柴油机燃料供给系

柴油机燃料供给系统

一、柴油机燃料供给系统的组成

柴油机燃油供给系统的功用是根据柴油机工作的要求，定时、定量、定压地将良好雾化质量的柴油，以一定喷油规律喷入燃烧室与空气相混合，为柴油――空气混合气的形成与燃烧提供良好条件。燃油供给系的统工作，将直接影响到柴油机的工作性能。

柴油机燃油供给系一般由柴油箱、油管、输油泵、柴油滤清器、喷油泵、调速器和喷油器等组成。

1．供油量

供油量要与柴油机的工况相适应。供入适量的柴油可获得足够大的功率。供油量过多或过少均会使柴油机的动力性和经济性下降。还应保证各循环供油稳定和多缸

2．供油时间

柴油应当在适当时刻喷入燃烧室而且喷油的延续时间也应在最有利的范围内。多缸柴油机还应保证各缸的供油时间基本一致。

柴油机燃料供给系开始供油的时间，一船有两种表示方法，即供油提前角与喷油提前角。

供油提前角：喷油泵开始向高压油管供油的时刻，用活塞在上止点前相应的曲轴转角表示。

喷油提前角；喷油器开始向燃烧室喷射柴油的时刻，也用活塞在上止点前相应的曲铀转角表示。

3．喷油质量

喷入的柴油油束应与燃烧室配合良好。油束的雾化应符合燃烧室的要求，同时还应喷射干脆，避免后滴漏现象。

4．喷油规律

是指喷油过程中每单位时间或单位喷油泵凸轮轴转角的喷油量(又称喷油速率)随时间或喷油泵凸轮轴转角而变化的规律。

二、柴油机可燃混合气的形成与燃烧室

1、可燃混合气的形成与燃烧

柴油机可燃混合气的形成与燃烧的条件比较恶劣。柴油机混合气形成的时间极短。为了加速混合气的形成，在柴油机上要组织一定强度的空气涡流，如进气涡流和压缩涡流。

柴油机压缩冲程接近终点，气缸内空气温度上升到750~950K左右，超过了柴油的自燃温度。此时喷油器将一定量高压柴油喷入气缸并形成可燃混合气。可燃混合气中的柴油分子与空气中的氧分子在高温下发生化学反应，直至自燃着火。随即开始迅速燃烧并膨胀作功。根据

气缸内温度和压力变化的特点，可将柴油机内混合气的形成与燃烧按曲轴转角分为四个时期。

1). 着火延迟期

2). 速燃期

3). 缓燃期

4). 补燃期

2、柴油机燃烧室

由于柴油机的混合气形成和燃烧是在燃烧室内进行的，所以其燃烧室结构型式直接影响到所形成的混合气的品质和燃烧状况。

按结构型式，柴油机燃烧室可分为两大类：统一式燃烧室和分隔式燃烧室。

1）统一式燃烧室

统一式燃烧室是由凹形活塞顶、气缸盖底面及缸壁所包围的统一空间组成。凹形活塞顶面占大部分容积，按活塞顶面形状不同又可分为多种类型。

(1)．“ω”型燃烧室

2．球形燃烧室

2）分隔式燃烧室

分隔式燃烧室由两部分空间组成，一部分位于活塞顶部和缸盖底面之间的空间，称为主燃烧室；另一部分位于气缸盖内的空间，称为副燃烧室。二者由一个或数个通道相连通。常用的分隔式燃烧室型式有涡流室式燃烧室和预燃室式燃烧室。

(1). 涡流室式燃烧室

(2). 预燃室式燃烧室

三、喷油器

喷油器的功用是将来自喷油泵的高压柴油喷射雾化，并按一定的要求（如：一定的射程和喷雾锥角、雾化良好、喷入燃烧室的相应位置等）将柴油喷射到燃烧室中。

喷油器具有各种不同的结构型式。归纳起来可分为两大类，即开式喷油器与闭式喷油

器。喷油器内部通过喷孔与燃烧室经常相连通的称为开式喷油器；除了喷射柴油的时间外，

平时喷油器内部与燃烧室之间被一针阀隔开，这种喷油器称为闭式喷油器。

闭式喷油器常见的型式有铀针式与孔式两种。

1、孔式喷油器

孔式喷油器主要用于直接喷射的燃烧室。喷孔数目的范围一般为1～8个。喷孔的直径为0.25 0.8mm。喷孔数目与喷射方向要根据燃烧室的形状、空气涡流的情况及对喷雾质量的要求来确定。

2、轴针式喷油器

轴针式喷油器通常用于分开式燃烧室（涡流式燃烧室和预燃式燃烧室），复合式燃烧室也采用这种喷油器。

轴针式喷油器的工作原理与孔式喷油器相似。其结构特点是针阀在其密封锥面以下伸出一个轴针，并一直延伸到喷孔外，形状有圆柱形、顺锥形和倒锥形三种。以获得所需的喷注锥角。轴针与喷孔形成圆柱形缝隙（约0.005mm），使得喷油形成得喷注呈空心得圆锥形或圆柱形。

四、喷油泵

喷油器要实现对柴油的喷射雾化，输入的柴油必须有较高的压力。喷油泵的主要功用就是提高柴油的压力并能满足要求：（1）各缸的供油次序符合发动机各缸的工作顺序；（2）按照一定的供油规律，定时供油和迅速停供，各缸的供油提前角和供油延续时间相等；（3）能根据柴油机负荷的大小，与调速器配合供给所需的柴油量，且各缸的供应量均匀。

喷油泵的结构类型较多，现柴油机上常用的有柱塞式喷油泵、喷油泵－喷油器和转子分配式喷油泵等三类。

1、柱塞式喷油泵的工作原理

柱塞式喷油泵就按结构布置的形式不同，分单体泵和合体泵。单体泵用于单缸柴油机上；合体泵是将各缸的泵油机构及调速器合成一体，应用在多缸高速柴油机上。

在柱塞的圆柱表面加工有直线形（或螺旋形）斜槽，通过径向油道和轴向油道与柱塞的上端面连通。在柱塞的中部开有一环形槽，

以贮存少量柴油润滑工作表面。柱塞套的内部为光滑的圆柱形孔，与柱塞的外圆柱面相配合。柱塞套上部开有两个径向孔（进油孔和回油孔），与喷油泵体内的低压油腔相通。

由喷油泵的工作原理可知，柱塞的总升程h不变，其大小取决与凸轮升程；喷油泵柱塞的供油量及供油的持续时间（循环供油量）取决于供油有效行程h o（图4－11d所示）。喷油泵若需根据发动机工况的变化而改变供油量，只需改变柱塞供油的有效行程。一般借助改变斜油槽与柱塞套油孔的相对位置来实现。

2、柱塞式喷油泵的构造

多缸式喷油泵由分泵、油量调节机构、传动机构和喷油泵体组成。1）分泵

分泵是喷油泵的泵油机构，多缸发动机中分泵的数量与柴油机气缸数相等。

分泵的基本结构如图4－10所示。主要由柱塞偶件、柱塞弹簧、弹簧下座、出油阀偶件、出油阀弹簧、出油阀压紧座等组成。

（1）．柱塞偶件由柱塞和柱塞套组成。其功用是：提高柴油压力，以满足喷油器喷射压力的要求，控制供油量和供油时间。

柱塞和柱塞套是一副精密配合的偶件，要求具有高精度和低粗糙度，良好的耐磨性。用优质合金钢制造，通过精密加工和研磨，并经过分级配对互研。互研后柱塞偶件的配合间隙控制在

0.0015~0.0025m以内。使用中应成对更换，不可互换。

柱塞套：柱塞套上一般加工有两个径向孔。其中与斜油槽相对的，除用着进油外，还承担回油任务，称为回油孔。另一个仅承担进油的任务，称为回油孔。按照两油孔的轴向位置可分为平孔和高低油孔的结构。在柱塞套外圆柱面上部开有定位槽，柱塞套装入喷油泵体后，用定位螺钉插入此槽内定位，以保证正确的安装位置，防止柱塞在工作中发生转动。

柱塞：为了调节供油量，在柱塞头部圆柱面加工有斜油槽。图4－12 表示了三种不同的柱塞头部的型式。图4－12 a所示是供油开始时刻不变，通过改变供油终了时刻来改变供油量的柱塞。图4―12b 所示的是供油终了的时刻不变，通过改变开始供油的时刻来改变供油量的柱塞。图4－12c是供油开始和终了的时刻都变的柱塞。

（2）．出油阀偶件出油阀偶件包括出油阀和出油阀座，它的功用是出油、断油和断油后迅速降低高压油管的剩余压力，使喷油器迅速停止供油而不出现滴漏现象。

2)、油量调节机构

油量调节机构的功用是根据柴油机工况的变化来改变喷油泵的供

油量且保证各缸的供油量一致。

从喷油泵的工作原理可知，柱塞每循环的供油量取决于供油的有效行程h o的大小，由于斜槽的存在，只要转动柱塞就可以改变柱塞的供油有效行程，从而达到调节供油量的目的。常用的油量调节机构有齿杆式、拨叉式和球销式三种。

(1)．齿杆式油量调节机构

(2)．拨叉式油量调节机构

(3)．球销式油量调节机构

3)、传动机构

多缸合成式喷油泵的传动机构是由凸轮轴和滚轮体总成组成。

(1)．凸轮轴

(2)．滚轮－挺柱总成

4)、喷油泵体

喷油泵体是基础零件，喷油泵的其它零件均装在喷油泵体中。国产的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ系列的喷油泵做成上体和下体的分体式的结构，而A、

B、P等系列喷油泵做成整体式的结构。

3、P型喷油泵

P型喷油泵在结构上有如下一些特点：

1）．全封闭式箱式泵体

2）．吊挂式柱塞套

3）．钢球式油量调节机构

4）．压力式润滑

4、转子分配式喷油泵

转子分配式喷油泵简称分配泵，是另一种结构型式的喷油泵。与柱塞式喷油泵相比，具有零件数量少、结构紧凑、质量轻和调整保养简便等优点其缺点是加工精度高度，对柴油滤清要求高。

1）结构组成

1.滑片式二级输油泵11 它使燃油适当增压，以保证分配泵的必要进油量，并通过调节阀8控制输油泵的出口压力。

2.高压泵它是分配泵的关键组成部件，由分配泵外壳、分配套筒12、内凸轮14和旋转的分配转子13、柱塞17、滚柱15等零件组成，起进油、泵油和配油的作用。

3.油量调节机构采用一在侧面开有轴向油槽的圆柱形控制阀4，转动控制阀可以改变供油量。控制阀上端通过杆系同时与加速踏板和调速器联结。

4.供油提前角自动调节机构利用二级输油泵输出油压的高低，通过活塞使内凸轮转动一定的角度，使供油提前角随转速或负荷的变化而自动调节，以改善柴油机的工作性能。

2）工作原理

5、供油提前角的调整

1)、供油提前角为了保证在柴油机气缸内形成良好的混合气，改善燃烧条件，喷油器必须由一个合适的喷油提前角。最佳的喷油提前角是在标定转速和额定负荷的条件下确定的，其值并且会随着燃料的性质和发动机的工况而变化，同时由于凸轮、滚轮等传动部件的磨损，喷油提前角也会变化。因此，喷油器的喷油提起角必须调整。而喷油提前角调整只有通过调整喷油泵的供油提前角才能得以实现。

2）、供油提前角自动调节装置

目前国内外车用柴油机供油提前角自动调节装置是根据转速的变化而自动调节供油提前角。

a） b）

图供油提前角自动调节器工作原理

a) 静止状态 b）提前状态

1-驱动盘 7-飞块 8-滚轮内座圈 9-滚轮 11-弹簧 13-弹簧

座 19-从动盘

供油提前角自动调节器的的工作原理如图所示。当柴油机工作时，驱动盘通过销钉带动飞块和从动盘一起旋转。飞块7在离心力的作用下绕驱动盘上的销钉向外摆动，这迫使滚轮9沿从动盘19上的弧形侧面E向外移动，并推动从动盘沿着旋转的方向转动一个角度α即供油提前角的增大量，与此同时弹簧11受到压缩，直至弹簧力与离心力平衡为止，主动盘重新与从动盘同步旋转。柴油机的转速上升越高，飞块的离心力越大，供油提前角增大越多。反之，柴油机转速降低时，供油提前角相应减小。

五、调速器

1、调速器的功用

对于采用柱塞式喷油泵的柴油机，其全负荷速度特性曲线中的扭矩特性曲线 )(n f M e 比较平坦，当遇到外界阻力矩有较小的变化时，就会引起转速的较大变化，非常不利于柴油机的稳定工作。并且由于柱塞式喷油泵速度特性的影响，当负荷降低转速增加时，循环供油量也随之增加，从而使转速进一步增高，甚至导致柴油机的“超速”与“飞车”，使柴油机工作恶化；而当负荷增加导致转速降低时，柱塞泵的循环供油量会随之减少，而使转速进一步降低，最后导致发动机熄火。

显然，要随着负荷的变化，由驾驶员随时地调节供油量是非常困难的。因此，在柴油机上一般都装有调速器，以便在负荷变化时候，自动地改变供油拉杆的位置调节供油量，使柴油机 转速基本保持稳定。

2、调速器的种类

根据调速器的工作原理，调速器的类型可分为机械式、气力式和液力式三种。而机械式调速器的结构简单、工作可靠，广泛应用与中、小型柴油机，液压式调速器结构复杂，制造精度高，调节灵敏性好，作用在调节机构上的调节力大，主要用于大型柴油机。气动式调速器应用在少数小型柴油机上。

机械式调速器根据其转速作用的范围可分为：

1)．两速式调速器 能在两个规定的转速下起着用，它既可以保持柴油机低速稳定运转，又能限制柴油机的最高转速。

2)．全程式调速器它不仅能保持低速稳定运转和限制最高转速，而且还能使柴油机在整个工作转速的范围内的任何转速下稳定运转。

3、机械式调速器的工作原理

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。

1）．双速式调速器

两速式调速器在推力盘5与弹簧座9（固定在支撑轴上）之间装有两根调速弹簧。一根外弹簧8的刚度较弱，预紧力小，紧贴于推力盘5上。另一根内弹簧6刚度强，预紧力大，安装时与推力盘保持一定距离。此外，供油拉杆除由调速器控制外又可由操纵者直接控制

图 4－28 双速式调速器简图

1-供油拉杆 2-传动盘 3-喷油泵凸轮轴 4-钢球 5-推力盘6- 内弹簧座 7-外调速弹簧 8-内调速弹簧 9-弹簧座 10-支

承轴

由此可见，双速式调速器只在低于怠速和高于额定转速时才起作用，在它们之间则不起作用。在怠速和额定转速之间，供油量由操纵人员推动操纵杆自行调节。图 4－29 采用双速式调速器发动机的调速特性。

图采用双速式调速器的调速特性

2）．全程调速器

图全程式调速器简图

1-供油拉杆 2-传动盘 3-喷油泵凸轮轴 4-钢球 5-推力盘 6-调

速弹簧

7-支承轴 8-弹簧座 9-怠速限制螺钉 10-操纵杆 11-高速限制

螺钉

图4-31 装全程调速器时柴油机的调速特性

1-最高调速范围 2、3、4- 部分转速调速范围当扳动操纵杆碰到高速限制螺钉11时，调速弹簧的预紧力最大，这时相当于一个调速范围为n b—n n的单程调速器，如果操作杆碰到了怠速限制螺钉，调速弹簧预紧力最小，这时就相当于一个调速范围为 n b’—n n’的单程调速器。

在高速限制螺钉和低速限制螺钉之间，操纵杆可以处于任何一个位置，调速弹簧也就对应某一个不同的预紧力。在这一范围内，调速器起到了无数个单程调速器的作用。

当操纵杆处于某一位置而柴油机负荷处于稳定时，调速器内的弹力和离心力轴向分力也处于平衡，柴油机便在调速器作用下以转速

n b稳定运转。如果此时驾驶员要提高柴油机转速，便可将操纵杆向左扳动以增大弹簧的预紧力。弹簧力增大后F t>F l, 调速器原有的平衡被打破，调速弹簧迫使推力盘带动供油拉杆增大供油量。但由于此时外界的负荷并没有变化，增大了油量超出了负荷的实际需要，柴油机便得到加速。

六、柴油机供给系辅助装置

在柴油机燃料供给系低压油路部分上安装的燃油箱、柴油滤清器及输油泵，统称为柴油机燃油供给系的辅助装置。它们对柴油机燃料供给系的正常工作发挥着重要作用。

1、燃油箱

燃油箱的功用是用来为柴油机贮存燃油。为了保证柴油机足够长的持续工作时间，燃油箱应具有一定的贮油容积。对于拖拉机，其油箱容量应能保证持续工作10h以上。对于汽车，其油箱容量应能保证行驶200～600km。

燃油箱一般是用薄钢板冲压焊接而成，其结构基本相同，其数量和安装位置根据整体布置而定。目前，较多采用单油箱或双油箱。除了贮油之外，燃油箱还应能使燃油中的水分和杂质得到初步过虑沉淀。为此，在加油口处，常设有过滤网，使加入的燃油能得到初步过滤。在油箱底部设有放油螺塞，用以定期排除油箱里沉积的水和污物。

油箱盖应既能防止燃油渗出，又能防止因油面下降导致油箱内形成一定真空度而影响正常供油，故在油箱盖上开有通气小孔。对于较大的油箱，为了提高油箱的刚度和避免燃油振荡，在其内部设有隔板。为了指示油箱中的燃油存量，常设有油箱油尺或在油箱外部装透明塑料管直接观察。汽车燃油箱中装有油面高度传感器，其显示表头装在驾驶室仪表上。

2、燃油滤清装置

柴油在运输和贮存的过程中，不可避免地会混入水分和尘土，并随着贮存时间的延长，实际胶质会增加。每吨柴油的机械杂质含量可

能多达100～250g,其粒度范围为5～50μm。柴油中的硬质粒子会加剧供油系统精密偶件的磨损，水分会引起零件的锈蚀，胶质可能导致精密偶件的卡死或使小孔堵塞。

因此，为了保证喷油泵和喷油器的工作可靠并延长其使用寿命，在柴油机燃油供给系中，还必须设置燃油滤清装置，以清除燃油中的机械杂质和水分。拖拉机汽车上的燃油滤清装置主要有沉淀杯和燃油滤清器两种。有的柴油机上只用单级过滤器，有的柴油机上采用粗、细两级滤清器。

滤清器对机械杂质和水的过滤主要依赖其滤芯微孔的阻拦作用。根据制作材料的不同，有金属缝隙滤芯、棉纱滤芯、多孔陶瓷滤芯和微孔纸芯滤芯。由于滤纸经过酚醛树脂的处理，纸质滤芯具有优良的抗水性能。并且纸质滤芯具有流量大、阻力小、滤清效率高、使用寿命长、重量轻、成本低等优点，因此被广泛应用在汽车和拖拉机上。

3、输油泵

输油泵的功用是克服低压油路柴油的流动阻力。为保证有足够流量和一定压力的柴油供给喷油泵，其输油量一般为全负荷最大喷油量的3～4倍。

1）活塞式输油泵

2）膜片式输油泵