油器结构,,返回,图5-3孔式喷油器结构,,返回,图5-4孔式喷油器油嘴的结构形式,,返回,图5-6轴针式喷油器的结构形式,,返回,图5-9A型喷油泵结构图,,返回,图5-15柱塞式喷油泵泵油原理图,,返回,图5-16供油量的调节,,返回,图5-26RAD型两速式调速器,,返回,图5-27RAD型两速式调速器结构示意图,,返回,图5-31RSV型全程式调速器的三维剖视图,,返回,图5-32RSV型个程式调速器剖面图,返回,图5-39活塞式输油泵结构,,返回,图5-40活塞式输油泵工作原理示意图,,返回,图5-42油水分离器,,返回,图5-43EDC系统组成,,返回,图5-44供油量的控制与修正,,返回,图5-46供油定时的控制,,返回,