第六章 柴油机

第六章柴油机燃油供给系学习目标1。

了解柴油机可燃混合气的形成与燃烧过程；2。

了解柴油的使用性能；3．掌握柴油机燃料供给系的功用、组成、各主要机件的构造和工作原理；4。

理解柴油机燃料供给系中的喷油泵、喷油器、榆油泵和滤清器的检修方法；5。

理解柴油机喷油泵、调速器和喷油器的调试方法；6．掌握柴油机常见油路故障的现象、原因及诊断排除方法。

第一节柴油机燃油供给系的组成柴油机使用的燃料是柴油。

与汽油相比，柴油粘度大、蒸发性差，一般来说不可能通过化油器在气缸外部与空气形成均匀的混合气，故采用高压喷射的方法。

在压缩行程接近终了时把柴油喷人气缸，直接在气缸内部形成混合气，并借助缸内空气的高温自行发火燃烧。

第一节柴油机燃料供给系的组成柴油机燃料供给系由燃油供给、空气供给、混合气形成和废气排出四套装置组成。

图5-1是常见的一种汽车柴油机供给系示意图。

1、燃油供给装置柴油供给装置由柴油箱、输油泵、低压油管、柴油滤清器、喷油泵(包括调速器)、高压油管、喷油器和回油管组成。

柴油箱1贮有经过沉淀和滤清的柴油。

柴油从柴油箱被吸人输油泵6并泵出，经柴油滤清器3滤去杂质后，进入喷油泵7。

自喷油泵输出的高压柴油经高压油管9、喷油器11喷人燃烧室10。

由于输油泵的供油量比喷油泵供油量大得多，过量的柴油便经回油管8回到输油泵6。

从柴油箱到喷油泵人口的这段油路中的油压是由输油泵建立的，而输油泵的出油压力一般为0．15MPa—0．3MPa，故这段油路称为低压油路。

低压油路只用以向喷油泵供给滤清的燃油。

从喷油泵到喷油器这段油路中的油压是由喷油泵建立的，一般在10MPa以上，故称此段油路为高压油路。

高压柴油通过喷油器呈雾状喷人燃烧室，与空气混合形成可燃混合气。

为了在柴油机起动时将柴油充满喷油泵，排除整个油路中的空气，在输油泵上装有手动输油泵5。

2．空气供给装置它由空气滤清器15、进气管16和气缸盖内的进气道组成。

3．混合气形成装置混合气形成装置，即是燃烧室10。

4．废气排出装置废气排出装置是由气缸盖内的排气道、排气管12和消声器组成。

第二节柴油机可燃混合气的形成与燃烧室一、柴油机可燃混合气的形成与燃烧1．可燃混合气形成柴油借助喷油器在压缩冲程结束稍前时刻喷入柴油机燃烧室，与进气冲程中进入气缸并已经压缩处于高温、高压状态下的空气混合形成可燃混合气；当可燃混合气温度升至其自然温度时(约500K左右)即自行着火燃烧。

如图5-2柴油机燃烧过程示功图表示了在压缩过程中，气缸内压力随曲轴转角。

变化的关系曲线。

图中：(1)泵油始点(O点)：喷油泵开始泵油时刻。

(2)喷油始点(／4点)：喷油器开始喷油时刻。

(3)燃烧始点(召点)：气缸内可燃混合气开始发火时刻。

(4)供油提前角：泵油始点0开始到活塞到达压缩行程上止点为止的曲轴转角。

(5)喷油提前角：喷油始点A开始到至活塞到达压缩行程上止点为止的曲轴转角。

2．柴油机燃烧的要求由于柴油的蒸发性和流动性较汽油差，而且柴油机的混合气形成时间较汽油机短促得多，使得柴油难以在燃烧前雾化并与空气均匀混合，即柴油机的可燃混合气的品质较汽油机的差。

因此，柴油机不得不采用较大的过量空气系数，使喷人气缸的柴油能够燃烧得比较完全。

为改善混合气形成的条件，不致出现太长的着火准备期，保证柴油机工作柔和，除了选用十六烷值较高的柴油，采用较高的压缩比(15—20)，以提高气缸内的空气温度，促进柴油蒸发外，还对柴油机供给系提出如下要求：(1)喷油压力必须足够高，一般在iOMPa以上，以利于柴油雾化。

(2)在燃烧室内组织强烈的空气运动，，促进柴油与空气的均匀混合。

为使发动机能可靠地工作，柴油机供给系还应保证：(1)在一个工作循环内，各缸均喷油一次，其次序与选定的发动机发火次序相符。

(2)能随发动机负荷的不同而相应改变供油量，且各缸的供油量是一致的。

(3)各缸有同一的喷油提前角，并且在一定程度上可以根据发动机工况进行统一调节。

二、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，故燃烧室结构形式直接影响混合气的品质和燃烧状况。

按结构形式，柴油机燃烧室分成两大类：直接喷射式燃烧室和分隔式燃烧室。

1．直接喷射式燃烧室直接喷射式燃烧室是由凹形活塞顶与气缸盖底面所包围的单一内腔，几乎全部容积都在活塞顶面上。

采用这种燃烧室时，燃油自喷油器直接喷射到燃烧室中，借喷出油注的形状和燃烧室形状的匹配，以及室内的空气涡流运动，迅速形成混合气，常见的结构形式如图5-3所示。

(1)ω形燃烧室。

ω形燃烧室的活塞凹顶剖面轮廓呈ω形，见图5-3a)。

通常采用螺旋进气道[图5-3b]]或切向进气道，组织中等强度的绕气缸轴线转动的进气涡流，以促进混合气的形成和改善燃烧状况。

喷人的柴油一部分分布在燃烧室空间内，另一部分被空气涡流甩到燃烧室壁面上，形成油膜。

由于混合气形成以空间混合为主，因此这种燃烧室要求喷油压力较高，一般为7MPa—22MPa，并采用小孑L径的多孑L喷油器，以使喷柱形状与燃烧室形状大致相符。

6135Q型柴油机及依维柯SOFIM8140·27S即采用(u形燃烧室、螺旋进气道和多孔喷油器(4孔，孔径0．35mm)，其喷油压力为17．5MPa。

(u形燃烧室，形状简单，易于加工；结构紧凑，热效率高；由于总有一部分燃油在空间形成混合气而发火，因此柴油机的起动性较好。

其缺点是：所要求的喷油压力高，因而与之配套的喷油泵中的配合偶件加工精度要求高；多孑L喷油器的喷孔直径小，易于堵塞；着火准备朋内形成的混合气较多，导致发动机工作比较粗暴。

(2)球形燃烧室。

球形燃烧室的活塞凹顶剖面轮廓呈球形，见图5-4。

利用螺旋进气道产生强烈的空气涡流，采用单孑L或双孔喷油器将燃油在高压下顺气流和接近于燃烧室的切线方向喷人燃烧室内。

燃油的绝大部分布于燃烧室壁上，形成较均匀的油膜，油膜从燃烧室壁上吸热逐层蒸发，强烈的空气涡流加速了油膜的蒸发并使混合气更为均匀。

少量喷射在燃烧室空间的雾状燃油，首先完成与空气的混合而发火，成为火源。

由于球形燃烧室的混合气形成主要靠油膜逐层蒸发来完成，故其特点为：混合气形成速度开始较慢，燃烧初期压力升高和缓，发动机工作柔和。

此后，由于混合气形成速度愈来愈快，不会使燃烧拖延，从而保证了柴油机有较高的动力性和经济性。

同时也因着火初期混合气量较少，使柴油机起动较困难。

此外，油膜蒸发形成混合气的速度不能立即适应急剧增加的油量，因而柴油机的加速性能较差。

球形燃烧室要求燃料喷注具有一定的能量，喷射时尽量不分散。

因此，必须具有较高的喷油压力(17MPa—19MPa)。

国产6120Q型柴油机即采用球形燃烧室。

(3)U形燃烧室。

U形燃烧室的活塞凹项剖面轮廓呈U形，见图5-5a)。

与球形燃烧室一样，其主要是借助高速空气涡流把燃料均匀地分布在燃烧室壁面形成油膜，然后蒸发而形成混合气。

不同之处在于其燃料喷射方向基本垂直于气流方向，由气流将燃料甩到燃烧室壁上形成均匀的油膜。

其中有一部分细小油膜没有被甩到燃烧室壁上而留在高温空气中，首先形成火源，起引燃作用。

在低速时，空气涡流弱，甩到燃烧室壁面上的油量少，而留在空间的油量多，提高了柴油机的起动性。

U形燃烧室多采用单孔轴针式喷油器，其喷孔直径较大，不易堵塞，喷油压力较低(12MPa)。

(4)微涡流燃烧室。

这种燃烧室由两部分组成，上部为四角形，下部为圆形(纵剖面仍为(u形)，如图5-5b)所示。

除了具有u)形燃烧室的特点外，又利用四角形凹坑组织二次扰动，实现燃油和空气的良好混合，加快和改善了燃烧过程，从而降低燃油消耗率，降低了排烟及NOx的排放。

(5)HMMS-III型燃烧室。

这种燃烧室是在圆形燃烧室的侧壁上增加4个特殊形状的凹坑，并配以缩口，见图5-5e)。

这种结构增加了涡流能量，空气流动十分充分。

因为在4个凹坑附近可以得到较强的涡流，而且涡流中心可引到燃烧室中心位置上，在燃烧室上口处涡流较强，它与喷射到侧壁面上的油滴发生撞击，促进燃油与空气的更好混合。

(6)花瓣形燃烧室。

其结构与n)形近似，仅横截面形状呈花瓣形，见图5-5d)。

它利用花瓣形状所具有的几何特点，恰当地选择进气涡流、喷油系统与燃烧室形状，将三者很好地匹配，可保证发动机具有较低的燃油消耗率，经济运行区域宽、起动性能好，并且在降低最大压力、减小柴油机工作粗暴、噪声、排放污染方面均有较好的表现。

YC6lOOQC型和YC6150QC型柴油机即采用这种燃烧室。

2．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缸盖底面之间，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孑L道相连。

分隔式燃烧室的常见形式有涡流室式和预燃室燃烧室式两种。

常见的结构形式见图5-6。

涡流室式燃烧室其副燃烧室是球形或圆柱形，容积约占燃烧室总容积的50％—80％，借与其内壁相切的孑L道与主燃烧室连通，因而在压缩行程中，空气从气缸被挤入涡流室时形成强烈的有规则的压缩涡流。

孔道直径较大，可以减少流动损失。

喷人涡流室的燃油靠这种强烈的涡流与空气迅速地基本完成混合。

在涡流室式着火后，室内压力、温度急剧上升，高压燃气夹带未燃的燃料和空气一起通过切向孔道喷入主燃烧室，进一步与空气混合而燃烧。

涡流室中产生的气流运动比上述直接喷射燃烧室中的进气涡流更强。

预燃室式燃烧室其副燃烧室容积约为燃烧室总容积的25％—40％，并用一个或几个小孔与主燃烧室相通；在压缩行程中，空气经小孔进入预燃室产生强烈的均匀规则的稳流运动，燃油喷人后，依靠空气的紊流运动形成混合气并发火燃烧，使预燃室内压力急剧上升，大部分未燃柴油连同燃烧产物经小孔高速喷入主燃烧室，进一步与空气混合而燃烧。

分隔式燃烧室的特点是：混合气的形成主要靠强烈的空气运动，对喷油系统要求不高，因而可采用有较大喷孔的轴针式喷油器及较低的喷油压力，使用时故障少；因为燃烧是在两个部分内先后进行的，所以主燃烧室内的气压升高比较缓和；发动机工作较平稳，从而曲柄连杆机构所受的载荷也较小，而且排气污染少。

但由于散热面积大，燃油消耗率较高，起动性差。

为改善起动性能，必须用更高的压缩比并且设置起动电热塞。

小结1．柴油以高压喷射的方法在压缩行程接近终了时喷入气缸，与缸内空气混合形成可燃混合气，混合气在吸收气缸内高温后自燃。

2．柴油机混合气的调节为“质”调节，即不管是怠速还是高速，气缸的进气量不作人为控帝l，只是在怠速时喷油量少一些，增加喷油量，转速就上升。

3．油箱、输油泵、柴油滤清器和低压油管等组成低压油路，喷油泵、喷油器和高压油管组成高压油路。

4．气缸内柴油的充分燃烧必须要有合适的喷油量，良好的喷油雾化程度，合理的喷油正时和足够的气缸压缩压力。

第三节喷油器的构造与检修喷油器的功用是将柴油雾化成较细的颗粒，并把它们分布到燃烧室中。