柴油机的喷射与燃烧.pptx

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1、1.柴油机燃烧过程的要求：1）及时在上死点前发火并迅速燃烧。燃烧太早，活塞未到上死点发生敲缸；燃烧太迟，后燃严重。（燃油燃烧的时间在毫秒级，非常短暂）2）完全动力性、经济性都将提高3）平稳燃烧过程柔和，无燃烧敲缸现象4）空气利用率高第1页/共164页2.影响燃烧情况好坏的因素有哪些？（根据上述要求，结合燃烧的三要素分析，满足要求就好，否则就不好。）1）可燃物：影响燃烧的及时和能否完全燃烧品质：由燃油的理化指标评定（不同理化品质的燃油燃烧性能不同，自燃点也不同）；形态：由燃油的喷射质量评定（不同大小、形状的可燃物燃烧速度不同）2）助燃物：影响燃烧的及时和能否完全燃烧、影响空气利用率要求空气量足（

2、评定指标是充量系数）；进入汽缸扰动，尽可能与油接触。3）着火源：影响及时和平稳性（柴油机是压燃点火）a压缩终点的压力和温度。(该压力和温度，又与前面的换气过程质量和压缩过程的质量有关；)b喷油定时及喷油规律，由喷油凸轮与曲轴的相对位置和凸轮线形决定。4）燃烧室形状：利于油和气的混合燃烧，压力输出平稳。设计时考虑。总：燃烧过程应及时、完全和平稳，希望在活塞上止点附近一定的曲柄转角内将喷入气缸内的燃油全部烧完，但不希望单位曲柄转角内压力升高过大。要求燃油雾化、空气运动及燃烧室形状三者之间的密切配合。第2页/共164页Chapter3 燃油喷射与燃烧3-1 燃油3-2 燃油的喷射3-3 可燃混合气的

3、形成3-4 燃油的燃烧3-5 柴油机有害气体的排放3-6 喷油设备3-7 喷油设备的检查与调整第3页/共164页3-1 燃油燃油柴油机燃料：轻柴油、重柴油、重油及渣油柴油机燃料来自于石油的提炼。石油经常压蒸馏（直馏）：汽油、煤油、轻柴油和重柴油，余下为重油。重油经减压蒸馏：重柴油、润滑油，余下为减压渣油。重油经裂化：汽油、煤油、轻柴油，余下为裂化渣油。第4页/共164页3-1 燃油一、燃油的化学组成一、燃油的化学组成二、燃油的理化性能指标二、燃油的理化性能指标三、燃油的牌号与选用三、燃油的牌号与选用四、燃油的热化学四、燃油的热化学第5页/共164页一、燃油的化学组成1.石油主要成分：石油是炭（

4、按重量计约为83%87%）和氢（按重量计约占11%14%）的化合物（简称烃），故石油是烃类的混合物。此外，石油中还有少量氮、氧、硫及金属化合物如钒、钠等有机酸盐类。2.类别：烃类按分子中碳原子的排列结构形式不同，分为脂肪烃、环烷烃和芳香烃。1）脂肪烃：烷烃（CnH2n+2)、烯烃（CnH2n)、炔烃（CnH2n-2)，链状结构，易破裂，含烷烃越多、碳原子越多其自燃温度越低。2）环烷烃（CnH2n)：单键结构的环状饱和烃，自燃温度高于脂肪烃。3）芳香烃（CnH2n-6）：不饱和的环状结构，结构坚固，燃烧最为困难。其中最基本的是苯（C6H6)，两个苯核并在一起称为荼（C10H8)，甲基荼（-甲基荼

5、），发火性能最差。燃油中含有较多的芳香烃，则燃烧不完全，易结炭。第6页/共164页3-1 燃油燃油一、燃油的化学组成一、燃油的化学组成二、燃油的理化性能指标二、燃油的理化性能指标三、燃油的牌号与选用三、燃油的牌号与选用四、燃油的热化学四、燃油的热化学第7页/共164页二、燃油的理化指标及其影响按对柴油机的影响分有三大类1）影响燃烧性能的指标：十六烷值、柴油指数、馏程、热值和粘度；2）影响燃烧产物的指标：硫分、灰分、沥青分、残炭值、钒和钠含量等；3）影响管理工作的指标：闪点、密度、凝点、倾点、浊点、水分和机械杂质、粘度等。第8页/共164页二、燃油的理化指标1、十六烷值评定自燃性能的指标 将测试

6、柴油的自燃性同正十六烷（十六烷值为100）与-甲基荼（十六烷值为零）的混合液相比较，当两者相同时，混合液中正十六烷的体积百分数。十六烷值发火过快而高温分解成游离炭，排气冒黑烟，经济性下降。十六烷值燃烧粗暴，起动困难。十六烷值应适当。通常高速柴油机使用的燃油十六烷值在4060之间，中速柴油机在3550之间，而低速机只要其十六烷值不低于25即可。第9页/共164页二、燃油的理化指标2、粘度评定燃油流动性的指标。ISO规定，以50时的运动粘度（mm2/s）作为燃油的粘度值。粘度会影响：雾化、净化、润滑的质量。粘度随压力的增大、温度的降低而增大。粘温特性曲线3、硫分燃油中含硫的质量百分数。危害：腐蚀；

7、低温腐蚀；加速结炭，并不宜清除；排放污染。4、灰分规定条件下燃油完全燃烧剩余物的质量百分数。危害：磨料磨损第10页/共164页二、燃油的理化指标5、钒、钠含量燃油中含钒、钠的质量浓度（ppm）。危害：高温腐蚀6、机械杂质和水分 危害：磨损、阻塞；腐蚀，阻燃。7、凝点评价低温流动性和泵送性的指标。凝点比环境最低温度低5以上，系统可不必设置加热保温设备。8、馏程燃油在某一温度下所能蒸发掉的百分数。是评价燃油蒸发性的指标。轻馏分（250以下）、中馏分、重馏分（350以上）第11页/共164页3-1 燃油燃油一、燃油的化学组成一、燃油的化学组成二、燃油的理化性能指标二、燃油的理化性能指标三、燃油的牌号

8、与选用三、燃油的牌号与选用四、燃油的热化学四、燃油的热化学第12页/共164页三、燃油的规格与选用1.国产柴油机燃油的规格和选用国产柴油机燃油的规格和选用2.国外柴油机燃油的规格和选用国外柴油机燃油的规格和选用第13页/共164页1.国产柴油机燃油的规格和选用1）轻柴油）轻柴油（国家标准GB252-81规定）2）重柴油）重柴油（国家标准GB445-77 规定）3 3）重油）重油（燃料油）4）内燃机燃料油）内燃机燃料油选用：选用：按当地冬天最低环境温度而定，一般最低环境温度应凝点温度5。等级：等级：按凝点凝点分为：10号、0号、-10号、-20号及-35号5个等级个等级。对应凝点分别高于10、0

9、、-10、-20和-35。等级：等级：按凝点凝点分为10号、20号及30号三个牌号三个牌号，代号为RC-10、RC-20和RC-30。特点：特点：凝点高，价格低廉；使用时应预热。选用：选用：一般5001000rmin中速机，选RC-10；300700rmin的柴油机，选RC-20；300rmin左右的柴油机，选RC-30。等级：等级：按80时的运动粘度运动粘度分为20、60、100及200四个牌号四个牌号，选用：选用：可供船舶锅炉使用。等级：等级：由渣油、重油与重柴油调制而成，目前尚无国家标准，一般执行炼油厂与有关单位商定的协议标准，也可自行调制。选用：选用：专供远洋船舶使用。第14页/共16

10、4页三、燃油的规格与选用1.国产柴油机燃油的规格和选用国产柴油机燃油的规格和选用2.国外柴油机燃油的规格和选用国外柴油机燃油的规格和选用第15页/共164页2、国外柴油机燃油的规格和选用燃油基本上分四类：1）轻柴油MGO（Marine Gas Oil）：用于救生艇柴油机和应急发电柴油机。2）船用柴油MDO（Marine Diesel Oil）：发电柴油机和柴油机主机机动用车使用。3）中间燃料油IFO（Intermediate Fuel Oil）：渣油与柴油调制而成的掺合油，用于大功率中速及低速柴油机。4）船用燃料油MFO（Marine Fuel Oil）：主要用于锅炉，也可用于新型大功率中速及

11、低速柴油机。第16页/共164页选用重油的应考虑的因素 1、重油价格便宜，经济性好。但质量影响着柴油机检修间隔的长短。2、应根据柴油机的型号、燃油系统装置设备处理燃油的能力、不同脾号燃油的差价及使用重油经验的积累来决定使用燃油的牌号。3、使用接近极限要求的重油时，对轮机人员要求较高，需要对柴油机进行精心管理和保养，包括对燃油处理的精心管理。否则都会造成提前大修并增加维修保养费用。4、柴油机不适宜的运行状态，如频繁地起动停车、长期低负荷运行或低的环境温度等，都会进一步恶化使用重油的条件。应拒绝采用易于析出淤渣，易于在燃烧室、气道和涡轮上积炭的燃油。重油选用原则：首先看其密度是否能用（与分油有关）

12、，其次看粘度是否适宜。然后看残炭值是否可能含沥青过多，最后再看硫、钒、铝硅的含量是否过高而容易损坏有关零件。第17页/共164页3-1 燃油燃油一、燃油的化学组成一、燃油的化学组成二、燃油的理化性能指标二、燃油的理化性能指标三、燃油的牌号与选用三、燃油的牌号与选用四、燃油的热化学四、燃油的热化学第18页/共164页四、燃油燃烧的热化学1、燃烧1kg燃油所需的理论空气量L0按燃油的化学成分（C、H、O）与氧（O2）在充分的时间内完全燃烧理论上所需的空气量（空气中含氧21）。L0 14.3 kg/kg燃料2、燃烧过量空气系数实际充入气缸的空气量L与进入气缸内的燃油完全燃烧所需的理论空气量L0的比值

13、为空气过量系数。L/L0 柴油机工作时，燃油和空气混合时间短、混合不均匀。要保证燃油完全燃烧，供给的实际空气量必须大于理论空气量。即 1。第19页/共164页四、燃油燃烧的热化学3、对柴油机工作性能的影响1）小，燃烧又完全，说明油与气混合质量好，燃烧油量多、功率大；2）加大，空气量较多，燃烧完全，经济性好；但过大，混合时油少气多，排气带走的热量相对较多，经济性又下降。3）提高柴油机强载度（同样尺寸机器，发出的功率大），希望小。非增压机的减小受燃烧完善程度的限制；增压机受热负荷的限制。4）二冲程机四冲程机，（二冲程机换气质量差，热负荷大，大降低负荷）大型机小型机，（大型机热负荷小型机，大降低负荷

14、）增压机非增压机，（增压机热负荷非增压机，大降低负荷）5）喷入气缸的燃油内部，油没有空气混合0；燃烧室周边只有空气而无油。欧美国家采用空燃比AF（或燃空比FA）表示空气与燃油的混合比例。第20页/共164页第三章 燃油喷射与燃烧3-1 燃油3-2 燃油的喷射3-3 可燃混合气的形成3-4 燃油的燃烧3-5 柴油机有害气体的排放3-6 喷油设备3-7 喷油设备的检查与调整第21页/共164页3-2 燃油的喷射与雾化燃油的喷射与雾化一、燃油喷射系统概述一、燃油喷射系统概述二、燃油的喷射过程二、燃油的喷射过程三、供油规律和喷油规律及其要求三、供油规律和喷油规律及其要求四、异常喷射及其消除方法四、异常

15、喷射及其消除方法五、燃油的雾化五、燃油的雾化第22页/共164页一、燃油喷射系统概述1）作用：将燃油喷入气缸，实现燃油和空气混合和燃烧。2）要求：定时最佳的启喷时刻 定量循环喷油量随负荷而变化 定压保证良好雾化和混合 定规最佳的喷油规律 雾化良好的雾化状态3）型式：（1）泵管嘴（柱塞式直接喷射）系统；（2）泵嘴系统；PT系统；（3）电子喷射系统。第23页/共164页一、喷射系统概述1、典型柱塞泵式喷射系统：组成：喷油泵、喷油器和连接它们的高压油管。特点：1）布置方便灵活、技术成熟，广泛应用；2）喷油压力随发动机转速的变化而变化，达不到各种转速下的最佳供油；3）柴油的可压缩性和高压油管中油压波动

16、实际喷油状态与喷油泵规定的柱塞供油规律有较大的差异。第24页/共164页2、电控共轨喷射系统（高压共轨系统被认为是20世纪内燃机技术的3大突破之一。）组成：高压油泵、压力传感器和电子控制装置(ECU)组成闭环系统。将喷射压力的产生和喷射过程完全分开的一种供油方式。原理：高压油泵将燃油输送到公共供油管，油压大小与发动机转速无关，实现精确控制，从而减少传统喷油方式的缺陷。ECU控制高速电磁开关，喷油器的喷油量大小，取决于燃油轨道(Common rail)的压力和电磁阀开启时间的长短。第25页/共164页2、电控共轨喷射系统特点：(1)先进电子控制装置并配高速电磁开关阀，使喷油过程控制方便，且可控参

17、数多，利于柴油机燃烧过程的全程优化。(2)共轨方式供油，喷油系统压力波动小，各喷油器间相互影响小，喷射压力控制精度较高，喷油量控制较准确。(3)高速电磁阀频率高，控制灵活，喷油系统喷射压力可调范围大，且能方便实现预喷射、后喷等功能，为优化柴油机喷油规律、改善性能和降低废气排放提供了有效手段。(4)系统结构移植方便，适应范围广，市场前景看好。第26页/共164页2、电控共轨喷射系统研究热点(1)高压共轨系统的恒高压密封问题；(2)高压共轨系统中共轨压力的微小波动所造成的喷油量不均匀问题；(3)高压共轨系统三维控制数据的优化问题；(4)微结构、高频响电磁开关阀涉及的与制造过程中的关键技术问题。小结

18、：该技术有助于减少柴油机尾气排放量，同时具有改善噪声、降低燃油耗等方面的综合性能。在保护地球环境的同时，促进了柴油机工业、汽车行业、农业及与之相关工业的发展。第27页/共164页3-2 燃油的喷射与雾化一、燃油喷射系统概述一、燃油喷射系统概述二、燃油的喷射过程二、燃油的喷射过程三、供油规律和喷油规律及其要求三、供油规律和喷油规律及其要求四、异常喷射及其消除方法四、异常喷射及其消除方法五、燃油的雾化五、燃油的雾化第28页/共164页二、燃油的喷射过程1.喷射过程的三个阶段2.喷射过程的压力波第29页/共164页二、燃油的喷射过程1.喷射过程的三个阶段1）喷射延迟阶段I2）主要喷射阶段II3）尾喷

19、阶段III（整个过程在高速柴油机只有几秒）第30页/共164页1）喷射延迟阶段I喷油器向气缸喷油的时刻比油泵内压力开始上升的时刻要落后一段时间。第31页/共164页1）喷射延迟阶段I（几何供油点Op喷油始点Ou）供油提前角：喷油泵开始供油时，对应的曲柄离上死点的转角；喷油提前角：喷油器开始喷油时，对应的曲柄离上死点的转角；（注：能够检查和调整的是供油提前角；而对燃烧时刻产生影响的是喷油提前角）。该阶段长短影响因素：a.高压油管特性参数；b.喷油器针阀的启阀压力；c.柴油机工况；d.喷油泵出油阀和针阀的结构等第32页/共164页2）主要喷射阶段II起始点：从喷油始点开始供油终点，即柱塞斜槽打开回

20、油口。特点：1）喷油器中的压力较高，大部分燃油在此阶段喷入气缸；2）压力在不断增高下喷入气缸，其雾化效果较理想。2）该阶段长短取决于柴油机负荷，负荷愈大，此阶段愈长。第33页/共164页3）尾喷阶段III起始点：从供油终点到针阀落座，喷油终点。特征：喷油泵回油孔刚打开时，因回油孔的节流作用及燃油、高压油管波的传递，使得喷油器中压力下降较迟缓，针阀仍保持开启。燃油在不断下降的压力下喷入气缸，燃油雾化不良，甚至产生滴漏现象。要求：针阀断油迅速，将该阶段缩短到最小限度。第34页/共164页二、燃油的喷射过程1、喷射过程的三个阶段2、喷射过程的压力波第35页/共164页2.喷射过程的压力波产生原因：高

21、压油管内瞬间高压；燃油流动惯性；高压油管的弹性。危害：可能引起喷油器异常喷射；可能造成喷油元件损坏。造成高压油管中出现压力波第36页/共164页3-2 燃油的喷射与雾化燃油的喷射与雾化一、燃油喷射系统概述一、燃油喷射系统概述二、燃油的喷射过程二、燃油的喷射过程三、供油规律和喷油规律及其要求三、供油规律和喷油规律及其要求四、异常喷射及其消除方法四、异常喷射及其消除方法五、燃油的雾化五、燃油的雾化第37页/共164页三、供油规律和喷油规律及其要求1.几何供油规律和喷油规律1）供油规律：在供油过程中，每度曲轴转角喷油泵的供油量dgP/d，随曲柄转角的变化曲线，如图实线曲线所示。2）喷油规律：在喷油过

22、程中，每度曲轴转角喷油器的喷油量dgn/d，随曲柄转角的变化曲线，如图虚线曲线所示。3）对直喷式柴油机，理想喷油规律应是“先缓后急”（如图点划曲线所示）。当喷油开始时喷油率小，着火后喷油率迅速上升，很快结束。喷射质量可从燃油雾化质量雾化质量及喷油规律喷油规律两个方面来评价，喷油规律主要由供油规律来控制。第38页/共164页1.几何供油规律和喷油规律4）喷油延迟 由燃油可压缩性、油管弹性及油管中压力波造成。a）燃油的可压缩性油管内压力由几MPa几十MPa上百MPa。高压燃油容积。压力变化、初容积 燃油容积变化。b）高压油管的弹性膨胀高压油管一般用厚壁无缝钢管制成。燃油喷射压力 油管容积。管内压力

23、变化、管内径、管长 膨胀容积。c）高压油管中的压力波动 压力波在高压油管中来回传播，管中压力随时间和地点不同而变化喷油延迟。第39页/共164页理想的喷油规律的优点a.着火前喷油量少于常见规律喷油量。压力升高率dp/d减小，柴油机工作柔和。b.着火前燃油喷射不远，燃烧开始发生在燃烧室中心附近。着火后，因喷油率很快上升，油喷至外围，使火焰向空气较多的燃烧室外围传播，燃油易得到完全燃烧。第40页/共164页2.喷油规律的影响因素1）凸轮形线和有效工作段2）柱塞的直径D与喷孔直径d3）高压油管尺寸4）柴油机负荷与转速第41页/共164页1）凸轮形线和有效工作段凸轮外形越陡，油压上升越快，供油速度越大

24、，喷油延迟角和喷油持续角就越小。一般将凸轮的有效工作段选在柱塞运动的高速部分，以减小喷油持续角，提高雾化质量。第42页/共164页2）柱塞的直径D与喷孔直径d当柱塞行程S不变时：D 供油量供油速度，喷油延迟角和持续角均;当喷油器喷孔数不变时，d（如堵塞）喷油阻力 喷油持续角（每度凸轮转角的喷油量）。此时因高压油管中压力过高，易产生重复喷射。第43页/共164页3）高压油管尺寸油管长度长度压缩体积喷射延迟角实际喷油提前角。若各缸高压油管长度不同，则各缸喷油规律会不同。为使各缸喷油规律一致，应尽可能使各缸的高压油管长度相同。油管内径内径燃油流动阻力喷油延迟角喷油提前角。第44页/共164页4）柴油

25、机负荷pi与转速n当转速n和喷油定时不变时（喷油始点基本不变）：负荷pi 喷油终点延后 后半期喷油量。当柴油机负荷及喷油定时不变时：n 每度凸轮转角的时间供油速度油液流阻每度凸轮转角的喷油量喷油延迟角和喷油持续角均。此时实际喷油提前角。第45页/共164页3-2 燃油的喷射与雾化燃油的喷射与雾化一、燃油喷射系统概述一、燃油喷射系统概述二、燃油的喷射过程二、燃油的喷射过程三、供油规律和喷油规律及其要求三、供油规律和喷油规律及其要求四、异常喷射及其消除方法四、异常喷射及其消除方法五、燃油的雾化五、燃油的雾化第46页/共164页四、异常喷射及消除方法（p90）异常喷射的根本原因：高压系统中的压力波动

26、现象。常见的异常喷射类型：1.二次喷射(重复喷射）2.断续喷射 3.不稳定喷射 4.隔次喷射 5.滴油第47页/共164页1、重复喷射（二次喷射）使喷油持续角变大，由于后期在低压下喷油，雾化质量降低，致使燃烧恶化、后燃严重、排温升高、机件过热、燃烧室结碳、排气冒黑烟等，降低了柴油机的经济性和可靠性。1）定义供油结束喷油器针阀落座后又重新被抬起的喷射现象称为（二次喷射）。2）何时易发生？在柴油机高转速大负荷的工况下最易产生。3）原因：内因：压力波动过大，剩余压力p0与启阀压力p过于接近；外因：喷油器喷孔部分堵塞，p0过高；排油阀卸载容积不足p0 过高；换用了内径和长度较大或刚性较小的高压油管p0

27、 过高，压力波动过大；喷油器启阀压力较低（与启阀压力p 过于接近）。4）危害：第48页/共164页2断续喷射（波动喷油）1）定义：在喷油泵的一次供油期间，喷油器针阀断续启闭（频繁地起落），而且升起不足、喷射不力，这种现象称为断续喷射。2）何时易发生？此现象多发生在柴油机低负荷、低转速工况。3）原因：喷油泵的供油量小于喷油器的喷油量。4）危害：针阀撞击次数增多、磨损加大、寿命降低。第49页/共164页3、不稳定喷射和隔次喷射1）定义（原因）：指喷油泵虽能持续工作，但各循环喷油量在喷射时不断变动的情况。其极端情况是隔次喷射，即喷油泵每供两次油喷油器才喷一次油。2）何时发生？此现象多发生在柴油机低负

28、荷运转或喷油设备偶件过度磨损时发生。3）危害：转速不稳或自动停车。第50页/共164页4、滴漏1）原因：喷油器针阀关闭时，针阀弹簧力不足或高压油管压力下降过慢，使针阀落座关闭过慢造成。2）危害：燃油流出速度和压力很低，雾化差，在喷孔处积炭，堵塞喷孔。第51页/共164页最低稳定转速1、定义：柴油机各缸能够均匀发火的最低转速；2、要求：低速机30%nb；中速机40nb；高速机45nb 最低温度转速低，表明各缸喷油量均匀。性能好。第52页/共164页3-2 燃油的喷射与雾化燃油的喷射与雾化一、燃油喷射系统概述一、燃油喷射系统概述二、燃油的喷射过程二、燃油的喷射过程三、供油规律和喷油规律及其要求三、

29、供油规律和喷油规律及其要求四、异常喷射及其消除方法四、异常喷射及其消除方法五、燃油的雾化五、燃油的雾化第53页/共164页五、燃油雾化1.油束的形成与特性1）喷雾质量的几何参数a）油束射程L：L应与燃烧室相匹配。b）油束锥角：表示油束的紧密程度，大雾化质量好。2）评定雾化质量的指标a）油滴平均直径d：d小，质量好。b）雾化均匀度X0：最大直径与平均直径之差。X0小，质量好。第54页/共164页2、影响油束特性的因素1）喷油压力：压力雾化细度 L和都。2）喷孔构造：喷孔的直径及喷孔孔数，直径L，雾化细度。注意与燃烧室配合好。使用时若喷孔磨损或堵塞不利。3）燃油的粘度和密度：粘度雾化质量。高粘度油

30、注意需加热。4）喷射背压：背压L，雾化细度。第55页/共164页第三章 燃油喷射与燃烧3-1 燃油3-2 燃油的喷射3-3 喷油设备3-4 燃油的燃烧3-5 柴油机有害气体的排放3-6 可燃混合气的形成3-7 喷油设备的检查与调整第56页/共164页3-3 喷油设备喷油设备主要设备：喷油泵和喷油器要求：良好的雾化正确的喷油定时便捷的油量调节目前柴油机使用的喷射系统大多属于柱塞泵式直接喷射系统。第57页/共164页喷射设备喷射过程第58页/共164页3-3 喷油设备喷油设备一、喷油泵二、喷油器三、主要零件及其故障第59页/共164页柴油机燃油喷射部件柴油机燃油喷射部件第60页/共164页一、喷油

31、泵（柱塞泵）组成：由柱塞和套筒（柱塞偶件）、凸轮与滚轮、进油阀和出油阀、调节机构等组成。类别：2.回油阀调节式喷油泵1.回油孔调节式喷油泵回油孔调节式喷油泵：结构紧凑小巧，适用于中小型柴油机；回油阀调节式喷油泵：结构比较复杂，造价较贵，用于大型低速柴油机。第61页/共164页1.回油孔调节式喷油泵（也称布许（Bosch）油泵）1）结构特点：主要零件有：柱塞、套筒与出油阀、阀座两副精密偶件。结构特点：柱塞头部开有直槽a、斜槽b和环形槽c。第62页/共164页1.回油孔调节式喷油泵（也称布许（Bosch）油泵）2）工作原理 柱塞上下往复运动，上行依靠凸轮；下行依靠弹簧（图中未表示出）。柱塞头部关闭

32、回油孔时开始供油；柱塞斜槽打开回油孔时供油结束。第63页/共164页2）回油孔调节式喷油泵工作原理拉动齿条，可转动齿圈，通过横销d转动柱塞，改变斜槽相对回油孔的位置，改变供油量。第64页/共164页回油孔式泵的原理第65页/共164页油量调节原理第66页/共164页第67页/共164页回油孔调节式喷油泵工作原理第68页/共164页2）回油孔调节式喷油泵工作原理第69页/共164页柱塞的行程柱塞行程：凸轮基圆到凸轮顶点的距离h总。a）前无效行程：柱塞从最低点至关闭回油孔位置的行程b）有效行程：柱塞从关闭回油孔至斜槽打开回油孔的行程。大小柱塞斜槽高度回油孔直径。（有效行程越长，循环供油量越大。当直

33、槽对准回油孔时，有效行程0。当有效行程为零时，虽然柱塞上下运动但不供油。此时柴油机处于停车位）c）后无效行程：柱塞从斜槽打开回油孔至运行到最高点的行程。第70页/共164页3）三种油量调节方式及柱塞头部结构回油孔式油泵的供油量调节，依靠转动柱塞改变供油终点（或改变供油始点或始终点）来改变柱塞有效行程而实现的。喷油泵的供油量调节的三种方式：终点调节式（a）始点调节式（b）始终点调节式（c）第71页/共164页3）Bosch泵三种油量调节方式的柱塞头部结构a终点调节式：柱塞头部上端面为平面，斜槽在下部。转动柱塞改变油量时，供油始点不变，终点变化；多用于带发电机的副机。b始点调节式：柱塞头部斜槽在上

34、，转动柱塞，供油始点变化，终点不变；增大油量时，提前角变大；减小油量，提前角变小。多用于变速变负荷的船用主机。c始终点调节式：柱塞头部上下都有斜槽。多用于高增压柴油机。回油孔式喷油泵柱塞头部因此有不同线型。第72页/共164页4）出油阀和阀座作用：蓄压、止回、减压（卸载）三个作用。类别：等容卸载和等压卸载两种出油阀。第73页/共164页等容卸载式出油阀观察阀芯的变化第74页/共164页等容卸载和等压卸载出油阀比较a.等容卸载式：结构上有一圆柱形环带，阀落座前将高压油管与油泵隔断，落座后又下行一段距离h，高压油管容积，管内压力迅速，缩短尾喷阶段。缺点:任何转速，卸载容积都是恒定值。因而在柴油机工

35、况变化时，高压油管中的剩余压力也相应变化。（设计时，为了避免重复喷射，卸载容积可能需要较大，）在低负荷时，因卸载过多而造成高压油腔的真空，产生穴蚀。b.等压卸载式：等压卸载出油阀没有减压环带，而是在阀的内部设有一个由卸载弹簧控制的锥形卸压阀。当出油阀落座后，若高压油管中的压力高于卸载阀的开启压力，则卸压阀开启使燃油倒流进入喷油泵工作空间，直到与卸压阀的关闭压力相等时为止，因此高压油管中的燃油压力始终保持一个适中的剩余压力，减小了油管中的压力波动。这样既能防止重复喷射，又能防止产生穴蚀。第75页/共164页5）回油孔式喷油泵特点结构简单、工作可靠、价格低廉，广泛用于大、中、小型柴油机；柱塞有斜槽

36、、直槽，密封性差，柱塞与套筒单边磨损。大型柴油机所需燃油压力大，高压油泵有所改进。第76页/共164页2.回油阀式喷油泵：（了解）终点调节式始点调节式始终点调节式第77页/共164页2.回油阀式喷油泵图b为终点调节式：转动偏心轮，顶杆上升，供油量减小，改变供油终点位置图a为始点调节式：柱塞上行时，因右侧顶杆顶开回油阀，喷油泵不供油；随着顶杆下落，回油阀关闭，开始供油。转动偏心轮使顶杆上升，油量减小，提前角减小；图c为始终点调节式：第78页/共164页回油阀式喷油泵的优缺点与回油孔式喷油泵相比，回油阀式喷油泵有下列优点：（1）密封性能好。由于其柱塞与套筒有较长的密封，故密封性能较好，足以保证较高

37、的喷油压力。（2）耐磨性好。由于柱塞上没有斜槽。不承受测推力，所以柱塞及套筒磨损比较均匀，使用寿命较长。回油阀式喷油泵与回油孔式喷油泵相比较也存在着一些缺点：（1）体积大。回油阀式喷油泵的体积较大，不适用结构紧凑的高速及中速柴油机使用，只能用于大型低速柴油机上。（2）结构复杂。回油阀式喷油泵的结构比较复杂，故其造价较贵，且管理麻烦。第79页/共164页3、可变喷油定时机构VIT：（了解）根据燃烧理论，供油提前角提高，爆炸压力pz加大。一般情况pz大，油耗小；作为主机，一般使用在8090标定功率上，若在低负荷时，减小油量使供油提前角（始点调节法），则pz会下降许多，经济性下降。为了保证在低负荷时

38、，pz（经济性）不过低，应设法加大供油提前角。故需采用VIT（variable injection timing unit）机构。当代新型的船用二冲程低速柴油机的喷油泵均配备了可变喷油定时机构（VIT）。保证负荷改变时，随着喷油泵供油量的改变能自动调整其供油提前角，使柴油机在部分负荷运动时仍有较高的pz，以改善部分负荷的经济性。同时在高负荷时又能控制pz，使之不超过标定爆压。第80页/共164页可变喷油定时机构第81页/共164页MAN-B&W MC型柴油机使用的定时齿条机构在泵体的方形底部装有两根调节齿条，上方的一根是供油定时调节齿条3，下方的一根是油量调节齿条2。VIT控制系统如图右边所示

39、，主要包括位置传感器9，位置伺服器10及定时齿圈4等。油泵套筒下部有梯形外螺纹，与定时齿圈上部的梯形内螺纹相配，齿圈的外部又与定时齿条相啮合。拉动齿条时，齿圈通过螺旋副可使套筒上下移动，从而改变套筒与柱塞的相对位置，供油定时也随之改变。位置伺服器为气动执行元件，其内之活塞杆通过定时调节杆与定时齿条相接，控制信号来自位置传感器，位置传感器由调速器的输出调节轴控制。当负荷变化时，调速器输出轴一方面通过上摇臂6直接拉动油量调节齿条改变供油量；与此同时，下摇臂7通过杆8改变位置传感器以控制空气压力。控制空气输送到位置伺服器，可改变其活塞位置，从而拉动定时齿条达到调节供油定时的目的。第82页/共164页

40、柱塞头部的特殊线型在MC系列缸径最小的两种柴油机上（L35MC和L42MC），因结构所限，采用柱塞头部特殊形状的双斜槽作为VIT机构，如图所示。这种VIT机构也为其它一些中、小型回油孔式喷油泵所采用。第83页/共164页3-3 喷油设备喷油设备一、喷油泵二、喷油器三、主要零件及其故障第84页/共164页二、喷油器第85页/共164页二、喷油器1.作用：把喷油泵排出的燃油以雾状喷入气缸。2.要求：1）保证良好的雾化质量和合理的油束形状；2）喷油开始和结束利落、无滴漏、无二次喷射等。第86页/共164页二、喷油器3.喷油器的结构特点（a）为单孔式喷油器针阀，用于涡流式燃烧室和分隔式燃烧室；（c）为

41、轴针式喷油器针阀，可防止喷孔堵塞；（b）为多孔单孔式喷油器针阀，用于开式燃烧室。第87页/共164页3.喷油器结构特点第88页/共164页第89页/共164页Nozzle第90页/共164页MAN-B&W柴油机使用的一种非冷却多孔式喷油器 第91页/共164页4.喷油器的调整参数1）喷油器针阀开启油压力p0 p0（dn2 ds2）/4F当油压力升至 p0 4F/（dn2 ds2）时阀开式上升。针阀抬起后油压作用面积增大，升阀力为：p0dn2/4 F，阀迅速抬起。2）喷油器针阀关闭油压力ps当油压力降至 ps 4F/dn2时，阀开式下落。可知：p0 ps。但关闭压力过低会影响雾化质量，关闭压力p

42、s 应尽可能接近较高p0。3）p0的大小决定喷雾质量，由弹簧预紧力F的大小决定。轴针式喷油器中小功率多孔大功率机开启压力p0 12-15 Mpa18-25 Mpa30 Mpa第92页/共164页3-3 喷油设备喷油设备一、喷油泵二、喷油器三、主要零件及其故障第93页/共164页三、喷射系统设备的常见故障1.喷油泵的主要故障2.喷油器的主要故障3.喷油嘴的主要故障第94页/共164页1.喷油泵的主要故障主要故障多发生在柱塞与套筒、出油阀及阀座两对精密偶件上。故障形式为：过度磨损、拉毛、卡死、穴蚀等。第95页/共164页1.喷油泵的主要故障 1）柱塞和套筒过度磨损、拉毛、卡紧和咬死过度磨损危害：密

43、封喷油压力雾化供油量（喷油提前角变小），燃烧恶化；各缸供油不均、各缸功率不等、转速不稳等。原因：一般是燃油质量低（如粘度、硫分、机械杂质含量高）造成过度磨损，严重的造成卡紧和咬死；个别情况是偶件材质低及加工、装配工艺不好（装配不正，间隙过小），或燃油温度突变（换用高粘度油时加温。）部位：多发生在柱塞头斜槽上部和套筒进回油孔附近。措施：发现时应立即查明原因，酌情换新，或者加以研磨、研配后继续使 用。卡紧和咬死危害：喷油泵停油。卡死原因：油过脏或油温突变。第96页/共164页1.喷油泵的主要故障2）出油阀偶件的故障阀和阀座磨损危害：密封性高压油管中的剩余压力喷油量，影响雾化质量及燃烧过程。磨损过快

44、的原因：主要是燃油中有杂质、燃油的酸性腐蚀、撞击或阀面扭曲变形等。阀杆卡紧和咬死危害：阀杆在阀开启位置卡死，则回油阀不能关闭，使喷油泵停止供油。原因：由于润滑不良、受热不均，也可能是阀杆及导套变形而引起。第97页/共164页1.喷油泵的主要故障3）穴蚀：现象：表面出现麻点或蜂窝状孔群。原因：当喷射系统某处的燃油压力下降到低于或等于该温度下的燃油中残留水分及部分轻馏分的汽化压力时，该处燃油汽化而产生气泡，随后气泡在压力波的作用下破裂，并激发出很强的冲击力，作用在金属壁面上。这样反复地侵蚀，就会引起金属表面的穴蚀破坏，使喷油系统零件损坏。部位：柱塞穴蚀多发生在斜槽的上方与回油孔相对的柱塞表面处。系

45、统中在喷油泵阀与阀座的密封处；高压油管内壁及喷油器针阀密封处。措施：高压系统中的穴蚀可通过选择出油阀的卸载容积来解决；低压系统中的穴蚀，可通过提高进油腔的燃油压力或在回油系统中设置缓冲器的方法来解决。第98页/共164页三、喷射系统设备的常见故障1.喷油泵的主要故障2.喷油器的主要故障3.喷油嘴的主要故障第99页/共164页2.喷油器的主要故障包括：针阀偶件的磨损、漏油和卡紧。1）针阀偶件的磨损、漏油阀密封带宽度正常0.30.5mm。磨损后带宽加大；针阀下沉。危害：密封性滴漏结碳。原因：燃油中的杂质，酸性腐蚀、冲刷、撞击、阀面的扭曲变形等。危害：导致高压油管中的剩余压力下降或喷油量减少、喷油延

46、迟，影响雾化质量及燃烧过程。原因：燃油中的杂质。柱柱面面磨磨损损锥锥面面磨磨损损端面磨损：端面磨损：p121第100页/共164页2.喷油器的主要故障2）针阀卡紧或咬死判断：柴油机运行时，手触摸高压油管。手触高压油管a.若高压油管脉动强烈，排温Tr较低，可能原因：针阀在关闭位置卡死喷孔阻塞b.高压油管脉动微弱，排温Tr较高，可能原因：针阀在开启位置卡死喷油器弹簧断裂针阀卡紧的原因燃油过脏；喷油器冷却不良；针阀高温变形等喷油器弹簧过紧第101页/共164页三、喷射系统设备的常见故障1.喷油泵的主要故障2.喷油器的主要故障3.喷油嘴的主要故障第102页/共164页3.喷油嘴的常见故障常见故障：喷孔

47、磨损、阻塞、结碳、裂纹。喷孔磨损：由于燃油的高速冲刷、腐蚀变大孔径原孔径10%，更换喷孔阻塞：由于杂质或结碳引起。喷孔内外结碳：喷孔内结碳，由于喷油器冷却不良。喷孔外结碳，由于喷油器滴漏，用通针疏通。喷孔裂纹：由于高温引起，发现后换新。喷油器下端伸入燃烧室的零件为喷油嘴。第103页/共164页第三章 燃油喷射与燃烧3-1 燃油3-2 燃油的喷射3-4 可燃混合气的形成3-5 燃油的燃烧3-6 柴油机有害气体的排放3-3 喷油设备3-7 喷油设备的检查与调整第104页/共164页3-4 可燃混合气的形成可燃混合气质量取决于：可燃混合气油雾 空气1）油的雾化质量；2）空气的扰动；3）燃烧室的形状

48、大型低速柴油机可燃混合气质量取主要决于：1）油的雾化质量；2）空气的扰动；3）燃烧室的形状 小型高速柴油机可燃混合气质量取主要决于：1）油的雾化质量；2）空气的扰动；3）燃烧室的形状说明：本节大纲未作要求，仅作了解内容。三者的最佳匹配是改善燃烧过程的关键所在。第105页/共164页3-4 可燃混合气的形成一、可燃混合气形成的方法二、燃烧室三、缸内空气涡流的形式与作用第106页/共164页一、可燃混合气形成的方法燃油喷向燃烧室空间，形成雾状，雾状油滴从高温空气中吸热蒸发并扩散，与空气形成混合气。要求喷出的燃油与燃烧室形状配合。大部分燃油喷到燃烧室壁面上，形成一层油膜，油膜受热汽化蒸发，在燃烧室中

49、强烈的涡流作用下，燃油蒸气与空气形成均匀的可燃混合气。起主要作用的因素是燃烧室壁面温度、空气相对运动速度和油膜厚度。第107页/共164页一、可燃混合气形成的方法1.空间雾化混合大、中型机主要依赖燃油的雾化质量，较少依赖空气的扰动；要求高压喷射，喷油器多孔。某些中、小型机采用涡流室或扰动，预燃室较多依赖空气扰动，较少依赖燃油喷雾。采用较低的喷油压力的单孔喷油器。2.油膜蒸发混合仅用于球形燃烧室目前，绝大多数船用柴油机采用空间雾化混合。第108页/共164页3-4 可燃混合气的形成一、可燃混合气形成的方法二、燃烧室三、缸内空气涡流的形式与作用第109页/共164页二、燃烧室燃烧室直喷式分隔式半开

50、式 开式涡流室 预燃室第110页/共164页 1.直喷式燃烧室 1）开式燃烧室特点：特点：优点：结构紧凑、形状简单、相对散热面积小、热损失少、无气流流动损失，起动性、经济性好。缺点：燃烧室机械负荷、热负荷高，工作较粗暴，排烟有害成分多。适用于缸径D160mm的柴油机，船舶主机、发电副机均采用这种燃烧室。第111页/共164页 1直喷式燃烧室 适用于缸径D100150mm的高速柴油机。图a)为普通半开式燃烧室。这类燃烧室被普遍采用，各机型燃烧室形状（浅深、圆方）、尺寸、与喷油器相对位置各不相同，工作原理略有差异。图b)为球形燃烧室。2）半开式燃烧室第112页/共164页2分隔式燃烧室1）涡流室式