第七章 内燃机的燃料供给与调节

第七章内燃机的燃料供给与调节

7-1 概述

一、功能

•及时、优质地为内燃机气缸内提供适当的燃料，以保证缸内混合气形成与燃烧的有效进行

二、质调节与量调节

1、柴油机的质调节

•柴油挥发性差，自燃温度低

•高压喷射，内部混合气，压燃

•通过改变喷入气缸的燃油量

2、汽油机量调节

较易蒸发，形成外部混合气（化油器或气道燃油喷射）

工况调节：改变节气门位置来改变进入气缸的混合气量

三、发展：电子控制燃料喷射技术

7-2 柴油机燃料供给与调节系统的结构、分类与发展

一、基本要求

•能产生足够高的喷射压力

•根据工况精确、及时控制每循环喷入气缸的燃料量，各缸均匀

•整个工况范围内，保持最佳的喷油时刻、喷油持续期与理想的喷油规律•安全、可靠工作

•总结：品质、数量、时间、可靠性

二、发展

•Diesel：高压空气喷入液体燃料，庞大笨重

•Bosch：机械式喷油泵

三、典型燃料供给与调节系统

•由低压油路（油箱、输油泵、滤清器、连接管道）、高压油路（喷油泵、喷油器、高压油管）和调节系统（调速器、供油提前器）组成

•喷油泵－高压油管－喷油器（核心）

1、泵－管－嘴系统

•往复式柱塞泵，凸轮轴驱动

•每次供油伴随着一次喷油，脉动式燃料供给系统

•合成泵系统，分配泵系统，单体泵系统

•（1）合成泵系统：多缸柴油机各缸供油单元安装在同一个油泵壳体中，直列式喷油泵

•（2）分配泵系统

•采用一个或少量柱塞实现对多缸柴油机各缸的供油：小型高速车用柴油机•（3）单体泵系统

•每缸配一个喷油泵

•小型单缸柴油机、大型机车、船舶与固定式柴油机

2、泵－喷嘴系统

•喷油泵与喷嘴合为一体，省去高压油管

•喷油压力水平最高（160－180MPa）

•低速、低负荷时喷油压力降低：供油压力受柴油机工况变化影响。

3、共轨式系统

•高压油泵不直接产生燃料喷射，送入蓄压管道（共轨）

•燃料喷射由电子控制器控制电磁阀实现

•喷油压力高（130－150MPa）

•压力基本上保持恒定，不受工况影响

•容易对喷油时刻与喷油持续期进行调节

•实现较为理想的喷油规律

4、调节方式分类：

•传统：机械式调节，位移控制（改变柱塞、柱塞套、滑套、分配器等上面的油槽或油孔的相对位置）

•电控式：可以采用位移式调节，绝大多数：电磁阀控制，时间控制

7-3 柴油机的喷油泵、喷油器和调速器

一、喷油泵

1、系列化

•对某一功率与转速范围内的柴油机，采用外形尺寸、结构参数、柱塞轴距相同的喷油泵，用增减柱塞数、更换不同柱塞直径、改变凸轮型线、升程和出油阀结构尺寸等措施，以及对供油量、转速等参数进行调整。

2、评价指标

V

（1）最大循环供油量

max

规定取喷油泵最大柱塞直径并设出油阀减压容积为零，采用标准切线凸轮，以凸轮升程至最大几何速度前的0.3mm处作为供油终点，依据7度凸轮转角供油持续期内的柱塞有效行程计算所得的循环供油量。

Q

（2）最大平均供油速率

max

•喷油泵在供油持续期内每度凸轮转角的平均供油量

•提高途径：增加柱塞直径，提高柱塞平均速度

p

（3）最大许用泵端压力

p

max

•喷油泵所能承受的泵端压力的峰值

•喷油压力来自泵端的供油压力，受到喷油泵凸轮、挺柱体、泵体等零件刚度和强度限制

n

（4）喷油泵最高工作转速

max

p

3、喷油特性对柴油机性能的影响

（1）喷油压力

•由喷油泵产生并经由压力波的形式传递至喷油器，对柴油机的喷雾与混合气形成以及燃烧过程有直接影响

•小型分隔式燃烧室：不超过40MPa

•直喷式燃烧室：按排放标准有不同要求，欧Ⅱ标准，80～100MPa；欧Ⅳ：120～150MPa，200MPa。

（2）喷油与供油提前角，喷油持续期

• 燃料应在上止点前喷入，喷油提前角

• 难于确定，常用供油提前角代替：就是喷油泵安装于柴油机上时喷油泵柱塞关闭进回油孔开始压油到柴油机活塞上止点所经历的曲轴转角。

（3）喷油泵的速度特性

• 喷油泵在油量调节齿杆位置不变时，每循环供油量随油泵转速变化的特性 • ()b p V f n =

（4）喷油规律

• 经验原则：

• 初期喷油率要低，主喷射段喷油率应逐步增大，后期喷射率应快速下降，断油干脆

• 负荷增加，喷油规律形状丰满度增加

• 外特性工作时，向矩形组合逐步过渡

• 电控喷油技术对喷油规律的精确控制：预喷射、微量后喷

二、喷油器

1、分类： （关键是喷嘴）

• 用于直喷式柴油机：孔式喷嘴

• 用于分隔式燃烧室：轴针式喷嘴

• 主要区别：喷嘴的头部结构与喷孔数目与尺寸

• 精密偶件

2、结构特征

• 分隔式燃烧室柴油机：轴针式喷嘴（单孔），孔径一般为0.8-1.2mm

• 直喷式柴油机：孔式喷嘴，a 有进气涡流的中小功率柴油机，喷孔数为4－6个，喷孔直径为0.15-0.35mm ；b 缸径较大的柴油机，不组织进气涡流，喷孔7－12个

三、调速器

1、功能：限制发动机的最高转速，根据柴油机外界负荷的变化，自动调节喷油泵的供油量，以保证柴油机在各种工况下稳定运转

2、分类： （按原理）

• 机械式调速器、液压式调速器、电子调速器

• 按功能分类：单极调速器, 两极调速器，全程调速器

• 全程两极组合式调速器

7-4 柴油机的异常喷射现象

概念：柴油机的异常喷射现象指喷嘴针阀的运动规律乃至整个喷油规律产生偏离预期正常规律的各种异常现象

• 种类：二次喷射，气穴与穴蚀，不稳定喷射

一、二次喷射

• 喷射终了后，针阀又不受控制地向气缸内喷油的现象。

• 通常出现在柴油机大负荷、高速运转工况

• 原因：燃油在高压作用下的可压缩性和压力波在高压油路中的传播与反射

二、气穴与穴蚀