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第6章 柴油機燃料供給與燃燒收藏
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第6章 柴油機燃料供給與燃燒
內容提要
1. 柴油機混合氣形成與燃燒室
2. 柴油機燃料供給系統組成
3. 噴油泵（柱塞式、分配式）結構與工作原理
4. 調速器的作用、基本結構與工作原理
5. 噴油器結構原理及燃油噴射
6. 柴油機的燃燒過程
7. 電控柴油噴射系統組成、基本結構及工作原理 |
柴油機具有良好的燃油經濟性（比汽油機省油30％）、可靠性、耐久性和CO排放低（比汽油機低45％）等優點。
2001年歐洲生產的1660萬輛汽車中有42.2％采用柴油機，目前生產的轎車中，柴油轎車占30％以上，預測到2005年，超過50％的轎車和輕型車將會使用柴油機。
6.1 柴油機混合氣的形成
6.1.1 柴油機混合氣形成特點
1. 柴油蒸發性和流動性比汽油差；
2.缸內混合；
3.混合氣形成時間極短，只占150～350曲軸轉角（按發動機轉速3000r/min計，只占8.3×10-4～1.9×10-3s）；
4.邊燃燒邊噴油，氣缸內各處混合氣濃度很不均勻。
解決途徑：
1．組織空氣在氣缸中的流動，促進可燃混合氣形成；
2．設計出各種燃燒室，使混合氣形成和燃燒快速進行；
3．采用高噴油壓力（15～200MPa）向氣缸噴油，使燃油霧化均勻，與空氣快速混合燃燒；
4．采用電子控制技術，準確控制燃料定時、定量向氣缸噴油。
6.1.2 柴油機混合氣形成方式
根據柴油機混合氣形成特點，可以分為空間霧化混合和油膜蒸發混合兩種基本方式。
空間霧化混合是將柴油高壓噴向燃燒室空間，形成霧狀，與空氣進行混合。為了使混合均勻，要求噴出的燃油與燃燒室形狀相配合，并充分利用燃燒室中空氣的運動。
油膜蒸發混合是將大部分柴油噴射到燃燒室壁面上，形成一層油膜，受熱蒸發，在燃燒室中強烈的旋轉氣流作用下，燃料蒸氣與空氣形成均勻的可燃混合氣。
在柴油實際噴射中，兩種混合方式都兼而有之，只是多少、主次有所不同。
為了促進柴油與空氣更好混合，一般都要組織適當的空氣渦流，常見的有以下3種：
（1）進氣渦流 進氣渦流是指在進氣行程中，使進入氣缸的空氣形成繞氣缸中心高速旋轉的氣流。它一直持續到燃燒膨脹過程。
渦流速度可以達到曲軸轉速的6～10倍。
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圖6-1 螺旋型進氣道和切向進氣道 |
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圖6-2 擠壓渦流 |
(3)燃燒渦紊流 燃燒渦紊流是指利用柴油燃燒的能量，沖擊未燃的混合氣，造成混合氣渦流或紊流。其目的也是進一步促進燃油與空氣的混合與燃燒。
6.1.3 柴油機燃燒室
燃燒室是柴油機的燃燒場所。它對燃燒有重要影響，其結構形形色色，基本分為直噴式燃燒室和分開式燃燒室兩大類（圖6-3）。
1．直噴式燃燒室
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圖6-3 柴油機燃燒室 氣道 |
直噴式燃燒室的活塞頂設計：
如圖6-4a的淺盆形燃燒室，凹坑較淺，底部較平，空氣壓縮渦流小，主要靠噴油嘴高壓噴油到燃燒室空間與空氣混合，屬于空間霧化混合方式。這種燃燒室，結構簡單、緊湊，由于空間小，傳熱少，動力性、經濟性與起動性都較好。但對噴油系統要求高，需要較高的噴油壓力，噴油嘴的噴孔也要求小而多，工作起來也比較粗暴。
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a）淺盆形燃燒室 b）淺ω形燃燒室 c）球形燃燒室 d）U形燃燒室 e）四角形燃燒室 f）八角形燃燒室 g）花瓣形燃燒室 |
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圖6-4 不同直噴式燃燒室 |
2．分隔式燃燒室 分隔式燃燒室的結構特點是燃燒室被分隔為主、副二個燃燒室，二者用一個或數個通道相通。副燃燒室在氣缸蓋內，容積占總壓縮容積的50～80%，主燃燒室在缸蓋底平面與活塞頂面之間。燃料先噴入氣缸蓋中的副燃燒室進行預燃燒，再經過通道噴到活塞頂上的主燃燒室進一步燃燒。
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圖6-5 渦流室式燃燒室的副燃燒室 |
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圖6-6 渦流室式燃燒室的主燃燒室 |
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圖6-7 預燃室式燃燒室 |
預燃室式燃燒室（圖6-7）的副燃燒室與主燃燒室的通道截面較小，而且方向與噴油方向相對。壓縮時，空氣經通道被壓向副燃燒室，形成強烈的紊流，燃料逆氣流方向噴射，與空氣相撞混合，并著火預燃燒，所以副燃燒室也稱預燃室。隨后不完全燃燒的混合氣經通道到主燃燒室，與主燃燒室內的空氣進一步混合燃燒。這種燃燒室工作比渦流室式燃燒室更柔和，而且可以燃用多種燃料，但它的節流損失比渦流室式更大，所以經濟性能較差。
6.2 柴油機燃料供給系統組成
6.2.1 柴油機燃料供給系總體組成
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1-柴油箱 2-油水分離器 3-輸油泵 4-柱塞式噴油泵動力輸入 5-柱塞式噴油泵 6-柴油濾清器 7-回油管 8-高壓油管 9-噴油器 |
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圖6-8 柱塞式噴油泵柴油供給系統 |
6.2.2 柴油機燃料供給系低壓油路
1．油箱：盛裝柴油。
2．油水分離器：用于分離柴油中混入的水份。來自油箱的柴油由進油口2(圖6-10)進入油水分離器，并經出油口9流出。
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1-手壓泵拉鈕 2-手壓泵體 3-手壓泵桿 4-手壓泵活塞 5-進油閥彈簧 6-進油閥 7-進油口 8-輸油泵體 9-輸油泵活塞彈簧 10-輸油泵活塞 11-出油閥 12-出油閥彈簧 13-出油口 14-推桿 15-推桿彈簧 16-挺柱 17-滾輪 18-噴油泵凸輪軸 19-偏心輪 |
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圖6-11 活塞式輸油泵 |
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1-手壓膜片泵 2-進油口 3-放水水位 4-放水塞 5-液面傳感器 6-浮子 7-分離器殼體 8-分離器蓋 9-出油口 |
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圖6-10 油水分離器 |
3．輸油泵:將燃油從油箱吸出，并克服燃油濾清器等的阻力，以一定的壓力和流量輸往噴油泵的裝置。
有活塞式、膜片式和滑片式幾種形式。
（1）活塞式輸油泵:其基本結構原理如圖6-11所示。
當噴油泵凸輪軸18旋轉時，在偏心輪19和輸油泵活塞彈簧9的共同作用下，輸油泵活塞10在輸油泵體8的活塞腔內作往復運動。
當輸油泵活塞由下向上運動時，A腔容積增大產生真空度，使進油閥6開啟，柴油經進油口7被吸入A腔；與此同時，B腔容積縮小，其中的柴油壓力升高，出油閥關閉，燃油被送往濾清器。
當輸油泵活塞由上向下運動時，A腔容積減小，油壓升高，進油閥關閉，出油閥開啟；與此同時，B腔容積增大，柴油就從A腔流入B腔。
若柴油機負荷減小，需要的柴油量減少時，或柴油濾清器堵塞，油道阻力增加時，會使輸油泵B腔油壓增高。當此油壓與輸油泵活塞彈簧的彈力相平衡時，活塞往B腔的運動便停止，活塞的移動行程減小，造成輸油泵的輸出油量減少，實現了輸油量的自動調節，而輸油壓力則基本穩定。
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A-進油腔 B過渡油腔 -C-出油腔
1-進油道 2-回油道 3-調壓彈簧 4-調壓閥 5-分配泵驅動軸 6-輸油泵轉子 7-滑片片 8-泵體 |
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圖6-12 滑片式輸油泵 |
（2）滑片式輸油泵（圖6-12）。
輸油泵轉子6由分配泵驅動軸5驅動，它偏心地安裝在輸油泵體8的內孔中，形成月形的工作腔。四塊滑片7分別安裝在輸油泵轉子的四個滑片槽內，將月形的工作腔分隔成A、B、C三個油腔。滑片可以在槽內作徑向運動，并隨著轉子一起旋轉。
當分配泵驅動軸旋轉時，滑片隨之旋轉，進油腔A容積由小變大，不斷吸油，經過渡油腔B，送往出油腔 C；出油腔容積由大變小，使柴油壓力提高。
為了保持進入分配泵的油壓基本穩定，在輸油泵出口處（C腔）設有調壓裝置，當燃油壓力大于調壓彈簧3的彈力時，調壓閥4打開，過高壓力的燃油經回油道2口流回進油腔A。
4．柴油濾清器 柴油濾清器用來過濾柴油中的雜質。分為紙質濾芯、毛氈濾芯等濾清器。
柴油濾清器蓋上設有限壓閥2，當油壓超過0.1～0.15MPa時，限壓閥開啟，多余的柴油經限壓閥直接返回油箱。
有的柴油汽車的燃油系統裝有粗、精兩級濾清器，串聯使用。
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圖6-14 柱塞式噴油泵 |
噴油泵是柴油機燃料供給系中**重要的部件，被稱為柴油機的心臟。它的基本作用是定時定量地產生高壓柴油。
柱塞式噴油泵種類繁多，國產汽車用噴油泵一般以其柱塞行程等參數不同分A、B、P、Z等系列（參見附錄1）。下面以汽車使用較多的A型噴油泵為例，介紹其基本結構與工作原理。
6.3.1 A型噴油泵基本結構與工作原理
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1-出油閥壓緊座 2-出油閥彈簧 3-出油閥 4-出油閥座 5-柱塞套 6-低壓油腔 7-柱塞 8-噴油泵體 9-油量調節螺桿 10-油量調節套筒 11-柱塞彈簧 12-供油正時調節螺釘 13-定位滑塊 14-凸輪軸 15-凸輪 16-挺柱體部件 17-柱塞彈簧下座 18-柱塞彈簧上座 19-齒圈 20-進回油孔 21-密封墊 |
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圖6-15 噴油泵的泵油機構 |
1.泵體 泵體是噴油泵的骨架，一般用鋁合金鑄造而成。A型泵的泵體是整體式，泵體側面開有窗口，以便修理時調整各缸的噴油量。
2.泵油機構 泵油機構（圖6-15）是噴油泵的核心，每缸有一組泵油機構，它主要由柱塞偶件（柱塞7和柱塞套5）、出油閥偶件（出油閥3和出油閥座4）、出油閥彈簧2、柱塞彈簧11等組成。
(1)柱塞偶件（圖6-16）
柱塞偶件由柱塞5和柱塞套1組成。柱塞可在柱塞套內作往復運動，兩者配合間隙極小，約在0.0018～0.003mm，需經精密磨削加工或選配研磨而成，故稱它們為偶件。使用中不允許互換，如有損壞，應成對更換。同時要求所使用的柴油要高度清潔，多次過濾。
柱塞套被壓緊在泵體上，在其上部開有進回油孔2，有的柱塞套進回油孔是分開的，柱塞套裝入噴油泵體后，定位螺釘即插入此槽內，以保證正確的安裝位置，并防止工作中柱塞套發生轉動。
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圖6-16 柱塞偶件 |
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a）右旋直切槽 b）左上旋螺旋槽 c）右上旋螺旋槽 d）雙置式螺旋槽 e）二級直切槽 |
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圖6-17 柱塞切槽
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有的切槽采用兩段式（圖6-17e），1號切槽斜率比常規的2號切槽斜率大，可以改善柴油機低速時的噴油性能。
柱塞的中部圓柱面是密封部，環形油槽6（圖6-16）可儲存少量柴油，用于潤滑柱塞。柱塞下部加工有榫舌7，有的是壓配調節臂，用于進行供油量調節。
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1-出油閥座 2-出油閥 3-密封錐面 4-減壓環帶 5-十字切槽 |
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圖6-18 出油閥偶件 |
出油閥下部為導向部，閥芯斷面呈“+”字形，既能導向，又能讓柴油通過；出油閥上部有一圓錐面3，與閥座的圓錐面貼合，形成一個密封環帶。密封環帶下方有一個小圓柱面4稱為減壓環帶，它可使噴油器斷油干脆。
出油閥偶件也是一對精密偶件，出油閥導向面和減壓環帶與出油閥座內表面徑向間隙約為0.006～0.016毫米，使用中也不允許互換。
出油閥偶件置于柱塞套上端，由出油閥壓緊座1（見圖6-19）壓緊在噴油泵體上。為了防止高壓柴油泄漏，一般在出油閥壓緊座與出油閥座之間裝有尼龍或銅制密封墊片6。有些出油閥緊座中設有減容體3，以減少高壓容積，削弱燃油波動，改善柴油噴射。
(3)泵油原理 當柱塞下行時(圖6-20a)，柱塞上方的空間容積變大，形成部分真空。當柱塞頂部下行到露出進油孔時，低壓油便從泵體上的低壓油腔流入柱塞頂部的空間，開始了進油行程，直至柱塞抵達下止點時，完成進油過程。
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a）進油 b）壓油 c）回油 d）柱塞有效行程 |
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圖6-20 噴油泵的泵油原理 |
柱塞繼續上行，至其斜切槽與柱塞套的回油孔相通時，柱塞頂部的高壓油便經柱塞的中心油道流回泵體低壓油腔(圖6-20c)。由于柱塞頂部油壓急劇下降，在出油閥彈簧作用下，出油閥迅速落座，供油過程結束。此后柱塞雖然繼續上行到上止點，但并不能向高壓油管供油。可見，在柱塞的總行程h(圖6-20d)中，只有一部分行程hc向高壓油管供油，稱這部分行程為有效行程。
當轉動柱塞時，改變了柱塞斜切槽與柱塞套回油孔的相對位置，從而改變了柱塞的有效行程，也就改變了柱塞的供油量。
出油閥減壓環帶的作用是使回油開始出油閥落座時，首先是減壓環帶圓柱面關閉出油閥座，至密封錐面落到閥座錐面時，使高壓油管容積突然增大，迅速降壓，導致噴油器斷油干脆，改善了發動機的燃燒過程。
3.供油量調節機構 其作用是根據發動機負荷變化，通過轉動柱塞來改變每循環的供油量。
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1-柱塞套 2-柱塞 3-柱塞調節臂 4-撥叉緊固螺釘 5-撥叉 6-供油拉桿 |
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圖6-22 撥叉拉桿式油量調節機構 |
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a)不供油 b)部分供油 c)**大供油
1-柱塞套 2-進回油孔 3-調節齒桿 4-柱塞 5-調節齒圈 6-控制套筒 7-柱塞榫舌 |
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圖6-21 噴油泵供油量調節機構 |
當調節齒桿被拉動時，便帶動調節齒圈轉動，從而帶動噴油泵柱塞轉動，改變柱塞的循環供油量。
噴油泵的調節齒桿一般不直接由駕駛員控制，而是通過調速器控制。
有的柴油機噴油泵供油量調節機構是撥叉拉桿式（圖6-22）或拉桿襯套式（見P型泵結構特點），但基本原理都是通過轉動柱塞來改變循環供油量。
4.驅動機構 驅動機構主要由油泵凸輪軸14和挺柱體部件16組成（見圖6-15）。
(1)凸輪軸（圖6-23）:凸輪外形根據不同燃燒室的要求而有不同的型線（圖6-24），不同的凸輪型線，供油規律不同。現代汽車用得較多的是組合式凸輪。
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a)雙切線凸輪 b)圓弧凸輪 c)組合式凸輪 |
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圖6-24 噴油泵凸輪軸凸輪型線 |
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圖6-23 噴油泵凸輪軸 |
(2)挺柱體部件：其作用是將凸輪的運動平穩地傳遞給柱塞，并且可以適量調整柱塞的供油時間。常見的供油時間調整方式有螺釘調節式和墊塊調節式。
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1-調整螺釘 2-鎖緊螺母 3-挺柱體 4-導向滑塊 5-滾輪銷 6-滾輪襯套 7-滾輪 |
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1-柱塞彈簧座 2-調整墊片 3-挺柱體 4-導向滑塊 5-滾輪銷 6-滾輪襯套 7-滾輪 |
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圖6-25 螺釘調節式挺柱體部件 |
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圖6-26 墊塊調節式挺柱體部件 |
5.噴油提前器（見圖6-14）：其作用是隨柴油機轉速的變化，自動調節噴油泵的供油起始角。
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a) 提前器結構 b)起始位置 c)終了位置
1-防護罩 2-提前器彈簧 3-傳動銷 4-主動盤 5-傳動爪 6-主動盤凸緣 7-傳動銷 8-飛錘圓弧面 9-飛錘 10-噴油泵凸輪軸 11-飛錘銷 12-從動盤
L1-彈簧起始位置 L2-彈簧終了位置 θ-提前角調節范圍 |
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圖6-27 SA型噴油提前器 |
柴油機的噴油提前角是指噴油器開始噴油到活塞行至上止點時所轉過的曲軸轉角。它是影響柴油機工作性能的重要而敏感的因素。過早噴油，導致過早著火燃燒，氣缸壓力過早提高，造成了壓縮負功增加，功率下降，油耗上升，起動困難，產生敲缸聲音；過晚噴油，導致過晚著火燃燒，此時活塞已下行，空間容積增大，燃燒條件變差，導致排氣冒黑煙，油耗上升，功率下降，排氣溫度升高，發動機過熱。
在發動機一定工況下，能使得發動機獲得**大功率和**低燃油消耗的噴油提前角稱之為**佳噴油提前角。不同型號的發動機有不同的**佳提前角。同型號的發動機，在發動機不同的轉速和負荷下，其**佳噴油提前角也不同。轉速升高，噴油應提早，這是因為轉速升高，單位時間內所轉過的曲軸轉角增大，導致噴油的延續角度增大，發動機后期燃燒延長，排氣容易冒黑煙。所以為了減少后燃，汽車柴油機均裝有噴油提前器。
A型噴油泵大多采用機械離心式噴油提前器，常見的有SA、SP和雙偏心型幾種。以SA型為例，其基本結構如圖6-27a所示。整個裝置由防護罩1密封，其內部有主動盤4和從動盤12。
主動盤的凸緣6上有傳動爪5，接受發動機傳來的驅動力；主動盤內側固定有兩個傳動銷3和7，其上面的平凹坑作為提前器彈簧2的支座。
從動盤12與噴油泵凸輪軸剛性連接，其上固定有兩個飛錘銷11，飛錘銷上的平凹坑作為提前器彈簧的另一支座。兩塊飛錘9通過其上的軸孔套在飛錘銷上。
提前器彈簧2支撐在傳動銷和飛錘銷之間，使飛錘的圓弧面壓緊在傳動銷上，使主動盤與從動盤形成彈性連接，能相互轉動一定角度。
發動機工作時，動力經傳動爪5、傳動銷3和7、飛錘圓弧面8、飛錘銷11和從動盤12，驅動噴油泵凸輪軸旋轉。
當發動機起動或低速運轉時，飛錘的離心力很小，未能向外張開，提前器彈簧處于完全伸張狀態，傳動銷3和7緊靠在飛錘圓弧面8的外側（圖6-27b）。
當發動機的轉速升高到一定值時，飛錘克服了提前器彈簧的壓力，以飛錘銷11為支點向外張開，迫使飛錘圓弧面沿傳動銷向外滑動，壓縮彈簧，從而帶動飛錘銷11、從動盤12和噴油泵凸輪軸順噴油泵旋轉方向轉過一定角度，使供油提前。轉速越高，提前器彈簧被壓縮越厲害，提前角度越大，直到飛錘行程走完為止（圖6-27c）。SA型提前器**大供油提前角調節范圍在100以內。
6.潤滑系統 A型噴油泵的柱塞偶件和出油閥偶件靠流過的柴油潤滑。而驅動機構中的油泵凸輪軸、挺柱體部件、軸承以及油量調節機構，都是靠噴油泵底部的潤滑機油進行擊濺潤滑。所以油泵凸輪軸兩端加有油封防止漏油，若有損壞，應及時更換，否則會導致嚴重后果。噴油泵中的潤滑油靠油標尺檢查，應每天進行，及時添加。
6.4 分配式噴油泵
柱塞式噴油泵是具有與柴油機缸數相同的柱塞偶件和出油口的噴油泵。而分配式噴油泵是具有一個分配轉子（或分配柱塞）和多個出油口的噴油泵。它具有結構簡單、零件少、體積小、重量輕、高速性能好、故障少和容易維修等優點，其主要問題是每循環供油量不大，精密偶件加工精度要求高。所以分配式噴油泵被廣泛應用于輕型柴油汽車上。
分配式噴油泵按其結構特點分為轉子式（徑向壓縮式）和單柱塞式（軸向壓縮式）兩大類。下面以應用較廣的單柱塞分配式噴油泵（簡稱VE型分配泵，見圖6-31）為例介紹其工作原理。
VE型噴油泵主要由泵體、泵蓋、滑片式輸油泵、泵油機構、斷油電磁閥和噴油提前器等組成（圖6-32）。
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1-驅動軸 2-泵體 3-調壓閥 4-泵蓋 5-調速手柄 6-飛錘 7-調速彈簧 8-回油電磁閥 9-穩定彈簧 10-**大油量調整螺釘 11-張力桿 12-調整桿 13-斷油電磁閥 14-柱塞 15-柱塞套 16-出油閥緊座 17-出油閥 18-油量調節套筒 19-柱塞彈簧 20-平面凸輪盤 21-滾輪 22-噴油提前器活塞 23滾輪支架 24-十字連軸器 25-調速器驅動齒輪 26-滑片式輸油泵 |
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圖6-32 VE型分配泵結構示意圖 |
泵體2和泵蓋4用鋁合金鑄成，支承著噴油泵的所有零部件。泵蓋與泵體之間用橡膠墊密封，不得漏油。泵蓋上安裝有回油電磁閥8、調速手柄5、高速限制螺釘、怠速螺釘、**大油量調整螺釘10等。
6.4.2 驅動機構
驅動機構由驅動軸、調速器驅動齒輪、滾輪支架、滾輪、十字聯軸器和平面凸輪盤等組成（圖6-33）。
工作時，驅動軸由發動機曲軸通過中間傳動裝置驅動。傳動軸一方面帶動滑片式輸油泵轉動，同時通過調速器驅動齒輪2帶動調速器工作；另一方面，傳動軸右端通過十字聯軸器5帶動平面凸輪盤6轉動，凸輪盤上的凸輪數與發動機氣缸數相同，并緊靠在滾輪4上，滾輪支承在滾輪支架3上，當平面凸輪盤6轉動同時，受滾輪4的作用，還作左右往復運動，用于驅動分配泵的柱塞也作轉動和往復運動。
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1-驅動軸 2-調速器驅動齒輪 3-滾輪支架 4-滾輪 5-十字聯軸器 6-平面凸輪盤 |
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圖6-33 VE型分配泵驅動機構 |
基本結構原理見6.2。
6.4.4 泵油機構
泵油機構是VE分配泵的關鍵部件，用以定時、定量產生高壓油。它主要由柱塞、柱塞套、油量調節套筒、柱塞彈簧、出油閥偶件等組成（圖6-34）。
柱塞10與柱塞套3、柱塞與油量調節套筒9是兩對精密偶件。在柱塞的左端開有定位孔19（圖6-34c），與平面凸輪盤11的定位銷20相嚙合（圖6-34b），平面凸輪盤的運動，帶動柱塞作相應的轉動和往復運動；柱塞的右端開有四條相隔900的進油槽13（圖6-34c），；中部開有一個出油孔15、一條壓力平衡槽16和泄油孔18，柱塞還有中心油道與各進出油孔及泄油孔相通。
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a) 泵油機構 b) 平面凸輪盤 c) 柱塞
1-斷油電磁閥 2-進油孔 3-柱塞套 4-出油閥緊座 5-出油閥偶件 6-出油孔 7-泵頭 8-柱塞彈簧 9-油量調節套筒 10-柱塞 11-平面凸輪盤 12-滾輪 13-進油槽 14-出油槽 15-出油孔 16-壓力平衡槽 17-中心油道 18-泄油孔 19-定位孔 20-定位銷 |
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圖6-34 VE型分配泵泵油機構 |
油量調節套筒9上的凹坑與調速器相連，可在柱塞上左右移動，當柱塞向右運動到露出泄油孔18時，柱塞中心油道上的高壓油泄壓。
現以四缸發動機配用的VE型分配泵為例，說明其工作原理（見圖6-34a）：
（1）進油過程 當平面凸輪盤11的下凹部分轉到與滾輪12接觸時，在柱塞彈簧8的作用下，轉動著的柱塞向左移動接近終點時，泄油孔18完全被油量調節套筒9所封閉。當柱塞的一個進油槽與柱塞套的進油孔相對時，泵腔中的燃油便進入柱塞中心油道，直至柱塞進油槽與柱塞套的進油孔錯開，進油結束。
（2）泵油過程 當平面凸輪盤由下凹部分向凸起部分轉動到與滾輪接觸時，柱塞由左向右運動，此時柱塞中心油道的油壓急劇升高，當柱塞的出油槽與柱塞套的一個出油孔相對時，高壓燃油便經出油孔、出油閥、高壓油管，送到相應缸的噴油器中。
柱塞每轉一周，對四缸柴油機，分別進油4次，出油4次，向每個氣缸噴油一次。
（3）回油過程 柱塞在平面凸輪盤作用下繼續右移，當柱塞的泄油孔露出，油量調節套筒9與泵腔相通時，柱塞中心油道中的高壓油便流回泵腔，油壓急劇下降，供油結束。
柱塞從出油槽與柱塞套出油孔接通到關閉的行程稱為柱塞的有效行程。有效行程越大，向外供油量越多。移動油量調節套筒9的位置，即可改變柱塞的有效行程，從而改變VE分配泵的供油量。
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1-電磁線圈 2-回位彈簧 3-閥門 4-進油孔 5-柱塞套 6-泵頭 7-出油閥彈簧 8-出油閥偶件 9-柱塞 10-油量調節套筒 11-進油道 12-蓄電池 13起動開關 14-電阻 |
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圖6-35 VE型分配泵斷油電磁閥 |
6.4.5 斷油電磁閥
VE型分配泵裝有斷油電磁閥（圖6-35）。發動機起動時，將起動開關13閉合（旋至ST位置），從蓄電池12來的電流直接流過電磁線圈1，產生的電磁吸力壓縮回位彈簧2把閥門3吸上，使進油孔4打開，燃油進入泵油機構。
發動機起動后，將起動開關旋至ON位置，此時由于電路串入了電阻14，電流減少，但由于有油壓作用，閥門仍保持開啟。
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1-驅動軸 2-滾輪座 3-滾輪 4-傳動銷 5-止動銷 6-O形圈 7-側蓋板 8-泵體 9-提前器活塞 10-連接銷 11-彈簧 12- O形圈 13-側蓋 |
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圖6-36 VE型分配泵噴油提前器 |
6.4.6 噴油提前器
VE泵的噴油提前器屬于液壓式，其結構如圖6-36所示。
滾輪座2通過傳動銷4和連接銷10與提前器活塞9相連接。活塞右端有一小孔A，與泵體內腔燃油相通。活塞左端安裝有彈簧11，與滑片式輸油泵進油腔相通。當發動機穩定運轉時，活塞左右兩端壓力平衡，活塞和滾輪座不動。
當發動機轉速增加時，滑片式輸油泵運轉加快，泵腔油壓升高，使提前器活塞9的右端壓力大于左端，便壓縮彈簧，使活塞左移，通過傳動銷4，帶動滾輪座2順時針旋轉（逆著驅動軸方向旋轉），導致滾輪3提早頂起平面凸輪，提早供油和噴油。發動機轉速越高，泵腔燃油壓力也越大，活塞左移越多，噴油也越早。
6.5 調速器
6.5.1 調速器的作用
調速器是一種隨柴油機負荷與轉速的變化，自動調節噴油泵供油量，以限制或穩定轉速的裝置。
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圖6-37 柴油機轉矩特性 |
柴油機“飛車”的產生，還與柱塞式噴油泵的速度特性有關。
噴油泵的速度特性是指噴油泵的供油調節拉桿位置一定時，每循環的供油量隨油泵凸輪軸轉速而變化的關系。隨著柴油機轉速升高，柱塞運動速度加快，由于進回油孔的節流作用增強，導致出油閥提早打開，推遲關閉，使供油量加大。而供油量加大又反過來促進發動機轉速升高，如此循環，**終造成“飛車”。
汽車柴油機還常在怠速下運轉，由于其轉速波動大，造成怠速不穩，容易熄火。所以，柴油機都安裝有調速器。用得較多的是全程式和兩極式機械調速器。
6.5.2 全程式調速器
1．全程式調速器基本結構 以本章所述VE型分配泵所配用的全程式調速器為例，其結構如圖6-38所示。它主要由傳動組件（調速器軸19、調速器傳動齒輪18）、感應組件（飛錘支架16、飛錘17、調速套筒5）、調速杠桿組件（張力桿8、調整桿11、起動桿15）、彈簧組件（調速彈簧4、怠速彈簧6、起動彈簧10、回位彈簧12）和調整螺釘（怠速調整螺釘1、高速限止螺釘3、油量調節螺釘7）等組成。
四塊飛錘以相隔900安裝在飛錘支架上，并由調速器傳動齒輪驅動，當飛錘轉動時，受離心力作用向外飛開，使調速套筒5向右移動。
調速套筒右端頂靠起動桿15，起動桿下端的球頭銷嵌入油量調節套筒13的凹槽內，用以調節油量調節套筒位置，改變供油量。
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1-怠速調整螺釘 2-調速手柄 3-高速限止螺釘 4-調速彈簧 5-調速套筒 6-怠速彈簧 7-油量調節螺釘 8-張力桿 9-張力桿擋銷 10-起動彈簧 11-調整桿 12-回位彈簧 13-油量調節套筒 14-柱塞 15-起動桿 16-飛錘支架 17-飛錘 18-調速器傳動齒輪 19-調速器軸 M-調整桿支撐銷軸（固定） N-起動桿、張力桿及調整桿支撐銷軸（可動） |
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圖6-38 VE型分配泵全程式調速器 |
2．VE型分配泵全程式調速器工作原理
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圖6-39 調速器怠速工況 |
起動后，飛錘產生的離心力克服起動彈簧的彈力，將調速套筒推向右方，使起動桿以銷軸N為支點順時針擺動，一直到抵靠到張力桿擋銷9為止。此時起動桿下端球頭銷將油量調節套筒向左撥，使供油量自動減少，完成起動過程。這時應將調速手柄推靠怠調整螺釘1，則起動桿、張力桿在飛錘離心力的軸向分力作用下，以銷軸N為支點順時針擺動，油量調節套筒左移，供油量減少，以防柴油機高速空轉。
（2）怠速工況(見圖6-39) 柴油機怠速運轉時，調速手柄推靠怠調整螺釘1，油量調節套筒左移至**小供油量位置，此時調速彈簧的張力幾乎為零，調速器飛錘產生的離心力與怠速彈簧力相平衡。
當柴油機因摩擦阻力等原因而使轉速下降時，則飛錘的離心力減小，上述平衡被破壞，在怠速彈簧的作用下，張力桿、起動桿以銷軸N為支點逆時針擺動，油量調節套筒右移，供油量增加，使柴油機轉速回升，保持怠速穩定，防止熄火。相反，若柴油機因某些原因而使轉速上升時，調速器動作與上述相反，會自動減少油量，以保持怠速穩定。
（3）部份負荷及標定工況 調速手柄處于怠調整螺釘和高速限止螺釘之間的任一位置，發動機在部份負荷下工作，調速彈簧對拉力桿的拉力與調速器飛錘離心力的軸向分力保持平衡，油量調節套筒也穩定在某一中間供油量位置，發動機在某一中間轉速穩定工作。
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圖6-40 調速器高速控制 |
（4）高速控制(圖6-40) 當發動機在標定工況下完全卸載，發動機轉速急速升高，達到**高空轉轉速，飛錘離心力達到**大值，克服調速彈簧拉力，推動起動桿、張力桿以銷軸N為支點順時針擺動，油量調節套筒左移，供油量減少，使柴油機轉速回落，防止發動機轉速進一步升高而造成“飛車”。
（5）標定油量調節(圖6-40) 柴油機標定工況時的油量應符合要求，在噴油泵出廠和修理時都需要進行檢查和調整。標定油量調整可通過泵體外部的油量調節螺釘7進行調整。擰入調整螺釘時，調整桿以支撐銷M為軸逆時針轉動，帶動油量調節套筒右移，供油量增加；反之，擰出調節螺釘，標定油量減少。
3．VE型分配泵調速器的附加裝置 VE型分配泵根據不同需要，可加裝各種用途的附加裝置。下面介紹其中的幾種。
（1）增壓補償裝置 增壓補償裝置用于增壓柴油機上，其作用是根據增壓壓力大小，自動調節供油量，提高柴油機的動力經濟性能。
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1-真空波紋盒 2-大氣室 3-推桿 4導向套 5-油量調節螺釘 6-張力桿 7-油量調節套筒 8-柱塞 9-調速套筒 10-飛錘 11-調速手柄 12-銷軸 13-控制臂 14-連接銷 15-補償彈簧 N-銷軸 |
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圖6-42 大氣壓力補償裝置 |
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1-上腔 2-膜片螺釘 3-調整螺釘 4膜片 5-接頭螺釘 6-氣管 7-進氣管 8-增壓器 9-排氣管 10-調整墊片 11-調整齒輪 12-膜片軸 13-張力桿 14-油量調節套筒 15-柱塞 16-調速彈簧 17-銷軸 18-調速手柄 19-補償桿 20-傳動銷 21-膜片彈簧 22-下腔 N-銷軸 |
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圖6-41 增壓補償裝置 |
膜片將增壓補償裝置分為上下兩腔，上腔1與增壓器進氣管7相通，下腔22與大氣相通。
當增壓壓力升高時，膜片克服膜片彈簧21的彈力而下行，帶動膜片軸12下移，傳動銷20與膜片軸12的倒錐段接觸并被推向右方，在調速彈簧16的作用下，補償桿19繞銷軸17順時針轉動，使張力桿13繞銷軸N逆時針轉動，油量調節套筒14右移，供油量相應增加，使柴油機發出更大功率。
（2）大氣壓力補償裝置 在高原行駛的汽車，由于氣壓低，進氣密度小，使燃料燃燒不完全，導致排氣冒黑煙。大氣壓力補償裝置的作用就是使噴油泵供油量隨著大氣壓力的降低而自動減少。其結構如圖6-42所示。
真空波紋盒1由薄銅片焊接后抽成一定真空度。當汽車行駛在高原地區，大氣壓力降低時，真空波紋盒將向外膨脹，帶動與其連接的推桿3下移，使與推桿下端錐面接觸的連接銷14左移，控制臂13繞銷軸12逆時針轉動，推動張力桿6以銷軸N為支點順時針轉動，導致油量調節套筒7左移，減少供油量。
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1-進油口 2-調壓閥 3-調速器軸 4-調速套筒 5-泄油量孔 6-油量調節套筒 7-泵體 8-噴油提前器活塞 9-彈簧 10-滑片式輸油泵 |
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圖6-43 負荷傳感供油提前裝置 |
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1-調速彈簧 2-張力桿 3-怠速彈簧 4-擋銷 5-調整桿 6-負校正桿 7-油量調節套筒 8-校正彈簧 9-起動桿 10-調速套筒 11-飛錘 L-起動桿與校正桿銷軸 N-起動桿、張力桿及調整桿銷軸 |
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圖6-44 轉矩負校正裝置 |
（4）轉矩負校正裝置 有的VE泵安裝有轉矩負校正裝置，其作用是改善發動機高速轉矩不足問題，通過校正行程增加噴油量。
裝有負校正裝置的調速器，在調速杠桿組件中增加了一根負校正桿6(圖6-44)和校正彈簧8。負校正桿與起動桿9共同鉸接于銷軸L。調速套筒10直接抵靠在負校正桿上。
當發動機進入校正工況時，若轉速進一步升高，飛錘產生的離心力通過調速套筒10推動負校正桿6，壓縮校正彈簧8，使負校正桿以擋銷4為支點逆時針轉動，銷軸L左移，帶動起動桿以銷軸N為支點逆時針轉動，推動油量調節套筒7右移，使供油量增加，發動機功率也相應的增加。
6.5.3 兩極式調速器
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1-拉力桿 2-速度調整螺栓 3-導動桿 4-浮動杠桿 5-高速限止螺釘 6-操縱手柄 7-怠速螺釘 8-撥叉杠桿 9-怠速彈簧 10-齒桿行程調整螺釘 11-調速滑套 12-飛錘 13-滾輪 14-凸輪軸 15-調速彈簧 16-供油調節齒桿 17-連接桿 18-起動彈簧 19-速度調定桿 20-穩速彈簧 |
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圖6-45 RAD型調速器 |
1.RAD型調速器基本結構（圖6-45）
在噴油泵凸輪軸14的尾端固定有飛錘12，飛錘臂上的滾輪13緊靠在調速滑套11的端面上。當飛錘向外張開時，推動調速滑套沿軸向右移。
拉力桿1、導動桿3和速度調定桿19的上端與裝在調速器殼上的銷軸相連，并可繞其擺動。拉力桿的下端受齒桿行程調整螺釘10的限制，導動桿3的下端與調速滑套11鉸接。在導動桿的中部位置安裝有軸銷B，兩端分別與上、下浮動杠桿4連接。上浮動桿通過連接桿17與供油調節齒桿16相連；下浮動桿的下端有一銷軸C，插在撥叉桿8下端的凹槽內。操縱手柄6通過一個曲柄與撥叉桿相連，在工作中由駕駛員通過腳“油門”踏板與桿件系統來控制操縱手柄6。
調速彈簧15拉住拉力桿1與速度調定杠桿19，而速度調定杠桿則用速度調整螺栓2頂住，使調速彈簧15保持拉伸狀態。起動彈簧18的一端裝在上浮動桿的頂部，另一端固定在調速器殼體上。怠速彈簧9裝在拉力桿1下部。
在正常工作范圍內，由于調速彈簧15的作用，拉力桿1始終靠在齒桿行程調整螺釘10上，在拉力桿1的中部有一銷軸D，它插在撥叉桿8上端的凹槽內。
2.工作原理
(1)起動加濃（圖6-45） 起動時，將操縱手柄6抵靠高速限止螺釘5，帶動撥叉桿8繞D點逆時針方向轉動，浮動杠桿4則繞B點逆時針方向轉動，并通過連接桿17推動供油調節齒桿16向增加油量方向移動。由于起動彈簧18對浮動杠桿4有一個向左的拉力，因而浮動杠桿會繞C點逆時針擺動，帶動B點和A點進一步向左移動到飛錘12完全閉合為止。供油調節齒桿因而相應地向增加供油方向移動一個距離，即達到起動加濃供油位置。此時調速滑套11的右端與怠速彈簧桿9之間存在有間隙。
發動機起動達到一定轉速時，飛錘的離心力便克服起動彈簧18的拉力而推動調速滑套11右移。浮動桿上端則相應地帶動供油調節齒桿減少供油，這時應將操縱手柄6拉回到怠速位置（接觸怠速螺釘7），則撥叉桿8繞D點順時針方向轉動，浮動杠桿4則繞B點順時針方向轉動，并通過連接桿17拉動供油調節齒桿16向減少油量方向移動，使發動機處于怠速運轉。
(2)怠速調節（圖6-46） 怠速工作時將操縱手柄6靠在怠速螺釘7，這時飛錘的離心力通過調速滑套11與怠速彈簧9相平衡，發動機在怠速下穩定工作。
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圖6-46 RAD型調速器怠速調節 |
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圖6-47 RAD型調速器中速工作 |
(3)中速工作（圖6-47） 操縱手柄6置于怠速螺釘7與高速限止螺釘5之間的任一位置，通過撥叉桿8、浮動杠桿4等桿件調節，便可以使供油調節齒桿16處于相應位置，發動機在相應轉速下工作。此時怠速彈簧9已全部被壓入拉力桿1內，不起作用。而調速彈簧剛度較大，還尚未起作用。所以外界負荷的變化，調速器并不自動調節油量，而要靠駕駛員直接操縱。
(4)**高轉速限制（圖6-48） 操縱手柄6靠在高速限止螺釘5，發動機在標定工況工作，供油調節齒桿16處于標定供油位置，發動機在標定轉速穩定工作（如圖實線所示）。
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圖6-48 RAD型調速器**高轉速限制 |
相反，若發動機負荷增加，發動機轉速便下降，通過調速器調節，使得供油調節齒桿16向增加供油方向移動，以保持轉速穩定。
調速器控制的**高工作轉速，可通過改變調速彈簧15的預緊力調節。當速度調整螺栓2向里旋進時，調速彈簧予緊力加大，發動機的**高工作轉速升高。
RAD調速器根據工作需要，也可以增加附屬裝置（校正裝置、增壓補償裝置等），其基本原理與VE型分配泵的相應附屬裝置相似，不再細述。
6.5.4 調速器分類
1．按轉速調節范圍分
（1）全程式調速器 在柴油機所有工作轉速范圍內都能起調節作用的調速器。它主要用于負荷、轉速變化較大的汽車、拖拉機和工程機械上。
（2）兩極式調速器 限制和穩定柴油機**高和**低轉速的調速器。它主要用于在道路行駛的柴油汽車上，用來穩定怠速和限制**高轉速。
（3）單程式調速器 只在一個規定的轉速下起作用。它主要用于轉速要求恒定的柴油機上，如發電機組。
（4）極限式（限速式）調速器 用于限制**高轉速的調速器。它實際上是種超速保護裝置，用于重要的大功率柴油機上，常與一般調速器配套使用。
2．按感應元件或執行機構分
（1）機械式調速器 感應元件是飛錘等，執行機構為機械的調速器。它結構簡單，廣泛用于小功率及部分中等功率柴機上。
（2）液壓式調速器 執行機構為液壓伺服器的調速器。它通用性強，穩定性高，但結構復雜，一般用于大功率柴油機。
（3）氣動式調速器 感應元件用膜片等氣動元件，感應進氣管壓力變化，以調節柴油機轉速的調速器。它結構簡單，但增加了進氣道阻力。
（4）電子調速器 感應元件和執行元件主要是電子裝置的調速器。它能在轉速明顯變化前迅速調整油量，具有很高的靜態和動態調節精度。
6.5.5 調速器性能指標
調速器性能常用以下指標衡量。
1．穩定調速率
式中 ——標定工況突卸負荷后內燃機的**高空載轉速（r/min）；
——標定轉速（r/min）。
穩定調速率是調速器的一個靜態性能指標， 太大，表明空載轉速相對于全負荷的轉速波動大，對穩定工作不利。要求汽車的 ≯10%。
2．瞬時調速率
式中 ---標定工況突卸負荷后內燃機的**高瞬時轉速（r/min）；
---標定轉速（r/min）。
瞬時調速率是調速器的一個動態特性指標， 太大，表明轉速瞬時波動的幅度過大，容易造成發動機短時間超速，影響柴油機的正常運行。要求汽車的 ≤10～12%。
3．穩定時間 穩定時間是指從轉速（或負荷）突變起，到轉速穩定時止所需要的時間。穩定時間過長，說明調速系統穩定性不夠，在調節過程中容易產“游車”現象（發動機轉速時高時低的現象）。一般要求穩定時間在5～10s。
4．轉速波動率
式中 ——在標定工況下穩定運轉的**高轉速（r/min）；
——在標定工況下穩定運轉的**低轉速（r/min）；
——平均轉速（ ），（r/min）。
轉速波動率也是動態特性指標，φ太大，說明在標定工況下穩定運轉時的轉速波動過大，嚴重時產生“游車”現象。一般要求在標定工況時，φ≤0.5-1%。
6.6 噴油器及燃油噴射
6.6.1 噴油器功用
噴油器是一種向柴油機燃燒室噴射高壓燃油的裝置。根據不同柴油機要求，將高壓油泵來的柴油霧氣，以一定的噴油壓力、噴霧細度、噴油規律、射程和噴霧錐角噴入燃燒室特定位置，與空氣混合燃燒。
試驗發現，1ml柴油，如果呈球形，直徑為12.4mm，其表面積為483mm2；如果霧化成直徑10μm的均勻油粒，則油粒總數將為2.99×107，表面積為1.5×105mm2，表面積增加了310倍，這樣細小的油粒被噴到高溫高壓空氣中，不但提高了加熱速度，也增加了與空氣接觸的機會，因此柴油能迅速氣化和氧化，促進了可燃混合氣的形成和燃燒。
6.6.2 噴油器構造與工作原理
汽車用柴油機噴油器大多采用孔式噴油器，其基本構造如圖6-49所示。
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1-噴油器體 2-噴油嘴 3-彈性墊圈 4-密封墊圈 5-緊固螺套 6-結合座 7-頂桿 8-調壓彈簧 9-墊圈 10-進油道 11-回油道 |
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圖6-50 低慣量孔式噴油器 |
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1-回油管螺釘 2-回油管墊片 3-調壓螺釘護帽 4-墊片 5-頂桿 6-噴油器體 7-緊固螺套 8-定位銷 9-油嘴墊 10-噴孔 11-針閥 12-環形油腔 13-針閥體 14-進油道 15-進油管接頭 16-調壓彈簧 17-調壓螺釘 |
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圖6-49 孔式噴油器構造
a）噴油嘴 b）噴油器 |
噴油器工作時，來自噴油泵的高壓柴油，經油管接頭15進入噴油器體上的進油道14,再進入針閥體中部的環形油腔12，作用在針閥的承壓錐面上，對針閥形成一個向上的軸向推力，此推力一旦大于噴油器調壓彈簧16的預壓力時，針閥立即上移，打開噴孔10，高壓柴油隨即噴入燃燒室中。噴油泵停止供油時,高壓油道內壓力迅速下降，針閥在調壓彈簧作用下及時回位，將噴孔關閉，停止噴油。
進入針閥體環形油腔12的少量柴油，經噴油嘴偶件配合表面之間的間隙流到調壓彈簧端，進入回油管，流回濾清器，用來潤滑噴油嘴偶件。
針閥的開啟壓力（噴油壓力）的大小取決于調壓彈簧的預緊力。不同的發動機有不同的噴油壓力要求，可通過調壓螺釘17調整，旋入時壓力增大，旋出時壓力減小。
有的噴油器調壓彈簧的預緊力，是由調壓墊片調整（如圖6-50所示），其結構特點是調壓彈簧8下置，使頂桿7大為縮短，減少了頂桿的質量和慣性力，減輕了針閥跳動，有利噴油，這種噴油器也稱為低慣量孔式噴油器。
6.6.3 噴油器分類
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閉式 |
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孔 式 |
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長型 |
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短型 |
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軸針式 |
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普通型 |
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節流型 |
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分流型 |
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1-回油管螺釘 2-調壓螺釘護帽 3-調壓螺釘 4-墊圈 5-濾芯 6-進油管接頭 7-緊固螺套 8-針閥 9-墊圈 10-針閥體 11-噴油器體 12-頂桿 13-墊圈 14-調壓彈簧 15-墊圈 16-墊圈 |
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圖6-52 軸針式噴油器 |
1．孔式噴油嘴 其特點是噴油嘴偶件中的針閥不直接伸出噴孔，噴油嘴頭部的噴孔小且多，一般噴孔1-7個，直徑0.2-0.5mm。孔式噴油嘴又分為短型和長型兩種（圖6-51），長型孔式噴油嘴的針閥導向圓柱面遠離燃燒室，減少了針閥受熱變形卡死在針閥體中，用于熱負荷較高的柴油機中。
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圖6-51 孔式噴油嘴類型 |
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b) |
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a) |
2．軸針式噴油嘴 特點是噴油嘴偶件中的針閥伸出噴孔（圖6-52），噴孔一般只有一個，直徑也較大，可達1～3mm，工作時軸針在噴孔中上下運動，能自動清除噴孔積炭。針閥頭部制成各種形狀（如圖6-53所示），使柴油以不同油束錐角噴入氣缸，適應不同發動機需要。
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圖6-54 軸針式噴油嘴類型
a）普通型 b）節流型 c）分流型 |
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a） |
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b） |
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c） |
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圖6-53 軸針式噴油嘴針閥頭部形狀
a）倒錐 b）園柱 c）順錐
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a） |
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b） |
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c） |
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圖6-55 噴油油束
L-油束射程 β-噴霧錐角 |
6.6.4 噴霧特性與噴油規律
1．噴霧特性 噴霧特性指與燃料噴散霧化有關的特性。一般以燃油噴散的細度、均勻度、油束射程、偏轉角和噴霧錐角等來表示。
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圖6-56 噴油規律 |
2．噴油規律 噴油規律是單位時間（或10噴油泵凸輪軸轉角）噴油器噴入燃燒室的油量隨時間（或噴油泵凸輪軸轉角）的變化關系。以圖形表示的噴油規律稱為噴油規律圖，（圖6-56）。不同噴油嘴，噴油規律不同，圖中實線所示為4孔、直徑0.35mm、噴霧夾角1600的噴油規律圖，虛線所示為4孔、直徑0.40mm、噴霧夾角1500的噴油規律圖。從噴油規律圖中可以看到噴油器開始噴油和結束噴油的時間以及噴油量變化的情況，可以檢查噴油器是否有不正常噴射。
6.6.5 不正常噴射
常見的不正常噴射有二次噴射、隔次噴射和其它不規則噴射。
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圖6-57 不正常噴射
a）二次噴射 b）隔次噴射 c）不規則噴射 |
隔次噴射是指噴油泵兩次供油噴油器才有一次噴射的現象（圖6-57b）。當噴油嘴偶件磨損嚴重時，常會引起隔次噴射。
不規則噴射是指噴油時間、噴油壓力、噴油量不斷變化的現象（圖6-57c）。噴油嘴偶件針閥磨損阻滯等，會引起不規則噴射。
6.6.6 噴油器檢查調整
噴油嘴偶件使用中容易因磨損而導致燃油噴射不良，影響發動機功率和油耗，嚴重時將無法工作，所以應定時檢查其噴油壓力和霧化質量。
試驗應在專用的噴油器試驗器上按要求進行，以60～80次/min速度壓油，觀察噴油時的壓力應符合使用說明書要求，若不符合，可以通過調整噴油器調壓螺釘或調整墊片來達到；同時要求噴出的燃油應成霧狀（參見圖6-58），不應有明顯的肉眼可見的霧狀偏斜和飛濺油粒、連續的油柱和極易判別的局部濃稀不均勻現象；噴射應干脆，具有噴油器偶件結構相應的響聲；多次噴射后，針閥體端面或頭部不得出現油液積聚現象。全面檢查還應該進行偶件密封性和噴霧錐角等檢查。
6.7 柴油機的燃燒過程
6.7.1 柴油機的燃燒過程
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圖6-59 柴油機燃燒過程 |
1．著火延遲期 著火延遲期是指從噴油開始（A點）到柴油開始著火（B點）的時期（如圖6-59中的Ⅰ）。
這個時期主要進行柴油著火前的物理化學準備過程（霧化、吸熱、擴散、蒸發、氧化、分解）；同時，燃料不斷噴入，約占循環噴油量的30～40%。
著火延遲期時間雖短（約0.0007～0.003s），但對整個燃燒過程影響很大。若著火延遲期長，則噴出的油量多，導致速燃期壓力急劇升高，柴油機工作粗暴；但著火延遲期過短，又會導致可燃混合氣形成困難，柴油機動力經濟性能惡化。
2．速燃期 速燃期指從柴油開始著火（B點）到氣缸內**高壓力點（C點）的時期（如圖6-59中的Ⅱ）。
速燃期燃料燃燒非常迅速，氣缸壓力和溫度急劇增加，是對外作功的關鍵時期；在這個時期，針閥仍然開啟，燃料繼續噴入，燃燒條件變差，所以要控制該時期的噴油量和加強氣缸內氣體的流動。
3．緩燃期 緩燃期指從**高壓力點（C點）到**高溫度點（D點）的時期（如圖6-59中的Ⅲ）。
緩燃期由于活塞下行，氣缸容積變大，氧氣變少，廢氣增多，所以混合氣燃燒速度減緩，氣缸內壓力增加不顯著，而溫度卻繼續上升；若此時噴油還在繼續，由于燃燒惡化，燃料易裂解成黑煙排出。
4．后燃期 后燃期指從緩燃期終點（D點）到燃料基本燃燒完為止（E點）的時期（如圖6-59中的Ⅳ）。
后燃期氣缸內未燃的油料繼續燃燒，由于燃燒條件惡化，使燃燒不完全，排氣冒黑煙，放出的熱無法作功而傳給機體，使發動機過熱，所以應盡量減少后燃，并加強這個時期氣缸內氣體流動。
6.7.2 燃料對柴油機燃燒過程的影響
柴油汽車使用的柴油為輕柴油，我國按其質量分為優等品、一等品和合格品三個等級，每個等級又按柴油的凝點分為10、0、-10、-20、-35和-50六個牌號，其部分指標見表6-1。
表6-1 我國輕柴油部分指標（GB252-1994）
|
指標 |
凝點/℃
（不大于） |
十六烷值
（不小于） |
運動粘度
（20℃/（mm2.s-1） |
餾程
50％餾出溫度/℃
（不高于） |
閃點（閉口）/℃
（不低于） |
水分（％）（體）
（不大于） |
機械雜質 | |
|
優
等
品 |
10號 |
10 |
45 |
3.0～8.0 |
300 |
65 |
0.03 |
無 |
|
0號 |
0 | |||||||
|
-10號 |
-10 | |||||||
|
-20號 |
-20 |
2.5～8.0 |
60 | |||||
|
-35號 |
-35 |
1.8～7.0 |
45 | |||||
|
-50號 |
-50 | |||||||
|
一
等
品 |
10號 |
10 |
45 |
3.0～8.0 |
300 |
65 |
0.03 |
無 |
|
0號 |
0 | |||||||
|
-10號 |
-10 | |||||||
|
-20號 |
-20 |
2.5～8.0 |
60 | |||||
|
-35號 |
-35 |
1.8～7.0 |
45 | |||||
|
-50號 |
-50 | |||||||
|
合
格
品 |
10號 |
10 |
45 |
3.0～8.0 |
300 |
65 |
0.03 |
無 |
|
0號 |
0 | |||||||
|
-10號 |
-10 | |||||||
|
-20號 |
-20 |
2.5～8.0 |
60 | |||||
|
-35號 |
-35 |
1.8～7.0 |
45 | |||||
|
-50號 |
-50 |
1．十六烷值（C16H34） 它是評價柴油著火難易的一個重要指標。十六烷值小，著火變難,著火延遲期變長，柴油機工作粗暴。汽車柴油機要求十六烷值不小于45。
2．凝點 是指柴油失去流動性開始凝固時的溫度。汽車輕柴油的牌號就是按凝點分為各種牌號。選用柴油時，應該根據當時當地的氣溫確定，要求柴油的凝點低于氣溫5℃以上。
3．餾程 表征柴油蒸發性能的一個指標。以某一餾出容積百分數下的溫度表示。50%餾程表征了柴油的平均蒸發性能，該溫度越低，說明柴油蒸發性越好。
4．粘度 表征柴油稀稠的一項指標。粘度過大，柴油噴霧困難，霧化質量變差，影響燃燒過程；而粘度過小，噴油泵及噴油器中的精密偶件潤滑不良，容易磨損。
5．機械雜質和水分 機械雜質會引起噴油嘴的噴孔堵塞，加劇噴油泵、噴油嘴精密偶件磨損；而水分會使燃燒惡化，都應嚴格控制。尤其是柴油的輸運和添加等環節，注意防止外界灰塵、雜質及水分混入，應進行沉淀和嚴格過濾。
除此之外，對柴油的化學安定性、防腐性等也都有要求。
6.7.3 供油提前角對燃燒過程的影響
供油提前角是指噴油泵開始供油瞬時到活塞行至上止點所轉過的曲軸轉角。它是影響柴油機動力性能、經濟性能、運轉性能和排放性能的一個重要而且敏感的因素。
供油提前角過大，由于這時氣缸溫度較低，導致燃燒的著火延遲期長，柴油機工作粗暴，常出現“敲缸”現象。同時還使上行的活塞受阻，起動困難，壓縮負功增加，動力經濟性能下降。
相反，供油提前角過小，燃料不能在上止點附近迅速燃燒完全，后燃期延長，導致柴油機排氣冒黑煙，水溫過高，機體過熱，動力經濟性能下降。
柴油機在使用中，由于精密偶件、各傳動部件、油量控制部件、噴油提前器等的磨損或松動，都會使供油提前角產生變化，應經常進行檢查調整。
6.8 電控柴油噴射系統
柴油機電控燃油噴射系統的研究開發始于70年代，80年代進入應用階段，90年代得到迅速發展。它對提高柴油機的動力性能、經濟性能、運轉性能和排放性能都產生了極大的影響。
6.8.1 電控柴油噴射的優點
傳統的柴油噴射系統是采用機械方式進行噴油量和噴油時間調節和控制，由于機械運動的滯后性，調節時間長，精度差，噴油速率、噴油壓力和噴油時間難于準確控制，導致柴油機動力經濟性能不能充分發揮，排氣超標。研究表明，一般機械式噴油系統對噴油定時的控制精度為20CA（曲軸轉角）左右。而噴油始點每改變10CA，燃油消耗率會增加2％，HC排放量增加16％，NOX排放量增加6％。
與傳統的機械方式比較，電控柴油噴射系統具有如下優點：
（1）對噴油定時的控制精度高（高于0.50CA），反應速度快；
（2）對噴油量的控制精確、靈活、快速，噴油量可隨意調節，可實現預噴射和后噴射，改變噴油規律；
（3）噴油壓力高（高壓共軌電控噴油系統高達200MPa），不受發動機轉速影響，優化了燃燒過程；
（4）無零部件磨損，長期工作穩定性好；
（5）結構簡單，可靠性好，適用性強，可以在新老發動機上應用。
6.8.2 電控柴油噴射系統的類型
柴油機電控噴射系統可分為兩大類，即位置控制系統和時間控制系統。
|
圖6-60 電控柴油噴射基本原理 |
|
傳感器
加速踏板位置傳感器
發動機轉速傳感器
凸輪軸位置傳感器
燃油壓力傳感器
噴油正時傳感器
油量控制機構傳感器
空氣流量傳感器
增壓壓力傳感器
進氣溫度傳感器
水溫傳感器
燃油溫度傳感器
空調傳感器
起動信號傳感器
車速傳感器
電源電壓傳感器
氧傳感器
… |
|
控
制
單
元
|
|
執行機構
噴油時間
噴油壓力
噴油量
電動輸油泵
進氣節流
增壓器調節
冷起動輔助
電熱塞
廢氣再循環
空調控制
自診斷系統
… |
第二代柴油機電控噴射系統是采用時間控制方式，其特點是在高壓油路中，利用電磁閥直接控制噴油開始時間和結束時間，以改變噴油量和噴油定時。它具有直接控制、響應快等特點。
時間控制系統又有電控泵噴嘴系統和共軌式電控燃油噴射系統兩類。電控泵噴嘴系統除了能自由控制噴油量和噴油定時外，噴射壓力十分高(峰值壓力可達240MPa)，但其無法實現噴油壓力的靈活調節，且較難實現預噴射或分段噴射。
共軌式電控燃油噴射系統是比較理想的燃油噴射系統。它不再采用噴油系統柱塞泵分缸脈動供油原理，而是用一個設置在噴油泵和噴油器之間具有較大容積的共軌管，把高壓油泵輸出的燃油蓄積起來并穩定壓力，再通過高壓油管輸送到每個噴油器上，由噴油器上的電磁閥控制噴射的開始和終止。電磁閥起作用的時刻決定噴油定時，起作用的持續時間和共軌壓力決定噴油量，由于該系統采用壓力時間式燃油計量原理，因此又可稱為壓力時間控制式電控噴射系統。按其共軌壓力的高低又分為高壓共軌、中壓共軌和低壓共軌三種。
6.8.3 電控柴油噴射的基本原理
|
1-噴油泵 2-柱塞止回閥 3-高壓油管 4-預熱時間控制器 5-高壓存儲器（共軌管） 6-共軌壓力傳感器 7-柴油溫度傳感器 8-流量限制器 9-限壓閥 10-電控噴油器 11-凸輪軸轉速傳感器 12-進氣溫度傳感器 13-增壓壓力傳感器 14-空氣流量計 15-增壓器 16-真空泵 17-增壓壓力執行器 18-自診斷接頭 19-診斷顯示 20-空調操縱桿 21-空調機 22-廢氣再循環執行器 23-行駛速度操縱桿 24-行駛速度傳感器 25-離合器開關 26-制動觸點 27-加速踏板傳感器 28-曲軸轉速傳感器 29-水溫傳感器 30-儀表板 31-蓄電池 32-柴油粗濾器 33-電動輸油泵 34-油箱 35-柴油細濾器 36-調壓閥 |
|
圖6-64 高壓共軌電控柴油噴射系統 |
6.8.4 高壓共軌電控柴油噴射系統
這種噴射系統由于其噴油壓力、時間、油量及噴油規律柔性可調，性能優越，被現代電控柴油汽車廣泛采用。
高壓共軌電控柴油噴射系統基本組成如圖6-64所示，主要由低壓油路、高壓油路、傳感與控制幾部分組成。
1．低壓油路 含油箱34、柴油粗濾器32、電動輸油泵33和柴油細濾器35等組成，其作用是產生低壓柴油，輸往高壓泵，結構原理與傳統的柴油供給系低壓油路相似。
2．高壓油路 由噴油泵1、調壓閥36、高壓油管3、高壓存儲器（共軌管）5、流量限制器8、限壓閥9和電控噴油器10等組成。其基本作用是產生高壓（160Mpa左右）柴油。
|
1-出油閥 2-密封件 3-調壓閥 4-球閥 5-安全閥 6-低壓油路 7-驅動軸 8-偏心凸輪 9-柱塞泵油元件 10-柱塞室 11-進油閥 12-柱塞止回閥 |
|
圖6-65 高壓泵 |
工作時，從輸油泵來的柴油流過安全閥5，一部分經節流小孔流向偏心凸輪室供潤滑冷卻用，另一部分經低壓油路6進入柱塞室。當偏心凸輪轉動導致柱塞下行時，進油閥11打開，柴油被吸入柱塞室；當偏心凸輪頂起時，進油閥關閉，柴油被壓縮，壓力劇增，達到共軌壓力時，頂開出油閥1，高壓油被送去共軌管。
在怠速或小負荷時，輸出油量有剩余，可以經調壓閥3流回油箱。還可以通過控制電路使柱塞止回閥12通電，使電樞上的銷子下移，頂開進油閥，切斷某缸柱塞供油，以減少供油量和功率損耗。
（2）調壓閥 它被安裝在高壓泵旁邊或共軌管上（圖6-66）。其作用是根據發動機負荷狀況調整和保持共軌管中的壓力。
當調壓閥不工作時，電磁線圈4不帶電，高壓泵出口壓力大于彈簧2的彈力，閥門6被頂開。根據輸油量的不同，調節打開的程度。
|
1-電氣接頭 2-彈簧 3-電樞 4-電磁線圈 5-回油孔 6-閥門 |
|
圖6-66 調壓閥 |
|
圖6-67 高壓存儲器（共軌管） |
|
1-共軌管 2-共軌壓力傳感器 3-限壓閥 4-流量限制器 |
共軌壓力傳感器（圖6-68）用螺紋5緊固在共軌管上，其內部的壓力傳感膜片4感受共軌壓力，通過分析電路，把壓力信號轉換成電信號傳至ECU進行控制。
|
1-堵頭 2-活塞 3-外殼 4-彈簧 5-節流孔 6-密封座面 7-螺紋 |
|
圖6-70 流量限制器 |
|
1-固定螺紋 2-閥門 3-通流孔 4-活塞 5-彈簧 6-限位件 7-閥座 8-回油孔 9-外殼 |
|
圖6-69 限壓閥 |
|
1-電氣接頭 2-分析電路 3-外殼 4-壓力傳感膜片 5-油道 6-固定螺紋 |
|
圖6-68 共軌壓力傳感器 |
|
1-回油孔 2-電氣接頭 3-電磁閥 4-進油口 5-回油閥 6-回油量孔 7-進油量孔 8-控制室 9-噴油器體 10-柱塞 11-進油通道 12-噴油器針閥承壓錐面 13-噴油器針閥 14-密封錐面 |
|
圖6-71 電控噴油器
|
在噴油器不噴油時，電磁閥3不通電，回油閥5處于關閉狀態，由于柱塞10上部的受壓面積比針閥承壓錐面大，使得作用在柱塞上的液壓力大于作用在噴油器針閥承壓錐面的向上分力，針閥關閉。當電磁閥通電時，回油閥受電磁力作用打開，控制室8與回油孔1連通，使柱塞10上方的液壓力小于噴油器針閥承壓錐面12的向上分力，使針閥升起，噴油器噴油。噴油量大小取決于噴油嘴開啟的持續時間（決定于ECU輸出脈寬）、噴油壓力及針閥升程等。由于高壓噴射壓力非常高，噴油嘴噴孔非常小（如BOSCH公司的6孔、直徑0.169mm的噴孔），使用中應特別注意柴油的高度清潔。
3．傳感與控制部分 傳感與控制部分包括傳感器、控制單元（ECU）和執行機構，其基本組成參見圖6-60。
高壓共軌噴油器的噴油量、噴油時間和噴油規律除了取決于柴油機的轉速、負荷外，還跟眾多因素有關，如進氣流量、進氣溫度、冷卻水溫度、燃油溫度、增壓壓力、電源電壓、凸輪軸位置、廢氣排放等，所以必需采用相應傳感器，采集相關數據，其采集的數據量達15000個/s。有關傳感器的結構和原理與汽油機的電控汽油噴射系統的傳感器基本相同，請參考本書第五章內容。
由各種傳感器采集的數據，都被送入電控單元ECU，并與存儲在里面的大量經過試驗得到的**佳噴油量、噴油時間和噴油規律的數據進行比較、分析，計算出當前狀態的**佳參數，其運算速度達2000萬次/s。
|
本章小結
1. 柴油機可燃混合氣是在氣缸內以極短的時間形成，需要通過柴油的高壓噴射和組織空氣的適度渦流，并配以合適的燃燒室來完成。混合氣形成分空間霧化混合和油膜蒸發混合兩種基本方式。燃燒室分直噴式燃燒室和分開隔燃燒室兩大類。兩者相互匹配，可以有效提高柴油機的動力、經濟和排放性能。
2. 柴油機燃料供給系由低壓油路（油箱、油水分離器、柴油濾清器、輸油泵等）和高壓油路（噴油泵、調速器、噴油器、高壓油管等）組成。油水分離器和柴油濾清器分別用來清除柴油中的水和雜質，應注意日常維護。輸油泵根據噴油泵需要提供一定壓力的柴油，有活塞式、膜片式和滑片式幾種形式。
3. 噴油泵的作用是定時定量地產生高壓柴油。有柱塞式和分配式兩大類。它一般由泵體、傳動機構、泵油機構、油量調節機構、噴油提前器和潤滑冷卻系統組成。泵油機構是噴油泵的核心，由多對精密偶件組成，對柴油機工作性能影響重大。
4. 調速器的作用是根據柴油機負荷與轉速的變化，自動調節噴油泵供油量，以限制或穩定轉速。目前柴油汽車常用的是全程式或兩極式調速器。機械式調速器主要由傳動組件、感應組件、調速杠桿組件、彈簧組件和調整組件等組成。調速器的工作性能常用穩定調速率、轉速波動率等指標衡量。
5. 噴油器的作用是將柴油以一定的噴油壓力、噴霧細度、噴油規律、射程和噴霧錐角噴入燃燒室特定位置。由于噴油嘴（精密偶件）工作條件差，容易磨損，應經常進行噴油壓力和噴霧質量檢查調整。
6. 柴油機燃燒過程分著火延遲期、速燃期、緩燃期和后燃期四個階段。燃料的性質、供油提前角及噴油規律都對燃燒過程有重要影響。
7. 我國柴油按質量分為優等品、一等品和合格品三個等級，每個等級又按柴油的凝點分為10、0、-10、-20、-35和-50六個牌號。選用柴油時，要求柴油的凝點低于氣溫5℃以上。
8. 供油提前角是指噴油泵開始供油瞬時到活塞行至上止點時所轉過的曲軸轉角。它是影響柴油機的工作性能重要而敏感的因素。使用中由于零部件磨損或松動，會使供油提前角產生變化，應經常進行檢查調整。
9. 電控柴油噴射系統具有噴油量及噴油定時控制精度高、調節靈活、響應速度快、穩定性好、可靠性和適應性強等優點，已在柴油汽車上使用。它主要由傳感器、ECU和執行機構三部分組成。其基本工作原理是通過傳感器采集柴油機的轉速、溫度、壓力、流量和加速踏板位置等信號，輸入ECU進行比較、運算，確定**佳運行參數，再通過執行機構對噴油壓力、噴油量、噴油時間、噴油規律等進行控制，使柴油機工作狀態達到**佳。 |
【復習思考題】
1.名詞解譯：進氣渦流、擠壓渦流、燃燒渦紊流、空間霧化混合、油膜蒸發混合、直噴式燃燒室、分開式燃燒室、渦流室式燃燒室、預燃室式燃燒室、柱塞式噴油泵、分配式噴油泵、偶件、噴油泵的供油起始角、供油提前角、噴油提前角、調速器、全程式調速器、兩極式調速器、“飛車”、“游車”、穩定調速率、瞬時調速率、轉速波動率、噴油器、孔式噴油嘴、軸針式噴油嘴、噴霧特性、噴油規律、二次噴射、隔次噴射、不規則噴射、柴油十六烷值、凝點、餾程、粘度。
2.柴油機的可燃混合氣形成有何特點？有哪兩種基本方式？如何實現？
3.柴油機燃燒室分哪兩大類？各有何特點？根據所拆裝的柴油機，分析其可燃混合氣形成過程。
4.柴油機燃料供給系由哪些主要部件組成？各部件的主要作用是什么？
5.輸油泵有哪幾類？其結構與工作原理各如何？
6.噴油泵的作用是什么？分哪幾大類？
7.拆裝A型噴油泵，并講述其基本組成、結構與工作原理。
8.拆裝VE型分配泵，并講述其基本組成、結構與工作原理。
10何謂柴油機的供油提前角？過大或過小會導致什么后果？
11. 調速器的基本作用是什么？如何分類？
12.拆裝VE型分配泵的全程式調速器，并講述其基本組成、結構與工作原理。
13.拆裝A型噴油泵的RAD兩極式調速器，并講述其基本組成、結構與工作原理。
14.噴油器的基本作用是什么？如何分類？
15.拆裝噴油器（孔式噴油嘴和軸針式噴油嘴兩種），并講述其基本結構與工作原理。
16.如何檢查調整噴油器的噴油壓力和噴霧質量？
17.比較柴油機電控噴射系統兩種控制（位置控制和時間控制）類型的優缺點。
18.敘述高壓共軌電控柴油噴射系統的基本組成、各部件的基本結構與工作原理。
發表于 @ 2008年06月05日 10:43:00 |點擊數（）
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