项目五柴油机燃料供给系.ppt
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1、项目五项目五 柴油机燃料供给系柴油机燃料供给系知识目标:知识目标:1了解柴油机燃料供给系的作用与组成;2了解可燃混合气的形成与燃烧过程;3掌握柴油机燃烧室的类型及结构;4掌握柴油机燃料供给系主要部件喷油器、喷油泵、调速器的结构及原理;5掌握柴油机燃料供给系辅助装置的作用及结构组成;6掌握电控柴油机燃油供给系统的结构及工作原理。能力目标:能力目标:1掌握柱塞式喷油泵和转子分配式喷油泵的检修与调整;2了解两极式调速器和全称式调速器的检修与调整;3掌握电控高压共轨柴油机燃油供给系统主要部件的检修。柴油机是用柴油作燃料的内燃机,属于压燃式发动机。柴油在工作时,吸入柴油机气缸内的空气,因活塞的运动而受到
2、较高程度的压缩,达到500-700的高温。然后燃油以雾状形式喷入高温空气中,与空气混合形成可燃混合气,自动着火燃烧。柴油机已成为现代动力机械中最重要的部分。活动一活动一 柴油机燃料供给系的作用与组成柴油机燃料供给系的作用与组成一、柴油机的特点一、柴油机的特点 1压缩比大(1522),热效率高(3040),经济性好;无点火系,油路系统机件精密、耐用,故障少。2混合气的形成、点火和燃烧方式不同于汽油机。高压柴油喷入燃烧室,混合气在燃烧室内形成,压燃后边喷射边燃烧。3柴油机的CO和HC排放低,NOx较多,大负荷易产生碳烟。4柴油机结构复杂、质量大、材料好、加工精度高,制造成本较高。5柴油机的排气噪声
3、大,废气中SO2含量较多。二、柴油机的分类二、柴油机的分类 1按工作方式可分为:二冲程柴油机和四冲程柴油机。2按排列方式可分为:直列柴油机、行星柴油机和字型柴油机等。3按气缸数多少可分为:单缸柴油机、多缸柴油机等。4按进气方式可分为:自然吸气式柴油机、增压式柴油机。5按额定转速可分为:高速柴油机,1000转分以上。中速柴油机,600-1000转分以内。低速柴油机,600转分以下。车用柴油机多为高速柴油机。三、柴油机燃料供给系的作用及组成三、柴油机燃料供给系的作用及组成 1作用:完成燃料的储存、滤清和输送工作,按柴油机各种不同工况的要求,定时、定量、定压并以一定的喷雾质量喷入燃烧室,使其与空气迅
4、速而良好地混合和燃烧,最后使废气排入大气。2柴油机燃料供给系的组成 柴油机燃料供给系由燃油供给装置、空气供给装置、混合气形成装置及废气排出装置组成,如图5-1所示。图图5-1 柴油机燃料供给系组成柴油机燃料供给系组成 (1)燃油供给装置 由柴油箱、输油泵、低压油管、柴油滤清器、喷油泵、调速器、高压油管、喷油器、回油管等组成。(2)空气供给装置 由空气滤清器、进气歧管、增压器、中冷器和气缸盖内的进气道等组成。(3)混合气形成装置 由一定形状的燃烧室构成。(4)废气排出装置 由气缸盖内的排气道、排气歧管、排气管、消音器和烟度限制器等组成。(5)燃油供给路线 低压油路 从柴油箱到喷油泵入口,油压一般
5、为0.15MPa0.3MPa。高压油路 从喷油泵到喷油器,油压在10MPa以上。多余的燃油回流 输油泵的供油量比喷油泵的最大喷油量大34倍,大量多余的燃油经喷油泵进油室的一端限压阀和回油管流回输油泵的进口或直接流回柴油箱。喷油器工作间隙漏泄的极少数柴油也经回油管流回柴油箱。柴油滤清器 有粗细两种,一般粗滤器设在输油泵之前,细滤器设在输油泵之后。为保证各气缸供油的一致性,连接喷油泵和喷油器的钢制高压油管的直径和长度是相等的。四、柴油机燃料供给系的工作过程四、柴油机燃料供给系的工作过程 柴油机工作时,输油泵将柴油从油箱中吸出,经柴油粗滤器过滤后压送到油水分离器、燃油细滤清器,滤清后的柴油被输送到喷
6、油泵总成。喷油泵将柴油压力提高到10MPa(VE泵则达到50MPa)以上,并定时定量地将高压柴油经高压油管压送到喷油器。喷油器将柴油以雾状喷入气缸,与预先经滤清、增压和中冷后,由压缩行程压缩后形成的高温、高压、高密度的空气迅速混合,并自行着火燃烧作功。喷油器中多余的柴油经回油管流回到油箱。燃烧以后的废气经排气道、增压器排气通道、排气管、排气消音器排入大气。输油泵的供油能力远远超过喷油泵的泵油量,过量的柴油从喷油泵的回油口经回油管路流回燃油箱(有的柴油机回油流入输油泵入口处),同时将渗入油路的空气随柴油带出,防止气阻现象的发生。由柴油箱到喷油泵入口处的油路由于油压较低,称为低压油路,其管路多使用
7、大直径的薄壁铜管、橡胶软管甚至塑料管。喷油泵至喷油器的油路要承受高压,这一段油路称为高压油路,其管路则使用小直径的厚壁无缝钢管制成。输油泵的上部装有手动油泵,起动前,通过手动泵油,可以排除油路中渗入的空气,以利于柴油机的顺利起动。为了满足在柴油机负荷和转变化时,对喷油泵的供油量实现自动调节,柴油机均装有调速器。通过自动调节喷油泵的供油量,以控制柴油机的转速,防止转速过高造成柴油机“飞车”或因转速过低而熄火。调速器装于喷油泵的一端,与喷油泵连成一体。五、柴油五、柴油 按其所含重馏分的多少分为重柴油和轻柴油。车用柴油为轻柴油。1轻柴油的牌号和规格 按凝点分为:10(价格最低)、5、0、-10、-2
8、0、-35、-50(价格最高)。2使用性能:发火性:自燃能力。用十六烷值评定。国家规定45,越大自燃能力越强。蒸发性:柴油的蒸发气化能力。低温流动性:用柴油的凝点和冷凝点评价。凝点:失去流动性;冷 凝点:特定实验条件下,1分钟内不能通过过滤器20ml的最高温度。粘度:评价柴油的稀稠度。与温度有关。随着环境温度的变化,柴油机使用的柴油牌号也需要相应变化。基本原则是:(1)夏天使用夏季柴油,如10柴油;(2)冬季必须根据环境温度的状况使用相应牌号的冬季柴油,如-10、-20柴油;(3)柴油标号及其相应的使用温度见表5-1。表表5-1 5-1 柴油标号及对应使用温度柴油标号及对应使用温度柴油牌号10
9、0-10-20-35-50含硫量(%)0.20.20.20.20.20.2十六烷值505050505050凝固点()+100-10-20-35-50适用的最低环境温度()+12+3-7-17-32-45 3.柴油使用注意事项 (1)不同牌号的柴油可以混合使用,也可以根据环境温度的高低适当调配;混合后柴油的凝点不是按比例变化的,一般要比按比例计算的凝点高2左右。比如用-10号柴油和20号柴油按1:1混合,混合后柴油的凝点约为-13左右(按比例计算应该为-15左右)。(2)因环境温度较低,柴油凝点原因造成柴油机不易启动,可以向柴油中添加1040的裂化煤油以降低其凝点。也可以采用适当的低温启动液启动
10、。低温启动液不能加入燃油中,只能用注射器直接注入进气管中,一次用量大约1025l。(3)任何情况下柴油不能与汽油混合使用。否则,柴油机可能产生“爆炸性”故障。(4)应做好柴油的净化工作,保证柴油滤芯完好无损也是保证柴油机正常工作的必要条件之一。活动二活动二 柴油机混合气的形成与燃烧室柴油机混合气的形成与燃烧室 一、可燃混合气的形成与燃烧过程一、可燃混合气的形成与燃烧过程 1可燃混合气的形成 柴油的粘度较大且不易蒸发,因此须借助喷油设备将柴油在压缩行程结束的稍前时刻以雾状喷入气缸,分散成数百万个细小油滴,直径在(150)10mm之间。这些细小的油滴在气缸内与进气过程中进入缸内并被压缩成高温、高压
11、的空气迅速混合自行着火燃烧。混合与燃烧是重叠进行的,几乎是边喷油、边混合、边燃烧。为了保证柴油机良好的性能,燃烧必须在上止点附近完成,为此要求喷油持续时间极为短促。一般全负荷时的供油时间只有1535曲轴转角,而全部燃烧过程也只不过在0.009s以内,如不采取适当的措施迅速形成混合气,则无法保证良好的燃烧。车用柴油机实际燃烧过程中常采取以下措施来保证:(1)过量供给空气 柴油机的过量空气系数。值通常在1.31.5;增压和中冷技术可大大增强气体密度,保证供给足量的纯空气。(2)较高的压缩比 柴油机的压缩比一般为1522,以提高压缩终了时缸内空气的温度;(3)较高的喷射压力以及多孔喷油 油束在燃烧室
12、内均布,改善柴油的雾化性能;(4)适当的燃烧室形状 利用进气涡流、压缩挤流等加速油雾与空气的混合。2混合气的燃烧过程图图5-2 气缸压力与曲轴转角的关系气缸压力与曲轴转角的关系 柴油机压缩和作功过程中气缸内气体压力随曲轴转角的变化关系如图5-2所示。当曲轴转到上止点前O点位置时喷油泵开始供油;当曲轴转到A点位置时,喷油器开始喷油。O点到上止点之间所对应的曲轴转角为供油提前角,A点到上止点之间所对应的曲轴转角为喷油提前角。一般根据柴油机燃烧过程的特点可将整个过程分为四个阶段:(1)滞燃期 即从喷油始点A到燃烧始点B之间所对应的曲轴转角。柴油以雾状喷入气缸后,在极短的时间内,进行吸热、蒸发、分解、
13、氧化等一系列物理化学准备过程,形成了大量的活化中心,当温度达到自燃温度时,即产生多个发火中心,随之产生热焰,使气缸内压力和温度明显上升,这就是柴油机靠压缩自燃的机理。滞燃期通常约0.0010.003s。滞燃期越长,气缸内积累的燃油越多,易造成柴油机工作粗暴,缩短了使用寿命。滞燃期的长短是影响柴油机工作粗暴程度的重要因素。(2)速燃期 即燃烧始点B到气缸内产生最大压力点C之间所对应的曲轴转角。从B点开始形成火焰并迅速向各处传播,缸内温度和压力迅速上升至C点时压力达到最高值。现代高速柴油机的压力增长率甚至达0.81.0MPa/1的曲轴转角,这是柴油机工作粗暴、噪声大的主要原因。(3)缓燃期 即从最
14、高压力点C到最高温度点D为止所对应的曲轴转角。这一阶段的燃烧是在气缸容积不断增加和高温缺氧的条件下进行的,所以燃烧不完全,易生成碳烟。缓燃期结束时燃气温度可达到18002000。通常在缓燃期内喷油结束。(4)后燃期 即从最高温度点D到燃烧终点E为止所对应的曲轴转角。在后燃期内随着气缸容积的增大,气缸内压力迅速下降,后燃期所释放出来的热量不能有效地转化为有用功,柴油机经济性下降;同时由于排气温度增高,活塞组的热负荷增大,因此应尽量缩短后燃期。二、燃烧室二、燃烧室 当活塞到达上止点时,气缸盖和活塞顶组成的密闭空间称为燃烧室,燃烧室的优劣对柴油机的性能有决定性的作用,因此是柴油机设计的关键。燃烧室按
15、组织燃烧过程的特点和结构不同分为开式、半开式、预燃室式和涡流室式四类。前两类属于统一式燃烧室;后两类属于分隔式燃烧室,小型高速柴油机大多采用有涡流的半开式燃烧室。(一)统一式燃烧室(一)统一式燃烧室 统一式燃烧室由凹顶活塞顶部与气缸盖底部所包围的单一内腔,几乎全部容积都在活塞顶面上。燃油自喷油器直接喷射到燃烧室中,借喷出油束的形状和燃烧室形状的匹配,以及燃烧室内空气涡流运动,迅速形成混合气,所以又叫做直接喷射式燃烧室。主要结构是:缸盖底面是平的,活塞顶部下凹,有型、浅盆型、球型、U型几种形式。1.型燃烧室:结构如图5-3所示,柴油直接喷射在活塞顶的浅凹坑内,喷射的柴油雾化要好,而且要均匀地分布
16、在空气中。要求喷射压力高,一般1722MPa,要求雾化质量高,因此,多采用孔式喷油器,孔数一般为612个。优点:形状简单,结构紧凑,燃烧室与水套接触面积小,散热少,可减少热损失,热效率高,经济性较好。缺点:工作粗暴,喷射压力高,制造困难,喷孔易堵。图图5-3 型燃烧室型燃烧室 图图5-4 球形燃烧室球形燃烧室 2.球形燃烧室:结构如图5-4所示,空气由缸盖螺旋形进气道以切线方向进入气缸,绕气缸轴线作高速螺旋转动,并一直延续到压缩行程。喷油器沿气流运动的切线方向喷入柴油,使绝大部分柴油直接喷射在燃烧室壁面上形成油膜。小部分柴油雾珠散布在压缩空气中,并迅速蒸发燃烧,形成火源。油膜一方面受灼热的燃烧
17、室壁面的加温,同时又受已燃柴油的高温辐射,使柴油机逐层蒸发,与涡流空气边混合边燃烧。优点:工作柔和,噪音小,又叫轻声发动机。缺点:起动困难,螺旋形进气道,结构复杂,制造困难。(二)分隔式燃烧室(二)分隔式燃烧室 分隔式燃烧室由两部分组成,一部分位于活塞顶与气缸底面之间,称为主燃烧室,另一部分在气缸盖中,称为副燃烧室。这两部分由一个或几个孔道相连。分隔式燃烧室的常见型式有涡流室燃烧室和预燃室燃烧室两种。1.涡流室燃烧室:它的副燃烧室是球形或圆柱形的涡流室,其容积约占燃烧室总容积的50%80%,涡流室有切向通道与主燃烧室相通。结构如图5-5所示,在压缩行程中,气缸内的空气被活塞推挤,经过通道进入涡
18、流室,形成强烈地有组织的高速旋转运动(几百转/分)柴油喷入涡流室中,在空气涡流的作用下,形成较浓的混合气。部分混合气在涡流室中着火燃烧,已燃与未燃的混合气高速(经通道)喷入主燃烧室,借活塞顶部的双涡流凹坑,产生第二次涡流。促使进一步混合和燃烧。涡流室式柴油机的转速可达4000转/分以上,工作过程柔和,排气中有害成分较少。但散热损失和气体流动损失大,而且后燃较严重,故燃料消耗率较高;冷车起动困难,往往需要加装预热塞。要求:顺气流方向喷射,由于涡流运动促进了混合气的形成与燃烧,可采用较大孔径的喷油器,喷射压力也较低(1214 MPa)。优点:工作柔和,空气利用率较高,喷射压力也较低。缺点:热损失大
19、,经济性差,起动困难。图图5-5 涡流室燃烧室涡流室燃烧室 图图5-6 预燃室燃烧室预燃室燃烧室 2.预燃室燃烧室:缸盖上有预燃室,占燃烧室总容积的1/3,预燃室与主燃室有通道,活塞为平顶。结构如图5-6所示,因为通道不是切向的,所以压缩时不产生涡流。连通预燃室与主燃室的孔道直径较小,由于节流作用产生压力差,使预燃室内形成紊流运动,油束大部分射在预燃室的出口处,只有少部分与空气混合(出口处较浓,而上部较稀),上部着火后,产生高压,已燃的和出口处较浓的混合气一同高速喷入主燃烧室,在主燃烧室内产生强烈的燃烧拢流运动,使大部分燃料在主燃烧室内混合和燃烧。这种燃烧室适用于中小功率柴油机。预燃室燃烧室的
20、优缺点与涡流室燃烧室基本相同。涡流室燃烧室和预燃室燃烧室都用轴针式喷油器,喷油压力较低,工作可靠;由于涡流室内涡流随转速增高而加强,柴油机高转速时柴油和空气仍能很好地混合。活动三活动三 柴油机燃料供给系主要部件构造与检修柴油机燃料供给系主要部件构造与检修 一、喷油器一、喷油器(一一)喷油器的作用和类型喷油器的作用和类型 1喷油器的作用 喷油器的作用是将喷油泵供给的高压柴油以一定的压力、速度、方向和形状喷入燃烧室,使柴油雾化并适当分布在燃烧室中,以利于混合气的形成和燃烧。2喷油器的类型 喷油器分为开式和闭式两种,开式喷油器的高压油腔通过喷孔直接与燃烧室相通,而闭式喷油器则在其之间加装针阀隔断。除
21、康明斯柴油机P-T燃油喷射系统的PT型喷油器采用组合型开式喷油器以外,车用柴油机大多采用闭式喷油器,其常见的形式有两种:孔式喷油器和轴针式喷油器,结构如图5-7所示。图图5-7 两种闭式喷油嘴两种闭式喷油嘴(二二)喷油器的构造与工作原理喷油器的构造与工作原理 1孔式喷油器 孔式喷油器主要用于直喷式燃烧室的柴油机。一般喷油孔的数目为18个,喷孔直径为0.20.8mm。孔越多、孔径越小,则雾化越好,但小孔径喷孔需要较高的喷油压力且易被积炭堵塞,结构如图5-8所示。孔式喷油嘴又分为短型和长型两种,如图5-9所示,长型孔式喷油嘴的针阀导向圆柱面远离燃烧室,减少了针阀受热变形卡死在针阀体中,用于热负荷较
22、高的柴油机中。图图5-8 孔式喷油器的构造孔式喷油器的构造 图图5-9 孔式喷油嘴类型孔式喷油嘴类型 孔式喷油器由喷油嘴、调压装置和喷油器体三部分组成。喷油嘴 喷油嘴是喷油器的主要部件,其中最主要的是针阀和针阀体这一对精密偶件,即针阀偶件。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,用于打开或切断高压柴油与燃烧室的通路。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。针阀上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,即喷油压力。针阀偶件的配合面通常在制造过程中经过精磨后再相互研磨以保证其配合精度,选配和研磨好的一对
23、针阀偶件是不能互换的,修理时必须特别注意。调压装置 调压装置由调压弹簧、调压螺钉、顶杆及回油管接头螺栓等零件组成。调压弹簧的弹力通过顶杆作用在针阀上,喷油压力可通过调压螺钉改变调压弹簧的预紧力进行调整(有的采用调整垫片),拧入时压力增大,拧出时压力减小,最后用调压螺钉锁紧帽将其锁紧固定。喷油器体 喷油器体用于安装调压装置和进油管路。为防止细小杂质堵塞喷孔,在进油管接头中装有缝隙式滤芯。高压柴油从滤芯的两个油道进入,必须通过棱边才能通向两个出油道进入喷油器。在通过棱边时,杂质颗粒便留在缝隙中,而且滤芯具有磁性,可以吸附金属磨屑。2轴针式喷油器 轴针式喷油器的基本结构和工作原理与孔式喷油器相同,主
24、要差别是喷油嘴部分。如图5-10所示。轴针式喷油器针阀下端的密封锥面以下还延伸一个轴针,形状有圆柱形或倒锥形,轴针伸出孔外,使喷孔成为圆环形的狭缝,喷油时喷雾分别为空心的柱形或锥形。图图5-10 轴针式喷油器及喷嘴结构轴针式喷油器及喷嘴结构 为了使柴油机工作柔和,改善后期燃烧条件,喷油器最好在每一循环的供油量中,开始喷油少,中间喷油多,后期喷油少。轴针式喷油器有两个可变的节流断面通过密封锥面及轴针处的节流断面作用,可较好地满足该种喷油特性要求。如图5-11所示倒锥形轴针,随针阀的升程增大,其通过断面是先小后大又变小,因而喷油量前、后期少,而中期多。喷油特性较为理想。图图5-11 倒锥形轴针倒锥
25、形轴针 轴针式喷油器的喷孔直径为13mm,油束的贯穿能力较强;喷孔内有轴针上下运动,不易被积炭堵塞,工作可靠性高。此外由于喷孔直径较大,喷油压力较低,一般为1014MPa,适用于喷雾要求不高的分隔式燃烧室。工作时轴针在喷孔内上下往复运动,喷孔不易结碳,而且还能自行清处积炭,有自洁作用。(三三)喷油器的检修喷油器的检修 喷油器的针阀偶件在工作中受到高压燃油的冲刷和机械杂质的研磨、调压弹簧的落座冲击,其导向圆柱面、密封锥面及阀体上与针阀的配合表面易出现磨损。导向圆柱体的磨损将导致回油量增加,喷油量减少;而密封面的磨损则会使喷油器密封不严,引起喷油前的泄漏和喷油停止后的滴漏,造成雾化不良、不完全燃烧
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