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第6章 柴油機(jī)燃料供給與燃燒收藏
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第6章 柴油機(jī)燃料供給與燃燒
內(nèi)容提要
1. 柴油機(jī)混合氣形成與燃燒室
2. 柴油機(jī)燃料供給系統(tǒng)組成
3. 噴油泵（柱塞式、分配式）結(jié)構(gòu)與工作原理
4. 調(diào)速器的作用、基本結(jié)構(gòu)與工作原理
5. 噴油器結(jié)構(gòu)原理及燃油噴射
6. 柴油機(jī)的燃燒過程
7. 電控柴油噴射系統(tǒng)組成、基本結(jié)構(gòu)及工作原理 |
柴油機(jī)具有良好的燃油經(jīng)濟(jì)性（比汽油機(jī)省油30％）、可靠性、耐久性和CO排放低（比汽油機(jī)低45％）等優(yōu)點(diǎn)。
2001年歐洲生產(chǎn)的1660萬輛汽車中有42.2％采用柴油機(jī)，目前生產(chǎn)的轎車中，柴油轎車占30％以上，預(yù)測到2005年，超過50％的轎車和輕型車將會使用柴油機(jī)。
6.1 柴油機(jī)混合氣的形成
6.1.1 柴油機(jī)混合氣形成特點(diǎn)
1. 柴油蒸發(fā)性和流動性比汽油差；
2.缸內(nèi)混合；
3.混合氣形成時間極短，只占150～350曲軸轉(zhuǎn)角（按發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速3000r/min計，只占8.3×10-4～1.9×10-3s）；
4.邊燃燒邊噴油，氣缸內(nèi)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(jìn)可燃混合氣形成；
2．設(shè)計出各種燃燒室，使混合氣形成和燃燒快速進(jìn)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(shù)，準(zhǔn)確控制燃料定時、定量向氣缸噴油。
6.1.2 柴油機(jī)混合氣形成方式
根據(jù)柴油機(jī)混合氣形成特點(diǎn)，可以分為空間霧化混合和油膜蒸發(fā)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(jìn)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(yùn)動。
油膜蒸發(fā)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(fā)，在燃燒室中強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)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(jìn)柴油與空氣更好混合，一般都要組織適當(dāng)?shù)目諝鉁u流，常見的有以下3種：
（1）進(jìn)氣渦流 進(jìn)氣渦流是指在進(jìn)氣行程中，使進(jìn)入氣缸的空氣形成繞氣缸中心高速旋轉(zhuǎn)的氣流。它一直持續(xù)到燃燒膨脹過程。
渦流速度可以達(dá)到曲軸轉(zhuǎn)速的6～10倍。
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圖6-1 螺旋型進(jìn)氣道和切向進(jìn)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(jìn)一步促進(jìn)燃油與空氣的混合與燃燒。
6.1.3 柴油機(jī)燃燒室
燃燒室是柴油機(jī)的燃燒場所。它對燃燒有重要影響，其結(jié)構(gòu)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(jī)燃燒室 氣道 |
直噴式燃燒室的活塞頂設(shè)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(jié)構(gòu)簡單、緊湊，由于空間小，傳熱少，動力性、經(jīng)濟(jì)性與起動性都較好。但對噴油系統(tǒng)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)是燃燒室被分隔為主、副二個燃燒室，二者用一個或數(shù)個通道相通。副燃燒室在氣缸蓋內(nèi)，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(jìn)行預(yù)燃燒，再經(jīng)過通道噴到活塞頂上的主燃燒室進(jìn)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(yù)燃室式燃燒室 |
預(yù)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(jīng)通道被壓向副燃燒室，形成強(qiáng)烈的紊流，燃料逆氣流方向噴射，與空氣相撞混合，并著火預(yù)燃燒，所以副燃燒室也稱預(yù)燃室。隨后不完全燃燒的混合氣經(jīng)通道到主燃燒室，與主燃燒室內(nèi)的空氣進(jìn)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(jié)流損失比渦流室式更大，所以經(jīng)濟(jì)性能較差。
6.2 柴油機(jī)燃料供給系統(tǒng)組成
6.2.1 柴油機(jī)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(tǒng) |
6.2.2 柴油機(jī)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(jìn)油口2(圖6-10)進(jìn)入油水分離器，并經(jīng)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(jìn)油閥彈簧 6-進(jìn)油閥 7-進(jìn)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(jìn)油口 3-放水水位 4-放水塞 5-液面?zhèn)鞲衅?nbsp; 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(jié)構(gòu)原理如圖6-11所示。
當(dāng)噴油泵凸輪軸18旋轉(zhuǎn)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(nèi)作往復(fù)運(yùn)動。
當(dāng)輸油泵活塞由下向上運(yùn)動時，A腔容積增大產(chǎn)生真空度，使進(jìn)油閥6開啟，柴油經(jīng)進(jìn)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(guān)閉，燃油被送往濾清器。
當(dāng)輸油泵活塞由上向下運(yùn)動時，A腔容積減小，油壓升高，進(jìn)油閥關(guān)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(jī)負(fù)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(dāng)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(yùn)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(xiàn)了輸油量的自動調(diào)節(jié)，而輸油壓力則基本穩(wěn)定。
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A-進(jìn)油腔 B過渡油腔 -C-出油腔
1-進(jìn)油道 2-回油道 3-調(diào)壓彈簧 4-調(diào)壓閥 5-分配泵驅(qū)動軸 6-輸油泵轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子6由分配泵驅(qū)動軸5驅(qū)動，它偏心地安裝在輸油泵體8的內(nèi)孔中，形成月形的工作腔。四塊滑片7分別安裝在輸油泵轉(zhuǎn)子的四個滑片槽內(nèi)，將月形的工作腔分隔成A、B、C三個油腔。滑片可以在槽內(nèi)作徑向運(yùn)動，并隨著轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)分配泵驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)時，滑片隨之旋轉(zhuǎn)，進(jìn)油腔A容積由小變大，不斷吸油，經(jīng)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(jìn)入分配泵的油壓基本穩(wěn)定，在輸油泵出口處（C腔）設(shè)有調(diào)壓裝置，當(dāng)燃油壓力大于調(diào)壓彈簧3的彈力時，調(diào)壓閥4打開，過高壓力的燃油經(jīng)回油道2口流回進(jìn)油腔A。
4．柴油濾清器 柴油濾清器用來過濾柴油中的雜質(zhì)。分為紙質(zhì)濾芯、毛氈濾芯等濾清器。
柴油濾清器蓋上設(shè)有限壓閥2，當(dāng)油壓超過0.1～0.15MPa時，限壓閥開啟，多余的柴油經(jīng)限壓閥直接返回油箱。
有的柴油汽車的燃油系統(tǒng)裝有粗、精兩級濾清器，串聯(lián)使用。
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圖6-14 柱塞式噴油泵 |
噴油泵是柴油機(jī)燃料供給系中**重要的部件，被稱為柴油機(jī)的心臟。它的基本作用是定時定量地產(chǎn)生高壓柴油。
柱塞式噴油泵種類繁多，國產(chǎn)汽車用噴油泵一般以其柱塞行程等參數(shù)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(jié)構(gòu)與工作原理。
6.3.1 A型噴油泵基本結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)螺桿 10-油量調(diào)節(jié)套筒 11-柱塞彈簧 12-供油正時調(diào)節(jié)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(jìn)回油孔 21-密封墊 |
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圖6-15 噴油泵的泵油機(jī)構(gòu) |
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(cè)面開有窗口，以便修理時調(diào)整各缸的噴油量。
2.泵油機(jī)構(gòu) 泵油機(jī)構(gòu)（圖6-15）是噴油泵的核心，每缸有一組泵油機(jī)構(gòu)，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(nèi)作往復(fù)運(yùn)動，兩者配合間隙極小，約在0.0018～0.003mm，需經(jīng)精密磨削加工或選配研磨而成，故稱它們?yōu)榕技Ｊ褂弥胁辉试S互換，如有損壞，應(yīng)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(jìn)回油孔2，有的柱塞套進(jìn)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(nèi)，以保證正確的安裝位置，并防止工作中柱塞套發(fā)生轉(zhuǎn)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(guī)的2號切槽斜率大，可以改善柴油機(jī)低速時的噴油性能。
柱塞的中部圓柱面是密封部，環(huán)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(diào)節(jié)臂，用于進(jìn)行供油量調(diào)節(jié)。
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1-出油閥座 2-出油閥 3-密封錐面 4-減壓環(huán)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(dǎo)向部，閥芯斷面呈“+”字形，既能導(dǎo)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(huán)帶。密封環(huán)帶下方有一個小圓柱面4稱為減壓環(huán)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(dǎo)向面和減壓環(huán)帶與出油閥座內(nèi)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(shè)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(dāng)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(dāng)柱塞頂部下行到露出進(jìn)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(jìn)油行程，直至柱塞抵達(dá)下止點(diǎn)時，完成進(jìn)油過程。
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a）進(jìn)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(xù)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(jīng)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(jié)束。此后柱塞雖然繼續(xù)上行到上止點(diǎn)，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(dāng)轉(zhuǎn)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(huán)帶的作用是使回油開始出油閥落座時，首先是減壓環(huán)帶圓柱面關(guān)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(dǎo)致噴油器斷油干脆，改善了發(fā)動機(jī)的燃燒過程。
3.供油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 其作用是根據(jù)發(fā)動機(jī)負(fù)荷變化，通過轉(zhuǎn)動柱塞來改變每循環(huán)的供油量。
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1-柱塞套 2-柱塞 3-柱塞調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) |
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a)不供油 b)部分供油 c)**大供油
1-柱塞套 2-進(jìn)回油孔 3-調(diào)節(jié)齒桿 4-柱塞 5-調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) |
當(dāng)調(diào)節(jié)齒桿被拉動時，便帶動調(diào)節(jié)齒圈轉(zhuǎn)動，從而帶動噴油泵柱塞轉(zhuǎn)動，改變柱塞的循環(huán)供油量。
噴油泵的調(diào)節(jié)齒桿一般不直接由駕駛員控制，而是通過調(diào)速器控制。
有的柴油機(jī)噴油泵供油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是撥叉拉桿式（圖6-22）或拉桿襯套式（見P型泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)），但基本原理都是通過轉(zhuǎn)動柱塞來改變循環(huán)供油量。
4.驅(qū)動機(jī)構(gòu) 驅(qū)動機(jī)構(gòu)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(jù)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(guī)律不同?，F(xiàn)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(yùn)動平穩(wěn)地傳遞給柱塞，并且可以適量調(diào)整柱塞的供油時間。常見的供油時間調(diào)整方式有螺釘調(diào)節(jié)式和墊塊調(diào)節(jié)式。
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1-調(diào)整螺釘 2-鎖緊螺母 3-挺柱體 4-導(dǎo)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(diào)整墊片 3-挺柱體 4-導(dǎo)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(diào)節(jié)式挺柱體部件 |
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圖6-26 墊塊調(diào)節(jié)式挺柱體部件 |
5.噴油提前器（見圖6-14）：其作用是隨柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，自動調(diào)節(jié)噴油泵的供油起始角。
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a) 提前器結(jié)構(gòu) b)起始位置 c)終了位置
1-防護(hù)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(diào)節(jié)范圍 |
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圖6-27 SA型噴油提前器 |
柴油機(jī)的噴油提前角是指噴油器開始噴油到活塞行至上止點(diǎn)時所轉(zhuǎn)過的曲軸轉(zhuǎn)角。它是影響柴油機(jī)工作性能的重要而敏感的因素。過早噴油，導(dǎo)致過早著火燃燒，氣缸壓力過早提高，造成了壓縮負(fù)功增加，功率下降，油耗上升，起動困難，產(chǎn)生敲缸聲音；過晚噴油，導(dǎo)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(dǎo)致排氣冒黑煙，油耗上升，功率下降，排氣溫度升高，發(fā)動機(jī)過熱。
在發(fā)動機(jī)一定工況下，能使得發(fā)動機(jī)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(fā)動機(jī)有不同的**佳提前角。同型號的發(fā)動機(jī)，在發(fā)動機(jī)不同的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下，其**佳噴油提前角也不同。轉(zhuǎn)速升高，噴油應(yīng)提早，這是因為轉(zhuǎn)速升高，單位時間內(nèi)所轉(zhuǎn)過的曲軸轉(zhuǎn)角增大，導(dǎo)致噴油的延續(xù)角度增大，發(fā)動機(jī)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(jī)均裝有噴油提前器。
A型噴油泵大多采用機(jī)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(jié)構(gòu)如圖6-27a所示。整個裝置由防護(hù)罩1密封，其內(nèi)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(fā)動機(jī)傳來的驅(qū)動力；主動盤內(nèi)側(cè)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(zhuǎn)動一定角度。
發(fā)動機(jī)工作時，動力經(jīng)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(qū)動噴油泵凸輪軸旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)發(fā)動機(jī)起動或低速運(yùn)轉(zhuǎn)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(tài)，傳動銷3和7緊靠在飛錘圓弧面8的外側(cè)（圖6-27b）。
當(dāng)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)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(diǎn)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(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)過一定角度，使供油提前。轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)范圍在100以內(nèi)。
6.潤滑系統(tǒng) 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(qū)動機(jī)構(gòu)中的油泵凸輪軸、挺柱體部件、軸承以及油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，都是靠噴油泵底部的潤滑機(jī)油進(jìn)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(yīng)及時更換，否則會導(dǎo)致嚴(yán)重后果。噴油泵中的潤滑油靠油標(biāo)尺檢查，應(yīng)每天進(jìn)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(jī)缸數(shù)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(zhuǎn)子（或分配柱塞）和多個出油口的噴油泵。它具有結(jié)構(gòu)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(yōu)點(diǎn)，其主要問題是每循環(huán)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(yīng)用于輕型柴油汽車上。
分配式噴油泵按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為轉(zhuǎn)子式（徑向壓縮式）和單柱塞式（軸向壓縮式）兩大類。下面以應(yīng)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(jī)構(gòu)、斷油電磁閥和噴油提前器等組成（圖6-32）。
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1-驅(qū)動軸 2-泵體 3-調(diào)壓閥 4-泵蓋 5-調(diào)速手柄 6-飛錘 7-調(diào)速彈簧 8-回油電磁閥 9-穩(wěn)定彈簧 10-**大油量調(diào)整螺釘 11-張力桿 12-調(diào)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(diào)節(jié)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(diào)速器驅(qū)動齒輪 26-滑片式輸油泵 |
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圖6-32 VE型分配泵結(jié)構(gòu)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(diào)速手柄5、高速限制螺釘、怠速螺釘、**大油量調(diào)整螺釘10等。
6.4.2 驅(qū)動機(jī)構(gòu)
驅(qū)動機(jī)構(gòu)由驅(qū)動軸、調(diào)速器驅(qū)動齒輪、滾輪支架、滾輪、十字聯(lián)軸器和平面凸輪盤等組成（圖6-33）。
工作時，驅(qū)動軸由發(fā)動機(jī)曲軸通過中間傳動裝置驅(qū)動。傳動軸一方面帶動滑片式輸油泵轉(zhuǎn)動，同時通過調(diào)速器驅(qū)動齒輪2帶動調(diào)速器工作；另一方面，傳動軸右端通過十字聯(lián)軸器5帶動平面凸輪盤6轉(zhuǎn)動，凸輪盤上的凸輪數(shù)與發(fā)動機(jī)氣缸數(shù)相同，并緊靠在滾輪4上，滾輪支承在滾輪支架3上，當(dāng)平面凸輪盤6轉(zhuǎn)動同時，受滾輪4的作用，還作左右往復(fù)運(yùn)動，用于驅(qū)動分配泵的柱塞也作轉(zhuǎn)動和往復(fù)運(yùn)動。
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1-驅(qū)動軸 2-調(diào)速器驅(qū)動齒輪 3-滾輪支架 4-滾輪 5-十字聯(lián)軸器 6-平面凸輪盤 |
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圖6-33 VE型分配泵驅(qū)動機(jī)構(gòu) |
基本結(jié)構(gòu)原理見6.2。
6.4.4 泵油機(jī)構(gòu)
泵油機(jī)構(gòu)是VE分配泵的關(guān)鍵部件，用以定時、定量產(chǎn)生高壓油。它主要由柱塞、柱塞套、油量調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(yùn)動，帶動柱塞作相應(yīng)的轉(zhuǎn)動和往復(fù)運(yùn)動；柱塞的右端開有四條相隔900的進(jìn)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(jìn)出油孔及泄油孔相通。
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a) 泵油機(jī)構(gòu) b) 平面凸輪盤 c) 柱塞
1-斷油電磁閥 2-進(jìn)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(diào)節(jié)套筒 10-柱塞 11-平面凸輪盤 12-滾輪 13-進(jìn)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(jī)構(gòu) |
油量調(diào)節(jié)套筒9上的凹坑與調(diào)速器相連，可在柱塞上左右移動，當(dāng)柱塞向右運(yùn)動到露出泄油孔18時，柱塞中心油道上的高壓油泄壓。
現(xiàn)以四缸發(fā)動機(jī)配用的VE型分配泵為例，說明其工作原理（見圖6-34a）：
（1）進(jìn)油過程 當(dāng)平面凸輪盤11的下凹部分轉(zhuǎn)到與滾輪12接觸時，在柱塞彈簧8的作用下，轉(zhuǎn)動著的柱塞向左移動接近終點(diǎn)時，泄油孔18完全被油量調(diào)節(jié)套筒9所封閉。當(dāng)柱塞的一個進(jìn)油槽與柱塞套的進(jìn)油孔相對時，泵腔中的燃油便進(jìn)入柱塞中心油道，直至柱塞進(jìn)油槽與柱塞套的進(jìn)油孔錯開，進(jìn)油結(jié)束。
（2）泵油過程 當(dāng)平面凸輪盤由下凹部分向凸起部分轉(zhuǎn)動到與滾輪接觸時，柱塞由左向右運(yùn)動，此時柱塞中心油道的油壓急劇升高，當(dāng)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(jīng)出油孔、出油閥、高壓油管，送到相應(yīng)缸的噴油器中。
柱塞每轉(zhuǎn)一周，對四缸柴油機(jī)，分別進(jìn)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(xù)右移，當(dāng)柱塞的泄油孔露出，油量調(diào)節(jié)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(jié)束。
柱塞從出油槽與柱塞套出油孔接通到關(guān)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(diào)節(jié)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(jìn)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(diào)節(jié)套筒 11-進(jìn)油道 12-蓄電池 13起動開關(guān) 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(fā)動機(jī)起動時，將起動開關(guān)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(chǎn)生的電磁吸力壓縮回位彈簧2把閥門3吸上，使進(jìn)油孔4打開，燃油進(jìn)入泵油機(jī)構(gòu)。
發(fā)動機(jī)起動后，將起動開關(guān)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(qū)動軸 2-滾輪座 3-滾輪 4-傳動銷 5-止動銷 6-O形圈 7-側(cè)蓋板 8-泵體 9-提前器活塞 10-連接銷 11-彈簧 12- O形圈 13-側(cè)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(jié)構(gòu)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?；钊叶擞幸恍】譇，與泵體內(nèi)腔燃油相通?；钊蠖税惭b有彈簧11，與滑片式輸油泵進(jìn)油腔相通。當(dāng)發(fā)動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時，活塞左右兩端壓力平衡，活塞和滾輪座不動。
當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速增加時，滑片式輸油泵運(yùn)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)（逆著驅(qū)動軸方向旋轉(zhuǎn)），導(dǎo)致滾輪3提早頂起平面凸輪，提早供油和噴油。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)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(diào)速器
6.5.1 調(diào)速器的作用
調(diào)速器是一種隨柴油機(jī)負(fù)荷與轉(zhuǎn)速的變化，自動調(diào)節(jié)噴油泵供油量，以限制或穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的裝置。
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圖6-37 柴油機(jī)轉(zhuǎn)矩特性 |
柴油機(jī)“飛車”的產(chǎn)生，還與柱塞式噴油泵的速度特性有關(guān)。
噴油泵的速度特性是指噴油泵的供油調(diào)節(jié)拉桿位置一定時，每循環(huán)的供油量隨油泵凸輪軸轉(zhuǎn)速而變化的關(guān)系。隨著柴油機(jī)轉(zhuǎn)速升高，柱塞運(yùn)動速度加快，由于進(jìn)回油孔的節(jié)流作用增強(qiáng)，導(dǎo)致出油閥提早打開，推遲關(guān)閉，使供油量加大。而供油量加大又反過來促進(jìn)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速升高，如此循環(huán)，**終造成“飛車”。
汽車柴油機(jī)還常在怠速下運(yùn)轉(zhuǎn)，由于其轉(zhuǎn)速波動大，造成怠速不穩(wěn)，容易熄火。所以，柴油機(jī)都安裝有調(diào)速器。用得較多的是全程式和兩極式機(jī)械調(diào)速器。
6.5.2 全程式調(diào)速器
1．全程式調(diào)速器基本結(jié)構(gòu) 以本章所述VE型分配泵所配用的全程式調(diào)速器為例，其結(jié)構(gòu)如圖6-38所示。它主要由傳動組件（調(diào)速器軸19、調(diào)速器傳動齒輪18）、感應(yīng)組件（飛錘支架16、飛錘17、調(diào)速套筒5）、調(diào)速杠桿組件（張力桿8、調(diào)整桿11、起動桿15）、彈簧組件（調(diào)速彈簧4、怠速彈簧6、起動彈簧10、回位彈簧12）和調(diào)整螺釘（怠速調(diào)整螺釘1、高速限止螺釘3、油量調(diào)節(jié)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(diào)速器傳動齒輪驅(qū)動，當(dāng)飛錘轉(zhuǎn)動時，受離心力作用向外飛開，使調(diào)速套筒5向右移動。
調(diào)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(diào)節(jié)套筒13的凹槽內(nèi)，用以調(diào)節(jié)油量調(diào)節(jié)套筒位置，改變供油量。
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1-怠速調(diào)整螺釘 2-調(diào)速手柄 3-高速限止螺釘 4-調(diào)速彈簧 5-調(diào)速套筒 6-怠速彈簧 7-油量調(diào)節(jié)螺釘 8-張力桿 9-張力桿擋銷 10-起動彈簧 11-調(diào)整桿 12-回位彈簧 13-油量調(diào)節(jié)套筒 14-柱塞 15-起動桿 16-飛錘支架 17-飛錘 18-調(diào)速器傳動齒輪 19-調(diào)速器軸 M-調(diào)整桿支撐銷軸（固定） N-起動桿、張力桿及調(diào)整桿支撐銷軸（可動） |
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圖6-38 VE型分配泵全程式調(diào)速器 |
2．VE型分配泵全程式調(diào)速器工作原理
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圖6-39 調(diào)速器怠速工況 |
起動后，飛錘產(chǎn)生的離心力克服起動彈簧的彈力，將調(diào)速套筒推向右方，使起動桿以銷軸N為支點(diǎn)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(diào)節(jié)套筒向左撥，使供油量自動減少，完成起動過程。這時應(yīng)將調(diào)速手柄推靠怠調(diào)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(diǎn)順時針擺動，油量調(diào)節(jié)套筒左移，供油量減少，以防柴油機(jī)高速空轉(zhuǎn)。
（2）怠速工況(見圖6-39) 柴油機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時，調(diào)速手柄推靠怠調(diào)整螺釘1，油量調(diào)節(jié)套筒左移至**小供油量位置，此時調(diào)速彈簧的張力幾乎為零，調(diào)速器飛錘產(chǎn)生的離心力與怠速彈簧力相平衡。
當(dāng)柴油機(jī)因摩擦阻力等原因而使轉(zhuǎn)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(diǎn)逆時針擺動，油量調(diào)節(jié)套筒右移，供油量增加，使柴油機(jī)轉(zhuǎn)速回升，保持怠速穩(wěn)定，防止熄火。相反，若柴油機(jī)因某些原因而使轉(zhuǎn)速上升時，調(diào)速器動作與上述相反，會自動減少油量，以保持怠速穩(wěn)定。
（3）部份負(fù)荷及標(biāo)定工況 調(diào)速手柄處于怠調(diào)整螺釘和高速限止螺釘之間的任一位置，發(fā)動機(jī)在部份負(fù)荷下工作，調(diào)速彈簧對拉力桿的拉力與調(diào)速器飛錘離心力的軸向分力保持平衡，油量調(diào)節(jié)套筒也穩(wěn)定在某一中間供油量位置，發(fā)動機(jī)在某一中間轉(zhuǎn)速穩(wěn)定工作。
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圖6-40 調(diào)速器高速控制 |
（4）高速控制(圖6-40) 當(dāng)發(fā)動機(jī)在標(biāo)定工況下完全卸載，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速急速升高，達(dá)到**高空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，飛錘離心力達(dá)到**大值，克服調(diào)速彈簧拉力，推動起動桿、張力桿以銷軸N為支點(diǎn)順時針擺動，油量調(diào)節(jié)套筒左移，供油量減少，使柴油機(jī)轉(zhuǎn)速回落，防止發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)一步升高而造成“飛車”。
（5）標(biāo)定油量調(diào)節(jié)(圖6-40) 柴油機(jī)標(biāo)定工況時的油量應(yīng)符合要求，在噴油泵出廠和修理時都需要進(jìn)行檢查和調(diào)整。標(biāo)定油量調(diào)整可通過泵體外部的油量調(diào)節(jié)螺釘7進(jìn)行調(diào)整。擰入調(diào)整螺釘時，調(diào)整桿以支撐銷M為軸逆時針轉(zhuǎn)動，帶動油量調(diào)節(jié)套筒右移，供油量增加；反之，擰出調(diào)節(jié)螺釘，標(biāo)定油量減少。
3．VE型分配泵調(diào)速器的附加裝置 VE型分配泵根據(jù)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(bǔ)償裝置 增壓補(bǔ)償裝置用于增壓柴油機(jī)上，其作用是根據(jù)增壓壓力大小，自動調(diào)節(jié)供油量，提高柴油機(jī)的動力經(jīng)濟(jì)性能。
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1-真空波紋盒 2-大氣室 3-推桿 4導(dǎo)向套 5-油量調(diào)節(jié)螺釘 6-張力桿 7-油量調(diào)節(jié)套筒 8-柱塞 9-調(diào)速套筒 10-飛錘 11-調(diào)速手柄 12-銷軸 13-控制臂 14-連接銷 15-補(bǔ)償彈簧 N-銷軸 |
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圖6-42 大氣壓力補(bǔ)償裝置 |
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1-上腔 2-膜片螺釘 3-調(diào)整螺釘 4膜片 5-接頭螺釘 6-氣管 7-進(jìn)氣管 8-增壓器 9-排氣管 10-調(diào)整墊片 11-調(diào)整齒輪 12-膜片軸 13-張力桿 14-油量調(diào)節(jié)套筒 15-柱塞 16-調(diào)速彈簧 17-銷軸 18-調(diào)速手柄 19-補(bǔ)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(bǔ)償裝置 |
膜片將增壓補(bǔ)償裝置分為上下兩腔，上腔1與增壓器進(jìn)氣管7相通，下腔22與大氣相通。
當(dāng)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(diào)速彈簧16的作用下，補(bǔ)償桿19繞銷軸17順時針轉(zhuǎn)動，使張力桿13繞銷軸N逆時針轉(zhuǎn)動，油量調(diào)節(jié)套筒14右移，供油量相應(yīng)增加，使柴油機(jī)發(fā)出更大功率。
（2）大氣壓力補(bǔ)償裝置 在高原行駛的汽車，由于氣壓低，進(jìn)氣密度小，使燃料燃燒不完全，導(dǎo)致排氣冒黑煙。大氣壓力補(bǔ)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(jié)構(gòu)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(dāng)汽車行駛在高原地區(qū)，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(zhuǎn)動，推動張力桿6以銷軸N為支點(diǎn)順時針轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致油量調(diào)節(jié)套筒7左移，減少供油量。
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1-進(jìn)油口 2-調(diào)壓閥 3-調(diào)速器軸 4-調(diào)速套筒 5-泄油量孔 6-油量調(diào)節(jié)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(fù)荷傳感供油提前裝置 |
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1-調(diào)速彈簧 2-張力桿 3-怠速彈簧 4-擋銷 5-調(diào)整桿 6-負(fù)校正桿 7-油量調(diào)節(jié)套筒 8-校正彈簧 9-起動桿 10-調(diào)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(diào)整桿銷軸 |
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圖6-44 轉(zhuǎn)矩負(fù)校正裝置 |
（4）轉(zhuǎn)矩負(fù)校正裝置 有的VE泵安裝有轉(zhuǎn)矩負(fù)校正裝置，其作用是改善發(fā)動機(jī)高速轉(zhuǎn)矩不足問題，通過校正行程增加噴油量。
裝有負(fù)校正裝置的調(diào)速器，在調(diào)速杠桿組件中增加了一根負(fù)校正桿6(圖6-44)和校正彈簧8。負(fù)校正桿與起動桿9共同鉸接于銷軸L。調(diào)速套筒10直接抵靠在負(fù)校正桿上。
當(dāng)發(fā)動機(jī)進(jìn)入校正工況時，若轉(zhuǎn)速進(jìn)一步升高，飛錘產(chǎn)生的離心力通過調(diào)速套筒10推動負(fù)校正桿6，壓縮校正彈簧8，使負(fù)校正桿以擋銷4為支點(diǎn)逆時針轉(zhuǎn)動，銷軸L左移，帶動起動桿以銷軸N為支點(diǎn)逆時針轉(zhuǎn)動，推動油量調(diào)節(jié)套筒7右移，使供油量增加，發(fā)動機(jī)功率也相應(yīng)的增加。
6.5.3 兩極式調(diào)速器
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1-拉力桿 2-速度調(diào)整螺栓 3-導(dǎo)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(diào)整螺釘 11-調(diào)速滑套 12-飛錘 13-滾輪 14-凸輪軸 15-調(diào)速彈簧 16-供油調(diào)節(jié)齒桿 17-連接桿 18-起動彈簧 19-速度調(diào)定桿 20-穩(wěn)速彈簧 |
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圖6-45 RAD型調(diào)速器 |
1.RAD型調(diào)速器基本結(jié)構(gòu)（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(diào)速滑套11的端面上。當(dāng)飛錘向外張開時，推動調(diào)速滑套沿軸向右移。
拉力桿1、導(dǎo)動桿3和速度調(diào)定桿19的上端與裝在調(diào)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(diào)整螺釘10的限制，導(dǎo)動桿3的下端與調(diào)速滑套11鉸接。在導(dǎo)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(diào)節(jié)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(nèi)。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(tǒng)來控制操縱手柄6。
調(diào)速彈簧15拉住拉力桿1與速度調(diào)定杠桿19，而速度調(diào)定杠桿則用速度調(diào)整螺栓2頂住，使調(diào)速彈簧15保持拉伸狀態(tài)。起動彈簧18的一端裝在上浮動桿的頂部，另一端固定在調(diào)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(nèi)，由于調(diào)速彈簧15的作用，拉力桿1始終靠在齒桿行程調(diào)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(nèi)。
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(diǎn)逆時針方向轉(zhuǎn)動，浮動杠桿4則繞B點(diǎn)逆時針方向轉(zhuǎn)動，并通過連接桿17推動供油調(diào)節(jié)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(diǎn)逆時針擺動，帶動B點(diǎn)和A點(diǎn)進(jìn)一步向左移動到飛錘12完全閉合為止。供油調(diào)節(jié)齒桿因而相應(yīng)地向增加供油方向移動一個距離，即達(dá)到起動加濃供油位置。此時調(diào)速滑套11的右端與怠速彈簧桿9之間存在有間隙。
發(fā)動機(jī)起動達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時，飛錘的離心力便克服起動彈簧18的拉力而推動調(diào)速滑套11右移。浮動桿上端則相應(yīng)地帶動供油調(diào)節(jié)齒桿減少供油，這時應(yīng)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(diǎn)順時針方向轉(zhuǎn)動，浮動杠桿4則繞B點(diǎn)順時針方向轉(zhuǎn)動，并通過連接桿17拉動供油調(diào)節(jié)齒桿16向減少油量方向移動，使發(fā)動機(jī)處于怠速運(yùn)轉(zhuǎn)。
(2)怠速調(diào)節(jié)（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(diào)速滑套11與怠速彈簧9相平衡，發(fā)動機(jī)在怠速下穩(wěn)定工作。
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圖6-46 RAD型調(diào)速器怠速調(diào)節(jié) |
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圖6-47 RAD型調(diào)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(diào)節(jié)，便可以使供油調(diào)節(jié)齒桿16處于相應(yīng)位置，發(fā)動機(jī)在相應(yīng)轉(zhuǎn)速下工作。此時怠速彈簧9已全部被壓入拉力桿1內(nèi)，不起作用。而調(diào)速彈簧剛度較大，還尚未起作用。所以外界負(fù)荷的變化，調(diào)速器并不自動調(diào)節(jié)油量，而要靠駕駛員直接操縱。
(4)**高轉(zhuǎn)速限制（圖6-48） 操縱手柄6靠在高速限止螺釘5，發(fā)動機(jī)在標(biāo)定工況工作，供油調(diào)節(jié)齒桿16處于標(biāo)定供油位置，發(fā)動機(jī)在標(biāo)定轉(zhuǎn)速穩(wěn)定工作（如圖實線所示）。
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圖6-48 RAD型調(diào)速器**高轉(zhuǎn)速限制 |
相反，若發(fā)動機(jī)負(fù)荷增加，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速便下降，通過調(diào)速器調(diào)節(jié)，使得供油調(diào)節(jié)齒桿16向增加供油方向移動，以保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。
調(diào)速器控制的**高工作轉(zhuǎn)速，可通過改變調(diào)速彈簧15的預(yù)緊力調(diào)節(jié)。當(dāng)速度調(diào)整螺栓2向里旋進(jìn)時，調(diào)速彈簧予緊力加大，發(fā)動機(jī)的**高工作轉(zhuǎn)速升高。
RAD調(diào)速器根據(jù)工作需要，也可以增加附屬裝置（校正裝置、增壓補(bǔ)償裝置等），其基本原理與VE型分配泵的相應(yīng)附屬裝置相似，不再細(xì)述。
6.5.4 調(diào)速器分類
1．按轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍分
（1）全程式調(diào)速器 在柴油機(jī)所有工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能起調(diào)節(jié)作用的調(diào)速器。它主要用于負(fù)荷、轉(zhuǎn)速變化較大的汽車、拖拉機(jī)和工程機(jī)械上。
（2）兩極式調(diào)速器 限制和穩(wěn)定柴油機(jī)**高和**低轉(zhuǎn)速的調(diào)速器。它主要用于在道路行駛的柴油汽車上，用來穩(wěn)定怠速和限制**高轉(zhuǎn)速。
（3）單程式調(diào)速器 只在一個規(guī)定的轉(zhuǎn)速下起作用。它主要用于轉(zhuǎn)速要求恒定的柴油機(jī)上，如發(fā)電機(jī)組。
（4）極限式（限速式）調(diào)速器 用于限制**高轉(zhuǎn)速的調(diào)速器。它實際上是種超速保護(hù)裝置，用于重要的大功率柴油機(jī)上，常與一般調(diào)速器配套使用。
2．按感應(yīng)元件或執(zhí)行機(jī)構(gòu)分
（1）機(jī)械式調(diào)速器 感應(yīng)元件是飛錘等，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為機(jī)械的調(diào)速器。它結(jié)構(gòu)簡單，廣泛用于小功率及部分中等功率柴機(jī)上。
（2）液壓式調(diào)速器 執(zhí)行機(jī)構(gòu)為液壓伺服器的調(diào)速器。它通用性強(qiáng)，穩(wěn)定性高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般用于大功率柴油機(jī)。
（3）氣動式調(diào)速器 感應(yīng)元件用膜片等氣動元件，感應(yīng)進(jìn)氣管壓力變化，以調(diào)節(jié)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)速器。它結(jié)構(gòu)簡單，但增加了進(jìn)氣道阻力。
（4）電子調(diào)速器 感應(yīng)元件和執(zhí)行元件主要是電子裝置的調(diào)速器。它能在轉(zhuǎn)速明顯變化前迅速調(diào)整油量，具有很高的靜態(tài)和動態(tài)調(diào)節(jié)精度。
6.5.5 調(diào)速器性能指標(biāo)
調(diào)速器性能常用以下指標(biāo)衡量。
1．穩(wěn)定調(diào)速率
式中 ——標(biāo)定工況突卸負(fù)荷后內(nèi)燃機(jī)的**高空載轉(zhuǎn)速（r/min）；
——標(biāo)定轉(zhuǎn)速（r/min）。
穩(wěn)定調(diào)速率是調(diào)速器的一個靜態(tài)性能指標(biāo)， 太大，表明空載轉(zhuǎn)速相對于全負(fù)荷的轉(zhuǎn)速波動大，對穩(wěn)定工作不利。要求汽車的 ≯10%。
2．瞬時調(diào)速率
式中 ---標(biāo)定工況突卸負(fù)荷后內(nèi)燃機(jī)的**高瞬時轉(zhuǎn)速（r/min）；
---標(biāo)定轉(zhuǎn)速（r/min）。
瞬時調(diào)速率是調(diào)速器的一個動態(tài)特性指標(biāo)， 太大，表明轉(zhuǎn)速瞬時波動的幅度過大，容易造成發(fā)動機(jī)短時間超速，影響柴油機(jī)的正常運(yùn)行。要求汽車的 ≤10～12%。
3．穩(wěn)定時間 穩(wěn)定時間是指從轉(zhuǎn)速（或負(fù)荷）突變起，到轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時止所需要的時間。穩(wěn)定時間過長，說明調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定性不夠，在調(diào)節(jié)過程中容易產(chǎn)“游車”現(xiàn)象（發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速時高時低的現(xiàn)象）。一般要求穩(wěn)定時間在5～10s。
4．轉(zhuǎn)速波動率
式中 ——在標(biāo)定工況下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的**高轉(zhuǎn)速（r/min）；
——在標(biāo)定工況下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的**低轉(zhuǎn)速（r/min）；
——平均轉(zhuǎn)速（ ），（r/min）。
轉(zhuǎn)速波動率也是動態(tài)特性指標(biāo)，φ太大，說明在標(biāo)定工況下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)速波動過大，嚴(yán)重時產(chǎn)生“游車”現(xiàn)象。一般要求在標(biāo)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(jī)燃燒室噴射高壓燃油的裝置。根據(jù)不同柴油機(jī)要求，將高壓油泵來的柴油霧氣，以一定的噴油壓力、噴霧細(xì)度、噴油規(guī)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(fā)現(xiàn)，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?？倲?shù)將為2.99×107，表面積為1.5×105mm2，表面積增加了310倍，這樣細(xì)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(jī)會，因此柴油能迅速氣化和氧化，促進(jìn)了可燃混合氣的形成和燃燒。
6.6.2 噴油器構(gòu)造與工作原理
汽車用柴油機(jī)噴油器大多采用孔式噴油器，其基本構(gòu)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(jié)合座 7-頂桿 8-調(diào)壓彈簧 9-墊圈 10-進(jìn)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(diào)壓螺釘護(hù)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(huán)形油腔 13-針閥體 14-進(jìn)油道 15-進(jìn)油管接頭 16-調(diào)壓彈簧 17-調(diào)壓螺釘 |
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圖6-49 孔式噴油器構(gòu)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(jīng)油管接頭15進(jìn)入噴油器體上的進(jìn)油道14,再進(jìn)入針閥體中部的環(huán)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(diào)壓彈簧16的預(yù)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(nèi)壓力迅速下降，針閥在調(diào)壓彈簧作用下及時回位，將噴孔關(guān)閉，停止噴油。
進(jìn)入針閥體環(huán)形油腔12的少量柴油，經(jīng)噴油嘴偶件配合表面之間的間隙流到調(diào)壓彈簧端，進(jìn)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(diào)壓彈簧的預(yù)緊力。不同的發(fā)動機(jī)有不同的噴油壓力要求，可通過調(diào)壓螺釘17調(diào)整，旋入時壓力增大，旋出時壓力減小。
有的噴油器調(diào)壓彈簧的預(yù)緊力，是由調(diào)壓墊片調(diào)整（如圖6-50所示），其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是調(diào)壓彈簧8下置，使頂桿7大為縮短，減少了頂桿的質(zhì)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(jié)流型 |
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分流型 |
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1-回油管螺釘 2-調(diào)壓螺釘護(hù)帽 3-調(diào)壓螺釘 4-墊圈 5-濾芯 6-進(jìn)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(diào)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(diǎn)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(dǎo)向圓柱面遠(yuǎn)離燃燒室，減少了針閥受熱變形卡死在針閥體中，用于熱負(fù)荷較高的柴油機(jī)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(diǎn)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(dá)1～3mm，工作時軸針在噴孔中上下運(yùn)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(yīng)不同發(fā)動機(jī)需要。
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圖6-54 軸針式噴油嘴類型
a）普通型 b）節(jié)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(guī)律
1．噴霧特性 噴霧特性指與燃料噴散霧化有關(guān)的特性。一般以燃油噴散的細(xì)度、均勻度、油束射程、偏轉(zhuǎn)角和噴霧錐角等來表示。
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圖6-56 噴油規(guī)律 |
2．噴油規(guī)律 噴油規(guī)律是單位時間（或10噴油泵凸輪軸轉(zhuǎn)角）噴油器噴入燃燒室的油量隨時間（或噴油泵凸輪軸轉(zhuǎn)角）的變化關(guān)系。以圖形表示的噴油規(guī)律稱為噴油規(guī)律圖，（圖6-56）。不同噴油嘴，噴油規(guī)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(guī)律圖，虛線所示為4孔、直徑0.40mm、噴霧夾角1500的噴油規(guī)律圖。從噴油規(guī)律圖中可以看到噴油器開始噴油和結(jié)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(guī)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(guī)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(xiàn)象（圖6-57b）。當(dāng)噴油嘴偶件磨損嚴(yán)重時，常會引起隔次噴射。
不規(guī)則噴射是指噴油時間、噴油壓力、噴油量不斷變化的現(xiàn)象（圖6-57c）。噴油嘴偶件針閥磨損阻滯等，會引起不規(guī)則噴射。
6.6.6 噴油器檢查調(diào)整
噴油嘴偶件使用中容易因磨損而導(dǎo)致燃油噴射不良，影響發(fā)動機(jī)功率和油耗，嚴(yán)重時將無法工作，所以應(yīng)定時檢查其噴油壓力和霧化質(zhì)量。
試驗應(yīng)在專用的噴油器試驗器上按要求進(jìn)行，以60～80次/min速度壓油，觀察噴油時的壓力應(yīng)符合使用說明書要求，若不符合，可以通過調(diào)整噴油器調(diào)壓螺釘或調(diào)整墊片來達(dá)到；同時要求噴出的燃油應(yīng)成霧狀（參見圖6-58），不應(yīng)有明顯的肉眼可見的霧狀偏斜和飛濺油粒、連續(xù)的油柱和極易判別的局部濃稀不均勻現(xiàn)象；噴射應(yīng)干脆，具有噴油器偶件結(jié)構(gòu)相應(yīng)的響聲；多次噴射后，針閥體端面或頭部不得出現(xiàn)油液積聚現(xiàn)象。全面檢查還應(yīng)該進(jìn)行偶件密封性和噴霧錐角等檢查。
6.7 柴油機(jī)的燃燒過程
6.7.1 柴油機(jī)的燃燒過程
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圖6-59 柴油機(jī)燃燒過程 |
1．著火延遲期 著火延遲期是指從噴油開始（A點(diǎn)）到柴油開始著火（B點(diǎn)）的時期（如圖6-59中的Ⅰ）。
這個時期主要進(jìn)行柴油著火前的物理化學(xué)準(zhǔn)備過程（霧化、吸熱、擴(kuò)散、蒸發(fā)、氧化、分解）；同時，燃料不斷噴入，約占循環(huán)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(dǎo)致速燃期壓力急劇升高，柴油機(jī)工作粗暴；但著火延遲期過短，又會導(dǎo)致可燃混合氣形成困難，柴油機(jī)動力經(jīng)濟(jì)性能惡化。
2．速燃期 速燃期指從柴油開始著火（B點(diǎn)）到氣缸內(nèi)**高壓力點(diǎn)（C點(diǎn)）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(guān)鍵時期；在這個時期，針閥仍然開啟，燃料繼續(xù)噴入，燃燒條件變差，所以要控制該時期的噴油量和加強(qiáng)氣缸內(nèi)氣體的流動。
3．緩燃期 緩燃期指從**高壓力點(diǎn)（C點(diǎn)）到**高溫度點(diǎn)（D點(diǎn)）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(nèi)壓力增加不顯著，而溫度卻繼續(xù)上升；若此時噴油還在繼續(xù)，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(diǎn)（D點(diǎn)）到燃料基本燃燒完為止（E點(diǎn)）的時期（如圖6-59中的Ⅳ）。
后燃期氣缸內(nèi)未燃的油料繼續(xù)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(jī)體，使發(fā)動機(jī)過熱，所以應(yīng)盡量減少后燃，并加強(qiáng)這個時期氣缸內(nèi)氣體流動。
6.7.2 燃料對柴油機(jī)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(zhì)量分為優(yōu)等品、一等品和合格品三個等級，每個等級又按柴油的凝點(diǎn)分為10、0、-10、-20、-35和-50六個牌號，其部分指標(biāo)見表6-1。
表6-1 我國輕柴油部分指標(biāo)（GB252-1994）
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指標(biāo) |
凝點(diǎn)/℃
（不大于） |
十六烷值
（不小于） |
運(yùn)動粘度
（20℃/（mm2.s-1） |
餾程
50％餾出溫度/℃
（不高于） |
閃點(diǎn)（閉口）/℃
（不低于） |
水分（％）（體）
（不大于） |
機(jī)械雜質(zhì) | |
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優(yōu)
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 | |||||
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-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 | |||||
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-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 | |||||
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-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(biāo)。十六烷值小，著火變難,著火延遲期變長，柴油機(jī)工作粗暴。汽車柴油機(jī)要求十六烷值不小于45。
2．凝點(diǎn) 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(diǎn)分為各種牌號。選用柴油時，應(yīng)該根據(jù)當(dāng)時當(dāng)?shù)氐臍鉁卮_定，要求柴油的凝點(diǎn)低于氣溫5℃以上。
3．餾程 表征柴油蒸發(fā)性能的一個指標(biāo)。以某一餾出容積百分?jǐn)?shù)下的溫度表示。50%餾程表征了柴油的平均蒸發(fā)性能，該溫度越低，說明柴油蒸發(fā)性越好。
4．粘度 表征柴油稀稠的一項指標(biāo)。粘度過大，柴油噴霧困難，霧化質(zhì)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(jī)械雜質(zhì)和水分 機(jī)械雜質(zhì)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(yīng)嚴(yán)格控制。尤其是柴油的輸運(yùn)和添加等環(huán)節(jié)，注意防止外界灰塵、雜質(zhì)及水分混入，應(yīng)進(jìn)行沉淀和嚴(yán)格過濾。
除此之外，對柴油的化學(xué)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(diǎn)所轉(zhuǎn)過的曲軸轉(zhuǎn)角。它是影響柴油機(jī)動力性能、經(jīng)濟(jì)性能、運(yùn)轉(zhuǎn)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(dǎo)致燃燒的著火延遲期長，柴油機(jī)工作粗暴，常出現(xiàn)“敲缸”現(xiàn)象。同時還使上行的活塞受阻，起動困難，壓縮負(fù)功增加，動力經(jīng)濟(jì)性能下降。
相反，供油提前角過小，燃料不能在上止點(diǎn)附近迅速燃燒完全，后燃期延長，導(dǎo)致柴油機(jī)排氣冒黑煙，水溫過高，機(jī)體過熱，動力經(jīng)濟(jì)性能下降。
柴油機(jī)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(chǎn)生變化，應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行檢查調(diào)整。
6.8 電控柴油噴射系統(tǒng)
柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)的研究開發(fā)始于70年代，80年代進(jìn)入應(yīng)用階段，90年代得到迅速發(fā)展。它對提高柴油機(jī)的動力性能、經(jīng)濟(jì)性能、運(yùn)轉(zhuǎn)性能和排放性能都產(chǎn)生了極大的影響。
6.8.1 電控柴油噴射的優(yōu)點(diǎn)
傳統(tǒng)的柴油噴射系統(tǒng)是采用機(jī)械方式進(jìn)行噴油量和噴油時間調(diào)節(jié)和控制，由于機(jī)械運(yùn)動的滯后性，調(diào)節(jié)時間長，精度差，噴油速率、噴油壓力和噴油時間難于準(zhǔn)確控制，導(dǎo)致柴油機(jī)動力經(jīng)濟(jì)性能不能充分發(fā)揮，排氣超標(biāo)。研究表明，一般機(jī)械式噴油系統(tǒng)對噴油定時的控制精度為20CA（曲軸轉(zhuǎn)角）左右。而噴油始點(diǎn)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(tǒng)的機(jī)械方式比較，電控柴油噴射系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：
（1）對噴油定時的控制精度高（高于0.50CA），反應(yīng)速度快；
（2）對噴油量的控制精確、靈活、快速，噴油量可隨意調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)預(yù)噴射和后噴射，改變噴油規(guī)律；
（3）噴油壓力高（高壓共軌電控噴油系統(tǒng)高達(dá)200MPa），不受發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速影響，優(yōu)化了燃燒過程；
（4）無零部件磨損，長期工作穩(wěn)定性好；
（5）結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好，適用性強(qiáng)，可以在新老發(fā)動機(jī)上應(yīng)用。
6.8.2 電控柴油噴射系統(tǒng)的類型
柴油機(jī)電控噴射系統(tǒng)可分為兩大類，即位置控制系統(tǒng)和時間控制系統(tǒng)。
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圖6-60 電控柴油噴射基本原理 |
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傳感器
加速踏板位置傳感器
發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)傳感器
空氣流量傳感器
增壓壓力傳感器
進(jìn)氣溫度傳感器
水溫傳感器
燃油溫度傳感器
空調(diào)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
|
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執(zhí)行機(jī)構(gòu)
噴油時間
噴油壓力
噴油量
電動輸油泵
進(jìn)氣節(jié)流
增壓器調(diào)節(jié)
冷起動輔助
電熱塞
廢氣再循環(huán)
空調(diào)控制
自診斷系統(tǒng)
… |
第二代柴油機(jī)電控噴射系統(tǒng)是采用時間控制方式，其特點(diǎn)是在高壓油路中，利用電磁閥直接控制噴油開始時間和結(jié)束時間，以改變噴油量和噴油定時。它具有直接控制、響應(yīng)快等特點(diǎn)。
時間控制系統(tǒng)又有電控泵噴嘴系統(tǒng)和共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)兩類。電控泵噴嘴系統(tǒng)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(dá)240MPa)，但其無法實現(xiàn)噴油壓力的靈活調(diào)節(jié)，且較難實現(xiàn)預(yù)噴射或分段噴射。
共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)是比較理想的燃油噴射系統(tǒng)。它不再采用噴油系統(tǒng)柱塞泵分缸脈動供油原理，而是用一個設(shè)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(wěn)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(xù)時間和共軌壓力決定噴油量，由于該系統(tǒng)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(tǒng)。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
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1-噴油泵 2-柱塞止回閥 3-高壓油管 4-預(yù)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(zhuǎn)速傳感器 12-進(jìn)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(zhí)行器 18-自診斷接頭 19-診斷顯示 20-空調(diào)操縱桿 21-空調(diào)機(jī) 22-廢氣再循環(huán)執(zhí)行器 23-行駛速度操縱桿 24-行駛速度傳感器 25-離合器開關(guān) 26-制動觸點(diǎn) 27-加速踏板傳感器 28-曲軸轉(zhuǎn)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(xì)濾器 36-調(diào)壓閥 |
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圖6-64 高壓共軌電控柴油噴射系統(tǒng) |
6.8.4 高壓共軌電控柴油噴射系統(tǒng)
這種噴射系統(tǒng)由于其噴油壓力、時間、油量及噴油規(guī)律柔性可調(diào)，性能優(yōu)越，被現(xiàn)代電控柴油汽車廣泛采用。
高壓共軌電控柴油噴射系統(tǒng)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(xì)濾器35等組成，其作用是產(chǎn)生低壓柴油，輸往高壓泵，結(jié)構(gòu)原理與傳統(tǒng)的柴油供給系低壓油路相似。
2．高壓油路 由噴油泵1、調(diào)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(chǎn)生高壓（160Mpa左右）柴油。
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1-出油閥 2-密封件 3-調(diào)壓閥 4-球閥 5-安全閥 6-低壓油路 7-驅(qū)動軸 8-偏心凸輪 9-柱塞泵油元件 10-柱塞室 11-進(jìn)油閥 12-柱塞止回閥 |
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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(jīng)節(jié)流小孔流向偏心凸輪室供潤滑冷卻用，另一部分經(jīng)低壓油路6進(jìn)入柱塞室。當(dāng)偏心凸輪轉(zhuǎn)動導(dǎo)致柱塞下行時，進(jìn)油閥11打開，柴油被吸入柱塞室；當(dāng)偏心凸輪頂起時，進(jìn)油閥關(guān)閉，柴油被壓縮，壓力劇增，達(dá)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(fù)荷時，輸出油量有剩余，可以經(jīng)調(diào)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(jìn)油閥，切斷某缸柱塞供油，以減少供油量和功率損耗。
（2）調(diào)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(jù)發(fā)動機(jī)負(fù)荷狀況調(diào)整和保持共軌管中的壓力。
當(dāng)調(diào)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(jù)輸油量的不同，調(diào)節(jié)打開的程度。
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1-電氣接頭 2-彈簧 3-電樞 4-電磁線圈 5-回油孔 6-閥門 |
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圖6-66 調(diào)壓閥 |
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圖6-67 高壓存儲器（共軌管） |
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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(nèi)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(zhuǎn)換成電信號傳至ECU進(jìn)行控制。
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1-堵頭 2-活塞 3-外殼 4-彈簧 5-節(jié)流孔 6-密封座面 7-螺紋 |
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圖6-70 流量限制器 |
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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 |
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圖6-69 限壓閥 |
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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 |
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圖6-68 共軌壓力傳感器 |
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1-回油孔 2-電氣接頭 3-電磁閥 4-進(jìn)油口 5-回油閥 6-回油量孔 7-進(jìn)油量孔 8-控制室 9-噴油器體 10-柱塞 11-進(jìn)油通道 12-噴油器針閥承壓錐面 13-噴油器針閥 14-密封錐面 |
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圖6-71 電控噴油器
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在噴油器不噴油時，電磁閥3不通電，回油閥5處于關(guān)閉狀態(tài)，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(guān)閉。當(dāng)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(xù)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?。ㄈ鏐OSCH公司的6孔、直徑0.169mm的噴孔），使用中應(yīng)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(zhí)行機(jī)構(gòu)，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(guī)律除了取決于柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷外，還跟眾多因素有關(guān)，如進(jìn)氣流量、進(jìn)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(yīng)傳感器，采集相關(guān)數(shù)據(jù)，其采集的數(shù)據(jù)量達(dá)15000個/s。有關(guān)傳感器的結(jié)構(gòu)和原理與汽油機(jī)的電控汽油噴射系統(tǒng)的傳感器基本相同，請參考本書第五章內(nèi)容。
由各種傳感器采集的數(shù)據(jù)，都被送入電控單元ECU，并與存儲在里面的大量經(jīng)過試驗得到的**佳噴油量、噴油時間和噴油規(guī)律的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、分析，計算出當(dāng)前狀態(tài)的**佳參數(shù)，其運(yùn)算速度達(dá)2000萬次/s。
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本章小結(jié)
1. 柴油機(jī)可燃混合氣是在氣缸內(nèi)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?；旌蠚庑纬煞挚臻g霧化混合和油膜蒸發(fā)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(jī)的動力、經(jīng)濟(jì)和排放性能。
2. 柴油機(jī)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(diào)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(zhì)，應(yīng)注意日常維護(hù)。輸油泵根據(jù)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(chǎn)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(jī)構(gòu)、泵油機(jī)構(gòu)、油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、噴油提前器和潤滑冷卻系統(tǒng)組成。泵油機(jī)構(gòu)是噴油泵的核心，由多對精密偶件組成，對柴油機(jī)工作性能影響重大。
4. 調(diào)速器的作用是根據(jù)柴油機(jī)負(fù)荷與轉(zhuǎn)速的變化，自動調(diào)節(jié)噴油泵供油量，以限制或穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。目前柴油汽車常用的是全程式或兩極式調(diào)速器。機(jī)械式調(diào)速器主要由傳動組件、感應(yīng)組件、調(diào)速杠桿組件、彈簧組件和調(diào)整組件等組成。調(diào)速器的工作性能常用穩(wěn)定調(diào)速率、轉(zhuǎn)速波動率等指標(biāo)衡量。
5. 噴油器的作用是將柴油以一定的噴油壓力、噴霧細(xì)度、噴油規(guī)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(yīng)經(jīng)常進(jìn)行噴油壓力和噴霧質(zhì)量檢查調(diào)整。
6. 柴油機(jī)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(zhì)、供油提前角及噴油規(guī)律都對燃燒過程有重要影響。
7. 我國柴油按質(zhì)量分為優(yōu)等品、一等品和合格品三個等級，每個等級又按柴油的凝點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)時所轉(zhuǎn)過的曲軸轉(zhuǎn)角。它是影響柴油機(jī)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(chǎn)生變化，應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行檢查調(diào)整。
9. 電控柴油噴射系統(tǒng)具有噴油量及噴油定時控制精度高、調(diào)節(jié)靈活、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好、可靠性和適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已在柴油汽車上使用。它主要由傳感器、ECU和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組成。其基本工作原理是通過傳感器采集柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速、溫度、壓力、流量和加速踏板位置等信號，輸入ECU進(jìn)行比較、運(yùn)算，確定**佳運(yùn)行參數(shù)，再通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)對噴油壓力、噴油量、噴油時間、噴油規(guī)律等進(jìn)行控制，使柴油機(jī)工作狀態(tài)達(dá)到**佳。 |
【復(fù)習(xí)思考題】
1.名詞解譯：進(jìn)氣渦流、擠壓渦流、燃燒渦紊流、空間霧化混合、油膜蒸發(fā)混合、直噴式燃燒室、分開式燃燒室、渦流室式燃燒室、預(yù)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(diào)速器、全程式調(diào)速器、兩極式調(diào)速器、“飛車”、“游車”、穩(wěn)定調(diào)速率、瞬時調(diào)速率、轉(zhuǎn)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(guī)律、二次噴射、隔次噴射、不規(guī)則噴射、柴油十六烷值、凝點(diǎn)、餾程、粘度。
2.柴油機(jī)的可燃混合氣形成有何特點(diǎn)？有哪兩種基本方式？如何實現(xiàn)？
3.柴油機(jī)燃燒室分哪兩大類？各有何特點(diǎn)？根據(jù)所拆裝的柴油機(jī)，分析其可燃混合氣形成過程。
4.柴油機(jī)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)與工作原理。
8.拆裝VE型分配泵，并講述其基本組成、結(jié)構(gòu)與工作原理。
10何謂柴油機(jī)的供油提前角？過大或過小會導(dǎo)致什么后果？
11. 調(diào)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(diào)速器，并講述其基本組成、結(jié)構(gòu)與工作原理。
13.拆裝A型噴油泵的RAD兩極式調(diào)速器，并講述其基本組成、結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)與工作原理。
16.如何檢查調(diào)整噴油器的噴油壓力和噴霧質(zhì)量？
17.比較柴油機(jī)電控噴射系統(tǒng)兩種控制（位置控制和時間控制）類型的優(yōu)缺點(diǎn)。
18.敘述高壓共軌電控柴油噴射系統(tǒng)的基本組成、各部件的基本結(jié)構(gòu)與工作原理。
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