柴油机燃料供给系教案

1 授课班级 授课课时 授课形式 授课章节名称 第二章 第五节 柴油机燃料供给系

教学目标 了解柴油机供给系统的功用与组成；掌握柴油机可燃混合气的形成与燃烧过程；掌握电控高压共轨柴油机燃油供给系统主要部件的构造和工作原理；

教学重点 喷油器的检测方法 教学难点 电控高压共轨柴油机燃油供给系统的工作原理

教学手段 讲授法、图例讲解、小组讨论

课后作业 教学后记 教 学 内 容 与 教 学 过 程 设 计 注 释 柴油机供给系统 〖理论知识〗 一、柴油机供给系统概述 1.柴油机供给系统的功用与组成 1）柴油机供给系统的功用 2）柴油机供给系统的组成 （1）燃油供给装置。燃油供给装置包括柴油箱、输油泵、低压油管、柴油滤清器、喷油泵、调速器、高压油管、喷油器、回油管等,如图5-1所示。 （2）空气供给装置。空气供给装置包括空气滤清器、进气歧管、增压器、中冷器和气缸盖内的进气道等。 （3）混合气形成装置即燃烧室。 （4）废气排出装置。废气排出装置包括气缸盖内的排气道、排气歧管、排气管、消声器和烟度限制器等。

了解柴油机供给系统的功用与组成。 2

图5-1 柴油机燃料供给装置 3）燃油供给系统的油路 2.柴油机供给系统的工作原理 柴油箱贮有经过沉淀和滤清的柴油。柴油从柴油箱被吸入输油泵并泵出,经柴油滤清器滤去杂质后,进入喷油泵。自喷油泵输出的高压柴油经高压油管和喷油器喷入燃烧室。燃烧以后的废气经排气道、增压器排气通道、排气管、排气消声器排入大气。 输油泵的供油能力远远超过喷油泵的泵油量,过量的柴油从喷油泵的回油口经回油管路流回燃油箱(有的柴油机回油流入输油泵入口处),同时将渗入油路的空气随柴油带出,防止气阻现象的发生。 3.柴油机可燃混合气的形成与燃烧过程 1）柴油机可燃混合气的形成方式 按可燃混合气形成的原理,柴油机可燃混合气的形成有空间雾化混合和油膜蒸发混合两种方式。 2）柴油机的燃烧过程 如图5-2所示为柴油机在压缩和做功行程中,气缸内气体压力随曲轴转角的变化关系曲线。当曲轴转到上止点前O点位置时,喷油泵开始供油；当曲轴转到A点位置时,喷油器开始喷油。O点到上止点之间所对应的曲轴转角为供油提前角,A点到上止点之间所对应的曲轴转角为喷油提前角。 图5-2 气体压力与曲轴转角的变化关系曲线 二、柴油机供给系统的主要零部件 1.燃烧室 1）统一式燃烧室 统一式燃烧室是由凹顶活塞顶部与气缸盖底部所包围的单一内腔,几乎全部容积都在活塞顶面上。燃油自喷油器直接喷射到燃烧室中,借喷出油束的形状和燃烧室形状的匹配以及燃烧室内空气涡流运动迅速形成混合气。所以统一式燃烧室又称直接喷射式燃烧室。 2）分隔式燃烧室 分隔式燃烧室是由两部分组成,一部分位于活塞顶与气缸底面之间,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孔道相连。分隔式燃烧室的常见形式有涡流室式燃烧室和预燃室式燃烧室两种。 2.喷油泵 1）喷油泵的要求 掌握柴油机可燃混合气的形成与燃烧过程

掌握柴油机供给系统主要部件的结构。 3

2）喷油泵的分类 喷油泵的结构形式较多,车用柴油机喷油泵按工作原理的不同,可分为柱塞式喷油泵、喷油泵喷油器和转子分配式喷油泵三类。 3）柱塞式A型喷油泵的结构 （1）分泵。分泵是带有一对柱塞偶件的泵油机构,每一对柱塞和柱塞套只向一个气缸供油。 （2）油量调节机构。油量调节机构的功用是根据发动机不同工况的要求,执行驾驶员或调速器指令,控制柱塞与柱塞套筒的相对位置以改变柱塞的有效行程,从而调节喷油泵的供油量。 （3）传动机构。传动机构的功用是驱动柱塞在柱塞套内往复运动,使喷油泵完成供油过程。它由凸轮轴和滚轮传动部件组成。 ①凸轮轴。凸轮轴结构如图5-13所示。喷油泵的凸轮轴由柴油机的曲轴通过齿轮驱动,当凸轮轴上的凸轮凸起的部分与滚轮接触时,便克服柱塞弹簧的弹力推动柱塞向上运动；当凸轮的凸起部分转过后,柱塞便在弹簧的作用下回位。为保证在一个工作循环内各缸都只能喷油一次,四冲程柴油机的喷油泵凸轮轴的转速应等于曲轴转速的1/2。凸轮轴上的凸轮沿圆周方向的排列顺序还必须与发动机工作顺序相一致。 图5-13 凸轮轴结构 ②滚轮传动部件。滚轮传动部件结构如图5-15 所示,滚轮通过滚针轴承安装在滚轮轴上,轴支承在滚轮体的座孔中,滚轮左侧圆柱面上镶有导向块,泵体上开有轴向长槽,导向块插入该槽中,使滚轮架只能上下移动而不能转动。 图5-15 滚轮传动部件结构 （4）泵体。A型喷油泵泵体一般由铝合金铸成。分泵、油量调节机构及传动机构都装在泵体上。 （5）喷油提前器。其作用是随柴油机转速的变化,自动调节喷油泵的供油起始角。喷油泵的供油起始角是指喷油泵开始向高压油管供油时所对应的喷油泵凸轮轴转角,它直接影响到柴油机的喷油提前角。柴油机的喷油提前角是影响柴油机工作性能的重要而敏感的因素。过早喷油,导致过早着火燃烧,气缸压力过早提高,造成了压缩负功增加,功率下降,油耗上升,起动困难,产生敲缸声音；过晚喷油,导致过晚着火燃烧,此时活塞已下行,空间容积增大,燃烧 4

条件变差,造成排气冒黑烟,油耗上升,功率下降,排气温度升高,发动机过热。 4）柱塞式喷油泵的泵油原理 柱塞式喷油泵利用柱塞在柱塞套内的往复运动实现吸油和压油。柱塞由凸轮驱动,在柱塞套内做往复直线运动,此外它还通过调节机构可以绕本身的轴线在一定角度范围内转动。喷油泵凸轮轴由柴油机曲轴通过传动机构驱动。其工作原理如图5-18所示。 图5-18 柱塞式喷油泵的工作原理 3.喷油器 1）喷油器的作用和类型 2）喷油器的构造与工作原理 （1）孔式喷油器。 图5-21 孔氏喷油器机构 学生分组讨论孔式喷油器和轴针式喷油器的异同点，教师总结。 5

（2）轴针式喷油器。轴针式喷油器的基本结构和工作原理与孔式喷油器相同,主要差别是喷油嘴部分。如图5-22所示为轴针式喷油器喷油嘴。 图5-22 轴针式喷油器喷油嘴 4.调速器 调速器是一种自动调节装置,它根据柴油机负荷及转速的变化,自动增减喷油泵的供油量,使柴油机能够以稳定的转速运行,避免在怠速不稳、遇到突然卸载时出现“超速”或“飞车”等现象。另外,根据发动机的一些特殊要求,喷油泵调速器还可加装某些附属装置,如起动加浓、转矩矫正、增压补偿及大气压力补偿等装置,使发动机的性能得到改善。 1）机械式调速器的工作原理 调速器要实现其功能,必须有两个基本组成部分,一个是速度感应元件,另一个是调节供油拉杆的执行机构。机械式调速器采用的是具有一定质量的与调速弹簧相平衡的钢球（飞块等）作为速度感应元件。当转速发生变化时,利用感应元件旋转时产生的离心力的变化来驱动执行机构以改变供油拉杆的位置。 2）两速式调速器实例 两速式调速器适用于一般使用条件下的汽车柴油机。它只能自动稳定和限制柴油机的最高转速和最低转速,中间转速范围由驾驶员控制。 如图5-27 RAD型两速式调速器。 三、柴油机电控燃油喷射系统 1.高压共轨电控柴油喷射系统的原理 2.高压共轨电控柴油喷射系统的构成 高压共轨电控柴油喷射系统主要由喷油泵、高压油管、共轨管、电控喷油器、电控单元ECU、传感器及执行器组成,如图5-32所示,按功能可以分成电子控制系统、燃料供给系统两大部分。 掌握调速器的结构和功能。 6

图5-32 高压共轨电控柴油喷射系统 1）电子控制系统 电子控制系统包括传感器、控制器和执行器三部分。 2）燃油供给系统 燃油供给系统的功能是将燃油加压成高压燃油,输入共轨内。燃油供给系统包括低压油路和高压油路。 （1） 低压油路。 输油泵。 燃油滤清器。通常燃油中会含有化合形态（乳浊液）或非化合形态（温度变化引起的冷凝水）的水。如果这些水进入喷油系统,会对其产生腐蚀并造成损坏。如图5-33所示为带有集水槽的燃油滤清器,每隔适当时间必须将水放掉。有的滤清器带有报警装置,必须将水排出时,该装置的报警灯就会闪亮。 图5-33 燃油滤清器 （2）高压油路。高压油路由喷油泵、调压阀、高压油管、高压存储器（共轨管）、限压阀、流量限制器和电控喷油器等组成。 喷油泵 讲解高压共轨电控柴油喷射系统的工作原理。 7

图5-34 径向柱塞式喷油泵示意图 调压阀 调压阀的作用是根据发动机的负荷状况调整和保持共轨中的压力,共轨压力过高时,调压阀打开,一部分燃油经回油管返回油箱；共轨压力过低时,调压阀关闭,高压端对回油管封闭。 调压阀结构如图5-35所示,用安装法兰固定在喷油泵或共轨上。衔铁销将钢球压在密封座上,以使高压端对低压端密封。 图5-35 调压阀结构 高压存储器（共轨管）。共轨管的作用是存储高压油,保持压力稳定 ,共轨管上安装有压力传感器、限压阀和流量限制器。 限压阀。包括外壳（具有便于拧在共轨上的外螺纹）、通往油箱的回油管接头、可活动的活塞和压力弹簧等。外壳在通往共轨的连接端有一个孔,此孔被外壳内部密封面上的锥形活塞头部关闭。在标准工作压力（135 MPa）下,压力弹簧将活塞紧压在座面上,共轨呈关闭状态。只有当压力超过系统最大压力时,活塞才受共轨中压力的作用而压缩,处于高压下的燃油流出。燃油经过通道流入活塞中央的孔,然后经回油管流回油箱。随着阀的开启,燃油从共轨中流出,降低了共轨中的压力。 流量限制器。流量限制器的作用是防止喷油器出现持续喷油。正常工作状态下,活塞处在静止位置,即在共轨端的限位件上。一次喷油后,喷油器端的压力下降,活塞向喷油器方向运动。活塞压下的容积补偿了喷油器喷出的燃油容积。在喷油终止,活塞停止运动,不关闭密封座面,弹簧将活塞推回到静止位置,燃油经节流孔流出。 电控喷油器。喷油始点和喷油量用电子控制的喷油器调整,它替代了普通喷油系统中的喷油嘴和喷油器总成。喷油器用卡夹装在气缸盖中，直喷式柴油机中的安装不需要气缸盖在结构上有很大改变。电控喷油器由孔式喷油嘴、液压伺服系统、电磁阀组件构成,燃油从高压接 8

头经进油通道送往喷油器,并经过进油节流孔进入阀控制室,而阀控制室经由电磁阀控制的回油节流孔与回油孔相通。 喷油器在关闭状态时,作用在阀控制活塞上的液压力大于作用在喷油嘴针阀承压面上的力,喷油嘴针阀被压在其座面上,紧紧关闭通往喷油孔的高压通道,因而没有燃油喷入燃烧室。 〖小结〗 1.柴油机供给系统的功用是完成燃料的储存、滤清和输送工作,按柴油机各种不同工况的要求,定时、定量、定压并以一定的喷雾质量喷入燃烧室,使其与空气迅速而良好地混合和燃烧,最后使废气排入大气。 2.柴油机可燃混合气的形成有空间雾化混合和油膜蒸发混合两种方式。燃烧过程包括备燃期、速燃期、缓燃期和后燃期四个阶段。 3.柴油机的燃烧室分为统一式燃烧室和分隔式燃烧室两大类。统一式燃烧室包括ω形和球形，分隔式燃烧室包括涡流室和预燃室。 4.喷油泵的作用是使柴油通过喷油泵提高压力，并根据柴油机不同工况的要求,定时、定量、定压地将高压柴油送至喷油器,通过喷油器将柴油以雾状喷入燃烧室中。目前应用较广的包括柱塞式喷油泵,它是利用柱塞在柱塞套内的往复运动实现吸油和压油。 5.喷油器的作用是将喷油泵供给的高压柴油以一定的压力、速度、方向和形状喷入燃烧室,使柴油雾化并适当分布在燃烧室中,以利于混合气的形成和燃烧。 6.高压共轨电控柴油喷射系统由喷油泵、高压油管、共轨管、电控喷油器、电控单元ECU、传感器及执行器组成。