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1、1,工程机械内燃机,第四章 柴油机燃料供给系,2,内容提纲,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油 第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室 第三节 喷油器 第四节 喷油泵 第五节 调速器,3,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,一、柴油机燃料供给系的组成,根据柴油机不同工况的要求，在一定时间、一定的燃油压力下，按一定的供油规律和喷雾质量要求，将一定量的清洁柴油喷入燃烧室，并使其与空气迅速而良好地混合燃烧。,1功用,4,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,一、柴油机燃料供给系的组成,1）能产生足够高的喷射压力。品质要求 2）对应于柴油机每一工况能精确控制每循环喷入气缸的燃料量。数量要求 3
2、）在柴油机运转的整个工况范围内，尽可能保持最佳的喷油时刻、喷油持续期与理想的喷油规律。时间要求 4）能保证柴油机安全、可靠地工作。可靠性要求,2要求,5,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,一、柴油机燃料供给系的组成,典型的柴油机燃料供给系统由柴油箱、柴油滤清器、输油泵、带调速器的喷油泵、喷油器以及高、低压油管等。由于这种系统的核心即高压部分是由喷油泵、高压油管和喷油器组成的，因此在分类中也称为“泵-管-嘴”系统。,3组成,6,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,一、柴油机燃料供给系的组成,3组成,7,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,喷油泵,柴油滤清器,输油泵,喷油器,柴油箱,8,第
3、一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,9,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,二、柴油,柴油是在533623K的温度范围内由石油提炼加工而成的多种炭氢化合物的混合物。柴油的使用性能指标主要是发火性、蒸发性和凝点。,10,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,二、柴油,柴油的发火性是指柴油的自燃能力，评定柴油自燃发火性的指标用十六烷值表示。 十六烷值高的柴油，因燃点低，在气缸内温度较低的情况下也能发火自燃，所以起动性能较好。,1发火性,据实验，使用十六烷值为53的柴油，柴油机在3s内即可启动，而十六烷值为38的柴油却需要45s才能启动。,11,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,二、柴油,十六
4、烷值过高，如高于6065时，会因喷入的柴油裂化较快，来不及与空气充分混合就着火，使燃料不能及时且完全燃烧，造成在排气时冒黑烟，从而增大耗油量，降低柴油机功率。 十六烷值过低，则将导致柴油机工作粗暴，起动较困难。一般高速柴油机用轻柴油的十六烷值以4055为宜。 国标规定轻柴油的十六烷值不低于45。,1发火性,12,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,二、柴油,由燃油的蒸馏实验确定，需要测定的馏程（馏程就是在某一温度下燃油所能蒸发掉的百分数）是50馏出温度、90馏出温度和95馏出温度。同一相对蒸发量的馏出温度越低，表明柴油的蒸发性越好，越有利于可燃混合气的形成和燃烧。,2蒸发性,13,第一节 柴
5、油机燃料供给系的组成和柴油,二、柴油,表示柴油的低温流动性，是指油料遇冷开始凝固而失去流动性的温度。柴油的牌号划分依据是柴油的凝点。根据国标GB252-2000 轻柴油标准，轻柴油的牌号分为10号、5号、0号、-10号、-20号、-35号、-50号七种。,3凝点,14,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,15,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,二、柴油,表示柴油稀稠程度及流动性的指标，影响柴油的喷雾质量、过滤性及在油道中的流动性。 粘度过高，柴油的喷雾质量差，使燃烧过程恶化，柴油机的动力性和经济性降低； 粘度过低，又会导致喷油泵和喷油器中的精密偶件间的柴油泄漏增加，使供油量不足，还会造成
6、润滑不良。,4粘度,16,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,二、柴油,（1）柴油分为轻柴油与重柴油两类。轻柴油是用于1000r/min以上的高速柴油机中的燃料，重柴油是用于1000r/min以下的中低速柴油机中的燃料。汽车和工程机械用柴油机都是高速的，必须使用轻柴油。,5柴油的选用,17,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,二、柴油,（2）根据车辆使用地区和季节的不同，选用比较适应气候特点的柴油，是柴油选用的基本原则。一般选用柴油的凝点应比最低气温低36左右，以免柴油在最低气温时凝固或流动性变差，影响使用。,5柴油的选用,18,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,二、柴油,（3）目前在
7、我国南方地区汽车加油站的柴油一般是0号柴油，对应的凝点是0摄氏度，一些偏北地区的严冬需要-10号柴油。北方地区汽车加油站的柴油，夏天一般是0号柴油，冬天一般是-10号柴油、-20号柴油或-35号柴油。,5柴油的选用,19,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,二、柴油,（4）从经济效益来看，在气温环境许可下，应当尽量使用高凝点柴油，因为一般来说，高凝点柴油的十六烷值高，燃烧性好。相对而言，低凝点柴油的十六烷值低，燃烧性较差，导致柴油机工作粗暴，动力性差且耗油量大，而且油价也贵。,2008年9月1日中石化部分加油站10号、+5号、0号、5号、10号、20号柴油价格分别为每升5.83元、 5.95
8、元、 6.07元、6.25元、6.43元、6.73元。,5柴油的选用,20,内容提纲,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油 第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室 第三节 喷油器 第四节 喷油泵 第五节 调速器,21,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,一、柴油机可燃混合气的形成,（1）柴油是在压缩行程接近终了时借助喷油设备通过高压喷入气缸中，与高温、高压的热空气混合； （2）柴油机可燃混合气形成的时间极短，给柴油和空气的良好混合和完全燃烧带来极大困难； （3）柴油机进入气缸的空气量变化不大，其工况的调节是通过改变喷油量来调节； （4）可适当组织燃烧室内的空气运动，促进柴油与空气的
9、混合。,1柴油机可燃混合气的形成特点,22,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,一、柴油机可燃混合气的形成,进气涡流 a)切向气道；b)螺旋气道,挤气涡流 a)无进气涡流或涡流不强时的挤流；b) 进气涡流强时的挤流；c）逆挤流,1柴油机可燃混合气的形成特点,23,一、柴油机可燃混合气的形成,直接将柴油喷向燃烧室的空间，形成雾状混合物，再在空间蒸发形成混合气。为了充分利用燃烧室内的空气，并使混合迅速而均匀，需采取两种措施： （1）采用雾化质量较好的多孔式喷油器。将雾状柴油尽可能均匀地喷射到整个燃烧室空间去。 （2）适当组织空气运动，促进柴油与空气混合；,2可燃混合气的形成方式,第二节 柴
10、油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,1）空间雾化混合,24,一、柴油机可燃混合气的形成,将绝大部分柴油喷向燃烧室的壁面上，形成一层油膜。 少量油粒（5）悬浮在燃烧室内的空气中，形成着火源。 随着燃烧过程的进行，产生大量热量，辐射到油膜上，使油膜加速蒸发，不断提供新鲜混合气，保证燃烧过程迅速而有效地进行。,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,2）油膜蒸发混合,2可燃混合气的形成方式,25,二、柴油机的燃烧过程,（1）柴油机内的燃烧是在密闭的气缸内进行的，因此燃油的燃烧将直接造成气缸内压力、温度的升高； （2）气缸内无事先准备好的可燃混合气，燃油是在接近压缩终点时才喷入气缸与空气混合，而在一
11、般情况下是边喷射边燃烧； （3）燃烧不是借助外源点火，而是自燃的，并且发生第一个火源的部位不固定； （4）在整个燃烧室中，混合气成分在不同区域、不同时刻并不是均匀的，因而火焰向各处传播的条件也不是一致的。,1柴油机燃烧过程的特点,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,26,二、柴油机的燃烧过程,2燃烧过程的四个阶段,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,供油提前角：喷油泵开始向高压油管供油的时刻，相对于上止点的曲轴转角。 喷油提前角：喷油器开始向燃烧室喷射柴油的时刻，相对于上止点的曲轴转角。 供油提前角总是大于喷油提前角。,喷油延迟主要是由于燃油的可压缩性、高压油管的弹性以及高压系
12、统中的节流造成的。,两个重要概念：,27,二、柴油机的燃烧过程,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室, 滞燃期（着火落后期） 速燃期（急燃期） 缓燃期 IV后燃期（补燃期）,将柴油机的燃烧过程分为四个阶段：,2燃烧过程的四个阶段,28,二、柴油机的燃烧过程,2燃烧过程的四个阶段, 滞燃期（着火落后期）,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,喷油始点A到压力开始急剧升高时的燃烧始点B。燃油喷入气缸后，并非立即着火燃烧，而需要经历着火前的物理准备过程和化学准备过程。,29,二、柴油机的燃烧过程,2燃烧过程的四个阶段,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,滞燃期太长，则在滞燃期内喷
13、入燃烧室中的燃料就多，在着火前形成的可燃混合气也多，燃烧时的压力升高率和最高燃烧压力会很高，运动零件受到强烈的冲击负荷，发动机运转粗暴，影响使用寿命。因此，为了能控制燃烧过程，降低柴油机的机械负荷并使之运转平稳，应设法缩短滞燃期。 滞燃期过短，又对混合气形成不利，反过来又使柴油机性能恶化。,30,二、柴油机的燃烧过程,从燃烧始点B到气缸内的最大压力点C。从燃烧始点开始，火焰自火源迅速向各处传播，使燃烧速度迅速增加，急剧放热，导致燃烧室中温度和压力迅速上升，直至压力最大点为止 。,速燃期（急燃期）,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,2燃烧过程的四个阶段,31,二、柴油机的燃烧过程,一般
14、用平均压力升高率p/来表示气缸内压力升高的急剧程度，即,平均压力升高率,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,（MPa/CA）,压力升高率决定了柴油机燃烧过程的柔和性。压力升高率小，燃烧柔和工作平稳，但太低会导致热效率降低，油耗增加。压力升高率过大，柴油机工作粗暴，运动零件受到很大的冲击载荷，缩短发动机寿命。,2燃烧过程的四个阶段,32,二、柴油机的燃烧过程, 缓燃期,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,从最高压力点C起到最高温度点D为止。此阶段燃烧仍以较快速度进行，燃气温度继续升高到18002200K。由于活塞已开始离开上止点下行，气缸容积增大，压力下降。如果所喷入的燃油得不到
15、必须的氧气，则容易裂解而形成炭烟。,适当加强燃烧室内的空气运动，加速均匀混合气的形成，对保证缓燃期中燃油迅速而完全地燃烧具有重要作用。,2燃烧过程的四个阶段,33,二、柴油机的燃烧过程,从最高燃烧温度点D起到燃烧过程结束点E为止。由于燃烧时间短促，燃料和空气的混合又不均匀，总有一些燃料不能及时烧完，拖到膨胀行程中继续燃烧。在此期间，压力和温度均降低。,IV后燃期（补燃期）,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,后燃使柴油机经济性下降，并增加了活塞组的热负荷，使排气温度增高。应尽量减少后燃。,2燃烧过程的四个阶段,34,二、柴油机的燃烧过程,3影响燃烧过程的主要因素,第二节 柴油机可燃混合
16、气的燃烧过程与燃烧室,燃料性质的影响 喷油规律的影响 喷油提前角的影响 负荷的影响 转速的影响,35,二、柴油机的燃烧过程,3影响燃烧过程的主要因素,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,1）燃料性质的影响,十六烷值越高，其自燃性能越好，相应的滞燃期就越短，则柴油机运转较平稳，容易起动。 十六烷值过高，则柴油的热稳定性变差，喷入缸内的柴油还来不及与空气充分混合就可能着火燃烧，这将导致柴油在高温下裂解成炭烟的现象加剧，经济性也随之下降。,柴油的十六烷值是影响燃烧的重要因素。,36,二、柴油机的燃烧过程,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,2）喷油规律的影响,在滞燃期内喷入气缸的燃油
17、量不宜过多，以控制速燃期内的压力升高率，保证柴油机平稳运转； 而当着火燃烧以后，则应使燃油在较短时间内尽快喷入气缸，以缩短燃油喷射的持续时间，使燃料尽量在活塞接近上止点附近燃烧。,燃烧过程的放热规律在很大程度上取决于燃料供给系的喷油规律，较为理想的喷油规律是“先缓后急”。,3影响燃烧过程的主要因素,37,二、柴油机的燃烧过程,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,3）喷油提前角的影响,喷油提前角对柴油机的燃烧过程、压力升高率及最高燃烧压力等都有着直接的影响。,喷油提前角过大，使滞燃期延长，着火也随之提前，在上止点前燃烧的燃油量也相应增多，不仅使压力升高率及最高燃烧压力迅速升高，而且还增加
18、了压缩负功，将导致柴油机动力性和经济性均下降，起动困难及怠速不稳定； 喷油提前角过小，则燃油不能在活塞接近上止点附近迅速燃烧，后燃增加，最高燃烧压力虽有所降低，但排气冒黑烟，柴油机过热，使柴油机的动力性和经济性也随之下降。,3影响燃烧过程的主要因素,38,二、柴油机的燃烧过程,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,喷油提前角应有一个最佳值，称为最佳喷油提前角。喷油提前角最佳时，相同的循环供油量可以发出最大功率，即燃油消耗率最低。最佳的喷油提前角随转速的变化而变化。转速越高则最佳喷油提前角也越大。,最佳喷油提前角,3）喷油提前角的影响,3影响燃烧过程的主要因素,39,二、柴油机的燃烧过程,
19、第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,3）喷油提前角的影响,喷油提前角实际上是由供油提前角保证的，可通过改变供油提前角来改变喷油提前角。改变喷油泵的供油提前角的方法一般有三种：一是改变喷油泵凸轮轴与曲轴的相对角位置；二是旋转喷油泵体；三是改变挺柱的高度。一些车用高速柴油机装有供油提前角自动调节装置，根据转速的变化而自动调节供油提前角。,喷油提前角的调节,3影响燃烧过程的主要因素,40,二、柴油机的燃烧过程,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,4）负荷的影响,若柴油机转速不变，当负荷增加时，每循环供油量必须增加，而充入气缸的空气量基本不变，单位气缸容积内工质燃烧放出的热量增加，引起缸内温度上升，滞燃期缩短，使柴油机工作柔和； 但由于循环供油量增大，使喷油持续时间延长，又将导致后燃严重，经济性下降，满负荷时排气可能冒黑烟甚至排火。,3影响燃烧过程的主要因素,41,二、柴油机的燃烧过程,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,一般来说，转速增加使空气的涡流运动加强，有利于燃油的蒸发、雾化和空气混合。 但转速高时，由于充气效率的下降和循环供油量的增加，过量空气系数减小，且燃烧过程所占曲轴转角可能加大，因而热效率下降。 转速过低也会由于空气涡流减弱，使热效率降低。,3影响燃烧过程的主要因素,5）转速的影响,