柴油机燃油系统

泵油机构主要由柱塞偶件（柱塞7和 柱塞套5）、出油阀偶件（出油阀3和出油 阀座4）、出油阀弹簧2、柱塞弹簧11等组 成。
（1）柱塞偶件
柱塞偶件由柱塞和柱塞套组成（见图 7-17），两者配合间隙极小，为0.001 8～ 0.003mm，需经精密磨削加工后再经选配 研磨而成，故称它们为偶件。
柱塞套被压紧在泵体上，在其上部开 有进回油孔。
图7-17 柱塞偶件
柱塞在柱塞套中作往复运动。
其上部圆柱面开有斜切槽，并通过 柱塞中心油道或直槽与柱塞顶相通（见 图7-17）。
柱塞下部加工有榫舌，有的是压配 调节臂，用于进行供油量调节。
图7-18 柱塞切槽
（2）出油阀偶件
出油阀偶件包括出油阀2和出油阀 座1（见图7-19），它是一个单向阀。
7—紧固螺套 8—针阀 10—针阀体 11—喷油器体 12—顶杆 14—调压弹簧
7.3.2 燃油滤清器
燃油滤清器的功用是将柴油中的机 械杂质和灰尘过滤掉，以减少喷油泵和 喷油器柱塞偶件的磨损，保证柴油机可 靠工作，并延长它们的使用寿命。
柴油滤清器由滤芯和壳体组成（见 图7-12）。
图7-12 柴油滤清器
第7章 柴油机燃油系统
7.1
柴油机燃油系统概述
7.2
柴油机的燃烧过程和燃烧室
7.3
机械式燃油系统的主要部件
7.1 柴油机燃油系统概述
7.1.3 柴油机燃油系统的类型
现代车用柴油机的燃油系统有多种 类型，按其控制原理，可将其分为机械 燃油系统和电控燃油系统两大类。
1．机械燃油系统
机械燃油系统是一种传统的柴油机 燃油系统，这种燃油系统是根据驾驶员 对加速踏板的控制，以机械的方式实现 柴油的增压、喷油量的调整、喷油正时 的自动控制、怠速转速的稳定、超速的 限制等功能。
（1）第一代电控制燃油系统
第一代电控制燃油系统保留了传统的 喷油泵—高压油管—喷油嘴系统的大部分 机械结构（如喷油泵、喷油嘴等），只是 在机械式喷油泵中，将原来通过机械手段 控制喷油量和喷油正时的控制方式，改变 为电子控制，使控制精度和响应速度得以 提高。
（2）第二代电控燃油系统
第二代电控燃油系统是在喷油嘴中 设置高速电磁阀，由发动机的ECU通过 电磁阀，控制高压燃油的喷油量和喷油 正时。
的燃料燃烧量，着火延迟期过长会使速燃 期的压力升高率过大，导致柴油机工作粗 暴，还会使NOx的排气量大幅度增加。
3．缓燃期
缓燃期是从缸内压力最高点C点开 始到缸内温度达到最高点D点为止的时间 间隔（或曲轴转角）。
若在此燃烧阶段内，采取措施使蒸 发的燃油能及时得到足够的空气，就能 保证迅速而完全地燃烧，从而提高柴油 机的热效率和降低排气烟度。
1．着火延迟期
着火延迟期（也称滞燃期）是指从 燃料开始喷射到着火的时间间隔（或曲 轴转角）。
着火延迟期的长短取决于柴油的十 六烷值，同时也取决于压缩终了时燃烧 室的温度和压力。
2．速燃期
速燃期是从气缸压力偏离压缩线开 始急剧上升的B点起，到最高压力点C点 为止的时间间隔（或曲轴转角）。
着火延迟期的大小直接影响速燃期内
常见的结构形式有形、球形等（见 图7-6）。
图7-6 不同的直喷式燃烧室
图7-5 直喷式燃烧室
2．分隔式燃烧室
分隔式燃烧室的容积则一分为二， 一部分位于气缸盖中，另一部分则在气 缸内。
在气缸内的那部分称主燃烧室，位 于气缸盖中的那部分称副燃烧室。
主、副燃烧室之间用通道连通。 分隔式燃烧室又有预燃式燃烧室和 涡流式燃烧室之分。
输油泵有活塞式、膜片式、齿轮式 和叶片式等几种。
活塞式输油泵安装在柱塞式喷油泵
的壳体上，主要由泵体、机械油泵、手 油泵、进油阀、出油阀和油道等组成（ 见图7-13）。
图7-13 活塞式输油泵
喷油泵凸轮轴上的偏心轮通过滚轮
体驱动机械油泵的活塞作往复运动，实 现泵油。如图7-14所示。
图7-14 输油泵的工作原理
7.2 柴油机的燃烧过程和燃烧室
7.2.1 柴油机的燃烧过程
柴油机的燃烧是在燃烧室所限制的 狭窄空间内，在高温、高压环境下，使 高压喷入燃烧室的雾状燃料与气缸内空 气混合形成的可燃混合气，在极短的时 间内进行的一种燃烧。
柴油机的燃烧过程可分为四个时期， 如图7-4所示。
图7-4 柴油机的燃烧过程
图7-16 喷油泵的泵油机构
1—出油阀压紧座 2—出油阀弹簧 3—出油阀 4—出油阀座 5—柱塞套 6—低压油腔 7—柱塞 8—喷油泵体 9—油量调节螺杆
10—油量调节套筒 11—柱塞弹簧 12—供油正时调节螺钉 13—定位滑块 14—凸轮轴 15—凸轮 16—挺柱体部件 17—柱塞弹簧下座 18—柱塞弹簧上座 19—齿圈 20—进回油孔 21—密封垫
目前在车用柴油机上应用的机械燃油系
统基本上都是喷油泵—高压油管—喷油嘴（ 简称PLN）系统，此外还有泵—喷嘴系统、 PT式喷油系统等。
（1）喷油泵—高压油管—喷油嘴系统
喷油泵—高压油管—喷油嘴系统主要 由喷油泵、喷油器、燃油箱、输油泵、柴 油滤清器、喷油提前器和调速器等组成（ 见图7-1）。
按照喷油泵的形式，可分为柱塞泵式 和分配泵式两类。
图7-1 柴油机燃油系统
图7-1所示为柱塞泵式燃油系统。
喷油泵内有与气缸数相同的柱塞， 按发动机各缸做功顺序为各缸喷油器提 供高压燃油。
柱塞将柴油增压后，经高压油管供 入喷油器，最后通过喷油器将柴油喷入 燃烧室。
分配泵式燃油系统的布置和柱塞泵式 燃油系统基本相同。
但分配泵中只有一个产生高压燃油的 柱塞，利用一个旋转的分配转子（或采用 泵油柱塞一边做往复运动一边做旋转运动 的方式），按照发动机发火次序，将经过 计量的高压柴油分配给各缸喷油嘴。
许多柴油机的燃油滤清器下方带有 一个油水分离器，其作用是将柴油经过 油水分离和沉淀，除去柴油中的水分， 以提高柴油的品质，延长燃油系统各部 件的使用寿命。
分配泵燃油系统的燃油滤清器上方 通常有一手油泵，用于排出燃油管路中 的空气。
7.3.3 输油泵
输油泵的作用是将燃油箱中的柴油 吸出，将其输送给喷油泵。
（1）预燃式燃烧室
预燃式燃烧室由预燃室和主燃烧室 两部分组成。
预燃室在气缸盖内，占压缩容积的 25%～40%，有一个或数个通孔与主燃 烧室连通（见图7-7）。
图7-7 预燃式燃烧室
燃料喷入预燃室中，着火后预燃室
中的压力和温度迅速升高，巨大压力差 将混合气高速喷入主燃烧室，在主燃烧 室内形成强烈的燃烧紊流，促使大部分 燃料在主燃烧室和大部分空气混合而燃 烧。
这种系统可以保留原来的喷油泵（
柱塞泵或分配泵、泵喷嘴等），但其柱 塞只承担供油加压的功能，供油量、供 油时刻均由高速电磁阀单独完成，喷油 量则取决于电磁阀关闭时间的长短，因 此也称为时间控制式。
（3）第三代电子控制燃油系统
第三代电控燃油系统采用共轨燃油 系统。
该燃油系统主要由输油泵、燃油滤 清器、高压油泵、高压共轨、电控喷油 器、ECU以及各种传感器和其他执行器 等组成（见图7-3）。
4．补燃期
补燃期（也称后燃期）是从最高温 度点D点起到燃油基本燃烧完的E点为止 的时间间隔（或曲轴转角）。
7.2.2 柴油机的燃烧室
柴油机燃烧室的形状一般按其结构 形式分为直喷式燃烧室和分隔式燃烧室 两大类。
1．直喷式燃烧室
直喷式燃烧室也称统一式燃烧室， 是由凹形活塞顶与气缸盖底面所包围的 单一内腔（见图7-5）。
图7-2为PT式喷油系统的组成。 燃油从油箱经滤清器由油泵以较低 的压力供入喷油器。 供油压力由装在油泵内的调速器和 节流阀控制。
喷油器的启闭由发动机凸轮轴和推 杆摇臂机构操纵。
所谓PT，意指喷油量是由供油压力 和凸轮驱动喷油器柱塞开启计量孔的时 间决定的。
图7-2 PT式喷油系统
2．电控燃油系统
出油阀偶件也是一对精密偶件，出 油阀导向面和减压环带与出油阀座内表 面径向间隙为0.006～0.016mm，使用中 也不允许互换。
② 喷射压力独立于发动机转速，可以改善发 动机低速、低负荷性能。
③ 可以实现预喷射，调节喷油速率形状，实 现理想喷油规律。
④ Байду номын сангаас油定时和喷油量可自由选定。
⑤ 具有良好的喷射特性，可优化燃烧过 程，使发动机耗油、烟度、噪声及排放 等性能指标得到明显改善，并有利于改 进发动机转矩特性。
⑥ 结构简单，可靠性好，适应性强，可 在所有新老发动机上应用。
（2）泵—喷嘴系统
泵—喷嘴系统是将喷油泵与喷油器 结合成一个整体，每个气缸都有一个对 应的泵—喷嘴，它装在气缸盖上，由发 动机凸轮轴经推杆摇臂机构驱动。
其下部为伸入燃烧室的喷油器。
由于取消了连接喷油泵和喷油嘴的
高压油管，可避免管内压力波动和燃油 弹性压缩对喷油过程的不良影响。
（3）PT式喷油系统
7.3 机械式燃油系统的主要部件
7.3.1 喷油器
喷油器功用是将燃油雾化成细微的 油滴，并将其喷射到燃烧室特定的部位。
喷雾应有一定的贯穿距离和锥角， 以及良好的雾化质量，而且在喷油结束时 不发生滴漏现象。
1．喷油器的构造与工作原理
如图7-9所示。喷油器工作时，来自喷 油泵的高压柴油，经油管接头进入喷油器 体上的进油道，再进入针阀体中部的环形 油腔，作用在针阀的承压锥面上，对针阀 形成一个向上的轴向推力，此推力一旦大 于喷油器调压弹簧的预压力时，针阀立即 上移，打开喷孔，高压柴油随即喷入燃烧 室中。
图7-3 共轨燃油系统
高压油泵在柴油机的驱动下以一定
的速比连续将高压燃油输送到共轨（即 公共容器）内，再经高压油管送入各缸 喷油器。
该系统采用压力—时间式燃油计量 原理，用高速电磁阀控制喷射过程。
喷油压力、喷油量及喷油定时均由 电子控制单元（ECU）控制。
这种系统具有下述优点。
① 可实现高压喷射，喷射压力可比一般柱塞 泵系统高出一倍，最高已达200MPa以上。
柱塞式喷油泵总体结构由泵体、泵 油机构、油量调节机构、传动机构、供 油提前器等组成（见图7-15）。
从滤清器过来的干净柴油从喷油泵 进油螺栓处进入，产生高压后从出油阀 压紧座流出。
图7-15 柱塞式喷油泵
2．泵体
泵体是喷油泵的骨架，一般用铝合 金铸造而成。
3．泵油机构
泵油机构（见图7-16）是喷油泵的 核心，每个喷油泵中都有若干组泵油机 构，每组泵油机构对应发动机的每个气 缸。
图7-9 孔式喷油器构造
喷油泵停止供油时，高压油道内压 力迅速下降，针阀在调压弹簧作用下及 时回位，将喷孔关闭，停止喷油。
针阀的开启压力（喷油压力）的大 小取决于调压弹簧的预紧力。
不同的发动机有不同的喷油压力要 求，可通过调压螺钉调整。
2．喷油器的类型
（1）孔式喷油器
孔式喷油器的特点是喷油器偶件中 的针阀不直接伸出喷孔，喷油器头部的 喷孔小且多，一般喷孔有1～7个，直径 0.2～0.5mm。（见图7-10）
图7-10 孔式喷油嘴类型
（2）轴针式喷油器
轴针式喷油器的特点是喷油器偶件 中的针阀伸出喷孔（见图7-11），喷孔 一般只有一个，直径也较大，可达1～ 3mm。
工作时轴针在喷孔中上下运动，能 自动清除喷孔积炭。
图7-11 轴针式喷油器
1—回油管螺钉 2—调压螺钉护帽 3—调压螺钉 4、9、13、15、16—垫圈 5—滤芯 6—进油管接头
1—喷油泵偏心轮 2—滚轮 3—推杆 4—压油腔 5—活塞 6—储油腔 7—出油阀 8—弹簧 9—进油阀
手油泵用于喷油泵中缺油时，用人
工的方法将燃油箱中的柴油吸出，使之 充满喷油泵，并将燃油管路和喷油泵中 的空气排出，以使发动机能顺利起动。 （见图7-13（b））。
7.3.4 柱塞式喷油泵
喷油泵的功用是按照柴油机的运行 工况和气缸工作顺序，以一定的规律， 定时定量地向喷油器输送高压燃油。
（2）涡流式燃烧室
涡流式燃烧室由涡流室和主燃烧室 组成。
涡流室位于气缸盖上，呈球形或倒 钟形，占总压缩容积的50%～80%，有 切向通道与主燃烧室相通（见图7-8）。
图7-8 涡流式燃烧室
喷入涡流室的燃油大部分在涡流室内
燃烧，未燃部分在做功行程初期与高压燃 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。
多缸车用柴油机的喷油泵应满足下 列要求。
① 各缸供油量相等。供油量应随柴油机
工况的变化而变化，为此喷油泵必须有 供油量调节机构。
② 各缸供油提前角相同。供油提前角也
应随柴油机工况的变化而变化，为此应 装置喷油提前器。
③ 各缸供油持续角一致。
④ 能迅速停止供油，以防止喷油器发生滴 漏现象。
1．柱塞式喷油泵的基本结构