柴油机燃料供给系的认识.pptx

难点柴油机可燃混合气的形成与燃烧室重点1、掌握柴油机燃料供给系的组成和作用2、掌握柴油的种类和特性3、掌握柴油机可燃混合气的形成与燃烧室重点和难点重点和难点柴油机燃料供给系的认识柴油机燃料供给系的认识柴油机燃料供给系的认识柴油机燃料供给系的认识第1页/共49页柴油机燃料供给系的认识 概述 可燃混合气的形成与燃烧室 喷油器 喷油泵 调速器 柴油机燃料供给系辅助装置 电控柴油喷射系统 涡轮增压器第2页/共49页RudolfDiesel德国工程师鲁道夫德国工程师鲁道夫狄塞尔狄塞尔(Rudolf Diesel)(Rudolf Diesel)为了解决为了解决内燃机的着火方法，于内燃机的着火方法，于18921892年提出了一种利用压缩空气年提出了一种利用压缩空气的高温进行点燃的新方案，的高温进行点燃的新方案，并获得专利。并获得专利。18971897年狄塞尔年狄塞尔发明了气缸内吸入纯空气后发明了气缸内吸入纯空气后对其进行压缩，并在高温高对其进行压缩，并在高温高压的空气中将燃油雾化而进压的空气中将燃油雾化而进行燃烧的压燃式内燃机行燃烧的压燃式内燃机柴油机。柴油机。柴油机概述第3页/共49页第一台柴油发动机第一台柴油发动机当时的目标是等温燃烧，但实际当时的目标是等温燃烧，但实际结果却接近等容燃烧。之后采用结果却接近等容燃烧。之后采用高压喷油泵的喷射方式，使燃烧高压喷油泵的喷射方式，使燃烧成为混合燃烧过程。柴油机以使成为混合燃烧过程。柴油机以使用廉价的低级燃料而获得高的热用廉价的低级燃料而获得高的热效率，其热效率高达效率，其热效率高达4646，成为，成为热效率最高的发动机，作为汽车热效率最高的发动机，作为汽车以及工程机械的主要动力源得到以及工程机械的主要动力源得到广泛地应用。广泛地应用。第4页/共49页概述概述柴油发动机是以柴油作为燃料。柴油发动机是以柴油作为燃料。一台四行程柴油发动机的运转与汽油机发动机是相同的。一台四行程柴油发动机的运转与汽油机发动机是相同的。工作循环：进气行程、压缩行程、燃烧行程、排气行程工作循环：进气行程、压缩行程、燃烧行程、排气行程柴油发动机与汽油发动机相比较有一个最大优点，就是它的燃柴油发动机与汽油发动机相比较有一个最大优点，就是它的燃油消耗更好小，因为它的损耗少且压缩比高。油消耗更好小，因为它的损耗少且压缩比高。相反，柴油机也有一些缺点，如在运行过程中振动大和噪音高。相反，柴油机也有一些缺点，如在运行过程中振动大和噪音高。而且尾气的有害物质的数量要比汽油发动机多。而且尾气的有害物质的数量要比汽油发动机多。第5页/共49页1.1.进气行程进气行程在这个过程中只有空气进入气缸。在这个过程中只有空气进入气缸。第6页/共49页2.2.压缩行程压缩行程在这个过程中，活塞压缩吸入的空气，使之升温到燃烧前温度点。在这个过程中，活塞压缩吸入的空气，使之升温到燃烧前温度点。柴油发动机的压缩比要与汽油发动机的高。柴油发动机的压缩比要与汽油发动机的高。压缩比压缩比:汽油发动机：汽油发动机：9-11 9-11 柴油发动机：柴油发动机：14-2314-23第7页/共49页3.3.燃烧行程燃烧行程燃油被喷射进入燃烧室。燃油因为与高温的压缩空气混合后，燃油被喷射进入燃烧室。燃油因为与高温的压缩空气混合后，并且引发自燃着火和燃烧。并且引发自燃着火和燃烧。第8页/共49页4.4.排气冲程排气冲程在这个过程中，活塞推动燃烧过的气体排除气缸。在这个过程中，活塞推动燃烧过的气体排除气缸。第9页/共49页柴油机与汽油机的不同柴油机与汽油机的不同：1 1、燃油不同。、燃油不同。2 2、点火方式不同。、点火方式不同。3 3、供油方式不同。、供油方式不同。4 4、混合气形成时间不同。、混合气形成时间不同。5 5、所需要的过量空气系数不同。、所需要的过量空气系数不同。第10页/共49页柴油机与汽油机柴油机与汽油机特征值比较特征值比较汽油机汽油机柴油机柴油机压缩比压缩比611：12130：1压缩压力压缩压力bar111830-60压缩温度压缩温度400-600700-900燃烧最高压力燃烧最高压力bar40-6065-90全负荷排气温度全负荷排气温度700-1000500-600转速（平均值）转速（平均值）l/min5000-60004000低速扭矩低速扭矩小小大大升功率升功率kW/l高高低低总效率总效率%153025-40点火方式点火方式外部点火外部点火自燃自燃第11页/共49页柴油机的特点：柴油机的特点：1 1、压缩比高：、压缩比高：15-22,15-22,压缩压力达压缩压力达3.5-4.5MPa3.5-4.5MPa。2 2、热效率高：达到、热效率高：达到30%-40%30%-40%。3 3、燃油消耗低：比汽油机低、燃油消耗低：比汽油机低30%30%左右，经济性好。左右，经济性好。4 4、没有点火系，油路系统机件精密，故障相对减少，工作、没有点火系，油路系统机件精密，故障相对减少，工作可靠性高。可靠性高。5 5、排放污染物少，但易产生碳烟。、排放污染物少，但易产生碳烟。6 6、转速低、质量大、制造维修费用高。、转速低、质量大、制造维修费用高。第12页/共49页柴油机燃油供给系概述柴油机燃料供给系的任务是根据柴油机不同工况的要求，定时、定压、定量地把柴油按一定的规律喷入气缸，使之与空气迅速地混合和燃烧，并将燃烧后产生的废气排出。目前，柴油机主要用于长途运输车、中型载货汽车，尤其是超重型载货汽车。轻型载货汽车和轿车也有装用柴油机的。柴油机使用的燃料是柴油。由于柴油粘度大、蒸发性差，所以工作时必须采用高压喷射的方法，在压缩行程活塞接近上止点时，将柴油以雾状喷入燃烧室，直接在气缸内形成可燃混合气，并借助气缸内空气的高温自行发火燃烧。由此可见，柴油机燃料供给系的组成、构造及工作原理与汽油机燃料供给系有很大不同。第13页/共49页第一节第一节概概 述述 柴油机供给系同样要完成柴油供给和空气供给以及可燃混合气柴油机供给系同样要完成柴油供给和空气供给以及可燃混合气的形成、燃烧和废气的排出任务。的形成、燃烧和废气的排出任务。一、一、功用功用二、二、组成组成燃油供给装置：柴油箱、输油泵、柴油滤清器、喷油泵、喷油器等。燃油供给装置：柴油箱、输油泵、柴油滤清器、喷油泵、喷油器等。空气供给装置：空气滤清器、进气管道、进气道（增压器及中冷器）。空气供给装置：空气滤清器、进气管道、进气道（增压器及中冷器）。混合气形成装置：燃烧室。混合气形成装置：燃烧室。废气排出装置：排气管道、消音器。废气排出装置：排气管道、消音器。第14页/共49页概述1、柴油机燃料供给系的组成柴油机燃料供给系的组成1 1柴油箱柴油箱2 2输油泵输油泵3 3调速器调速器4 4喷油提前调节装置喷油提前调节装置5 5喷油泵喷油泵6 6喷油器喷油器7 7高压油管高压油管8 8柴油细滤器柴油细滤器9 9低压油管低压油管第15页/共49页燃油滤清器燃油滤清器低压油管低压油管高压油管高压油管喷油泵喷油泵喷油器喷油器回油管回油管燃油箱燃油箱输油泵输油泵油水分离器油水分离器调速器调速器限压阀限压阀喷油提前器喷油提前器概述第16页/共49页柴油机供油系统图柴油机供油系统图概述第17页/共49页概述2、柴油p柴油和汽油一样都是石油制品。在石油蒸馏过程中，温度在200350之间的馏分即为柴油。(1)发火性指柴油的自燃能力，用十六烷值评定。柴油的十六烷值越高，发火性越好，柴油越容易自燃。国家标准规定轻柴油的十六烷值应在4050之间。(2)蒸发性p指柴油汽化的能力，用柴油馏出某一百分比的温度范围即馏程和闪点表示。柴油性能柴油性能1 1、使用性能指标、使用性能指标第18页/共49页概述柴油的蒸发性常由蒸馏试验决定，就是将一定数量的柴油加热，分别测定蒸发出50%、90%、95%馏分时的温度，并分别定名为50%馏出温度、90%馏出温度和95%馏出温度。p50馏出温度即柴油馏出50的温度，此温度越低，柴油的蒸发性越好。越有利于可燃混合气的形成与燃烧、越用利于起动，但同时也会使柴油机工作粗暴。国家标准规定此温度不得高于300，但没有规定最低温度。90%和95%馏出温度越低，可燃混合气燃烧越完全，油耗越低。p为了控制柴油的蒸发性不致过强，标准中规定了闪点的最低数值。柴油的闪点指在一定的试验条件下，当柴油蒸气与周围空气形成混合气接近火焰时，开始出现闪火的温度。闪点低，柴油蒸发性好。(3)低温流动性p用柴油的凝点和冷滤点评定低温流动性。p凝点是指柴油失去流动性开始凝固时的温度，而冷滤点则是指在特定p的试验条件下，在1min内柴油开始不能流过过滤器20mL时的最高温度。p一般柴油的冷滤点比其凝点高46。第19页/共49页概述(4)黏度p是评定柴油稀稠度的一项指标，与柴油的流动性有关。p粘度随温度而变化，当温度升高时，黏度减小，流动性增强；反之，当温度降低时，黏度增大，流动性减弱。粘度过大-流动阻力过大，难以沉淀、滤清、影响喷雾质量；粘度过小-增加精密偶件工作表面间的柴油漏失量，加剧这些表面的磨损(5)凝点p柴油的凝点（凝固点）是指柴油冷却到开始失去流动性的温度。p柴油的凝点应比工作环境的最低温度低35。否则，柴油的凝点过高会堵塞油路。柴油的发火性、蒸发性、低温流动性、黏度和凝点等性能对柴油机正常工作有很大影响。第20页/共49页概述柴油分为轻柴油和重柴油。轻柴油用于高速柴油机，重柴油用于中、低速柴油机。汽车柴油机均为高速柴油机，所以使用轻柴油。p柴油的牌号数与柴油的凝点有关。国产柴油分为轻柴油和重柴油。GB252-2000轻柴油中，把柴油按照凝点分为10号、5号、0号、-10号、-20号、-35号和-50号共7种牌号。数字表示凝点的温度，如 10号柴油的凝点是零下10 度，10号柴油的凝点则是零上 10度。p选择柴油时，应按照本地当月风险率为10%的最低气温选用轻柴油牌号。2 2、分类、分类3 3、牌号、牌号第21页/共49页概述轻柴油牌号的选择轻柴油牌号适用于风险率为10%的最低气温在下列范围内的地区10号适用于装有预热设备的高速柴油机5号8以上0号4以上-10号-5以上-20号-5-14-35号-14-29-50号-29-44第22页/共49页可燃混合气的形成与燃烧室1、可燃混合气形成的特点与过程p柴油机可燃混合气的形成和燃烧条件与汽油机有很大的不同。柴油蒸发性和流动性都比汽油差，不能在汽缸外部形成混合气。燃料与空气的混合是在气缸内进行的。p柴油机工作时，进气行程进入气缸的是纯空气，只是在压缩行程接近终了时，才将高压柴油喷入燃烧室。受热、蒸发、扩散，与空气混合。柴油粘度大，不易挥发，必须用高压以雾状喷入喷油持续时间只占1535曲轴转角，。可燃混合气形成的时间很短，形成的可燃混合气很不均匀，在燃烧室的不同区域以及不同时期，可燃混合气的浓度相差都很大。可燃混合气的形成和燃烧过程是同时、连续重叠进行的，即边喷射、边混合、边燃烧（扩散燃烧）。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分为四个阶段，即备燃期、速燃期、缓燃期和后燃备燃期、速燃期、缓燃期和后燃期期。第23页/共49页喷油提前角：是指从喷油器喷油开始，到活塞运行至上始点时曲轴转过的角度。柴油喷入汽缸后，要经过一定时间的物理化学过程后才能着火燃烧。要在上止点附近着火，就要在上止点之前喷油。气缸内柴油着火前的物理化学过程准备时间基本不变，但转速越高，同样时间所占曲轴转角就越大。所以，喷油提前角应随发动机转速增高而加大。A 喷油始点B 燃烧始点第24页/共49页可燃混合气的形成与燃烧室(1)备燃期p指喷油始点到燃烧始点之间的曲轴转角。p活塞达到上止点前某一个角度，燃料开始喷入燃烧室，此时由于燃料温度低（约 60 左右），又来不及与热空气混合反应，因此不能立即着火燃烧。从喷油开始开始着火燃烧为止 喷入气缸中的雾状柴油并不能马上着火燃烧，气缸中的气体温度，虽然已高于柴油的自燃点，但柴油的温度不能马上升高到自燃点，要经过一段物理和化学的准备过程。也就是说，柴油在高温空气的影响下，吸收热量，温度升高，逐层蒸发而形成油气，向四周扩散并与空气均匀混合（物理变化）。随着柴油温度升高，少量的柴油分子首先分解，并与空气中的氧分子进行化学反映，具备着火条件而着火，形成了火源中心，为燃烧作好了准备。这一时期很短，一般仅为0.00070.003 秒。p备燃期内，由于化学反应速度比较慢，放热量不多，以致气缸内压力和温度的变化很小。气缸内压力与曲轴转角关系气缸内压力与曲轴转角关系后燃期后燃期缓燃期缓燃期速燃期速燃期备燃期备燃期第25页/共49页可燃混合气的形成与燃烧室(2)速燃期p从燃烧始点到气缸内压力达到最高点之间的曲轴转角。从燃烧开始气缸内出现 时为止p速燃期的特点是：火源迅速形成，由于备燃期所积存起来的燃料和速燃期正在喷入的燃料同时进行燃烧，使燃烧速度迅速加快，在这一阶段由于喷入的柴油几乎同时着火燃烧，而且是在活塞接近上止点，气缸工作容积很小的情况下进行燃烧的，因此，气缸内温度和压力急剧上升，最高压力可达69MPa。对于高速柴油机，最高压力点一般出现在上止点后 615曲轴转角处。p这一时期的放热量为每循环放热量的30%左右。气缸内压力与曲轴转角关系气缸内压力与曲轴转角关系后燃期后燃期缓燃期缓燃期速燃期速燃期备燃期备燃期第26页/共49页可燃混合气的形成与燃烧室(3)缓燃期从出现 出现 为止p缓燃期是从最高压力点到最高温度点的之间的曲轴转角。p缓燃期的特点是：开始阶段燃烧仍以很快的速度进行，气体温度仍在升高，达到最高温度点时气体温度最高（约 1700 2000），最高温度点一般在上止点后 20 50（曲轴转角）出现。缓燃期后期，由于废气增多，氧气和燃料的浓度下降，燃烧越来越慢，有些燃料由于燃烧不完全，产生碳烟随废气排出，影响燃料的经济性。p喷油是在达到最高温度点之前结束的。p整个缓燃期内，气体压力逐渐下降。缓燃期内的放热量为每循环放热量的70%左右。气缸内压力与曲轴转角关系气缸内压力与曲轴转角关系后燃期后燃期缓燃期缓燃期速燃期速燃期备燃期备燃期第27页/共49页可燃混合气的形成与燃烧室(4)后燃期p从最高温度点到柴油基本完全燃烧的点之间的曲轴转角。缓燃期以后的燃烧 这一时期，虽然不喷油，但仍有一少部分柴油没有燃烧完，随着活塞下行继续燃烧。后燃期没有明显的界限，有时甚至延长到排气冲程还在燃烧。后燃期放出的热量不能充分利用来作功，很大一部分热量将通过缸壁散至冷却水中，或随废气排出，使发动机过热，排气温度升高，造成发动机动力性下降，经济性下降。因此，要尽可能地缩短后燃期。p改善混合气的形成条件，选择合适的喷油规律，提高喷雾质量，使燃料与空气充分混合，是缩短后燃期的有效措施。气缸内压力与曲轴转角关系气缸内压力与曲轴转角关系后燃期后燃期缓燃期缓燃期速燃期速燃期备燃期备燃期第28页/共49页四、采取的措施四、采取的措施1 1、组织空气在气缸内流动，形成适当的空气涡流：、组织空气在气缸内流动，形成适当的空气涡流：进气涡流：进气涡流：进气道形状进气道形状挤压涡流：活塞顶部形状挤压涡流：活塞顶部形状燃烧涡流：燃烧室形状燃烧涡流：燃烧室形状螺旋型进气道螺旋型进气道切口形进气道切口形进气道预燃燃烧室预燃燃烧室涡流燃烧室涡流燃烧室直喷式燃烧室直喷式燃烧室分隔式燃烧室分隔式燃烧室燃烧室燃烧室型型球型球型第29页/共49页可燃混合气的形成与燃烧室2 燃烧室p柴油机的混合气形成和燃烧主要是在燃烧室内进行的，燃烧室的形状对可燃混合气的形成和燃烧有着直接的影响。p目前汽车柴油机上采用的燃烧室结构基本有两大类：统一式燃烧室统一式燃烧室和分隔式燃烧室。分隔式燃烧室。(1)统一式燃烧室p采用统一式燃烧室时，喷油器直接向燃烧室内喷射柴油，借助油束形状与燃烧室形状的合理匹配以及空气的涡流运动，迅速形成可燃混合气。亦称为直接喷射式燃烧室。p统一式燃烧室由气缸盖的平面和活塞顶内的凹坑及汽缸壁组成，凹坑的形状多采用形和球形形和球形。第30页/共49页可燃混合气的形成与燃烧室统一式燃烧室(a)形 (b)球形1燃烧室；2喷油器；3气门；4活塞；5汽缸体第31页/共49页可燃混合气的形成与燃烧室(a)形燃烧室p活塞顶部凹坑的纵剖面为形，喷入的柴油绝大部分分布在燃烧室的空间。混合气的形成以空间雾化混合为主。p为促进混合气的形成并改善燃烧状况，通常采用切向进气道或螺旋进气道，以形成进气涡流，并采用喷油压力较高的孔式喷油器。产生涡流的进气道 (a)切向(b)螺旋第32页/共49页可燃混合气的形成与燃烧室(b)球形燃烧室p燃烧室位于活塞顶部中央，形状为球形。p与喷油器相对于的位置开有缺口与球面相切，柴油从这里顺气流方向喷射到燃烧室壁面上形成油膜。混合气的形成方式以油膜蒸发混合为主。p为改善混合气的形成和燃烧，宜采用强涡流螺旋进气道，并采用喷油压力较高的孔式喷油器。p采用该方案的发动机工作平稳、柔和，燃烧彻底，但是存在起动性能较差，低速、低负荷工作时可燃混合气质量差，排烟较重以及工况的适应性差等一系列缺点，使其应用受到很大限制。第33页/共49页可燃混合气的形成与燃烧室(2)分隔式燃烧室p分隔式燃烧室是把燃烧室分成两部分，即主燃烧室和副燃烧室。主燃烧室位于活塞顶与汽缸盖底面之间，副燃烧室位于汽缸盖内，主、副燃烧室之间用一个或几个直径较小的通道相连。p分隔式燃烧室又分为涡流室式燃烧室涡流室式燃烧室和预燃室式燃烧室两种。分割式燃烧室 (a)涡流室式(b)预燃室式第34页/共49页可燃混合气的形成与燃烧室(a)涡流室式燃烧室 作为副燃烧室的涡流室多为球形，也有圆柱形，涡流室与主燃烧室用一个或多个通道连通。通道方向与活塞顶成一定角度并与涡流室相切。涡流室占燃烧室总容积50%80%，转速越高，压缩涡流越强，混合气形成越快适用于高速柴油机。电热塞电热塞涡流室涡流室通道通道主燃室主燃室喷油器喷油器第35页/共49页(b)预燃室式燃烧室作为副燃烧室的预燃室多为长体结构，预燃室与主燃烧室的预燃室式燃烧室作为副燃烧室的预燃室多为长体结构，预燃室与主燃烧室的通道面积较小，且不与预燃室相切。通道面积较小，且不与预燃室相切。预热式燃烧室先在预热室内烧去少量燃油，利用燃烧产生的高压将燃油喷预热式燃烧室先在预热室内烧去少量燃油，利用燃烧产生的高压将燃油喷入主燃室，大部分燃料在主燃室与空气混合燃烧。入主燃室，大部分燃料在主燃室与空气混合燃烧。主燃室主燃室通道通道预燃室预燃室喷油器喷油器第36页/共49页低压回路：低压回路：燃油箱燃油箱输油泵输油泵滤清滤清器器喷油泵喷油泵高压回路：喷油泵高压回路：喷油泵高高压油管压油管喷油器喷油器 工作油路：工作油路：进入喷油泵中的多余燃油进入喷油泵中的多余燃油 由喷油器工作间隙漏出的燃油由喷油器工作间隙漏出的燃油 经回油管流回经回油管流回回油回路：回油回路：2 2、产生高压油，使柴油雾化，以便柴油和空气混合：、产生高压油，使柴油雾化，以便柴油和空气混合：第37页/共49页总体结构总体结构 柴油机总体结构一般由以下几大系统或机构组成：柴油机总体结构一般由以下几大系统或机构组成：机体作功系统机体作功系统 燃油系统燃油系统 进排气系统进排气系统 冷却系统冷却系统 润滑系统润滑系统 电器操作系统电器操作系统 由于汽缸数、汽缸排列和冷却方式等不同，因此各种机由于汽缸数、汽缸排列和冷却方式等不同，因此各种机型结构上略有差异型结构上略有差异。第38页/共49页第39页/共49页 冷却系统 作用作用 将承受高热机件的热量散到大气中去。将承受高热机件的热量散到大气中去。组成组成 水泵、散热器（水箱）、风扇、分水管、机体、缸盖内的水套、恒温阀。水泵、散热器（水箱）、风扇、分水管、机体、缸盖内的水套、恒温阀。第40页/共49页第41页/共49页润滑系统 作用 将润滑油供给运动见的摩擦表面以减少磨擦阻力，减轻机件的磨损，并部分将润滑油供给运动见的摩擦表面以减少磨擦阻力，减轻机件的磨损，并部分地冷却磨擦零件；清洁和冷却磨擦表面；提高活塞环和汽缸壁间的密封性能；对地冷却磨擦零件；清洁和冷却磨擦表面；提高活塞环和汽缸壁间的密封性能；对所有运动件起防锈作用。所有运动件起防锈作用。组成 滑油泵、滑油滤清装置、滑油冷却装置、滑油管路滑油泵、滑油滤清装置、滑油冷却装置、滑油管路第42页/共49页第43页/共49页进排气系统 作用作用 通过配气机构实现进气和排气过程，使新鲜空气及通过配气机构实现进气和排气过程，使新鲜空气及时充入气缸并及时从气缸中排出废气。时充入气缸并及时从气缸中排出废气。组成组成 气门组件、气门传动组件气门组件、气门传动组件第44页/共49页第45页/共49页电器操作系统 作用作用 控制发动机启动控制发动机启动/喷油、蓄电池充电、发动喷油、蓄电池充电、发动 机停机机停机 起动马达起动同时，电磁阀将调速器油门拉到适起动马达起动同时，电磁阀将调速器油门拉到适 当位置，向气缸供油燃烧，使气缸着火转动。当位置，向气缸供油燃烧，使气缸着火转动。组成组成 起动马达、电子调速机构（如果有）、充电发电机、蓄电池、起动马达、电子调速机构（如果有）、充电发电机、蓄电池、燃油开启或关闭电磁阀燃油开启或关闭电磁阀第46页/共49页第47页/共49页第48页/共49页感谢您的观看。第49页/共49页