第五章 柴油机燃料供给系
第一节 概述
一、柴油机的特点
1．压缩比大（15～22），热效率高（30％～40％），经济性好；无点火系，油路系统机件精密、耐用，故障少。
2．混合气的形成、点火和燃烧方式不同于汽油机。高压柴油喷入燃烧室，混合气在燃烧室内形成，压燃后边喷边燃。
3．柴油机的CO和HC排放低，NOX较多，大负荷易产生碳烟。 4．柴油机结构复杂、质量大、材料好、加工精度高，制造成本较高。 5．柴油机的排气噪声大，废气中含SO2多。 二、柴油机燃油系的功用及组成
(一)功用：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。
(二)组成：如图所示，由燃油供给、空气供给、混合气形成及废气排出四步分组成。 1．燃油供给系统：由柴油箱、输油泵、低压油管、滤清器、喷油泵、高压油管和喷油器及回油管等组成。 2．空气供给：由空气滤清器、进气管等组成。有的还有增压器。
3．混合气：形成于燃烧室。
4．排放废气：由排气管及排气消声器组成。 5．燃油供给路线
1）低压油路 从柴油箱到喷油泵入口，油压一图5-1柴油机燃料供给系统 般为0.15MPa～0.3MPa。
2）高压油路 从喷油泵到喷油器，油压在10MPa以上。
3）多余的燃油回流 输油泵的供油量比喷油泵的最大喷油量大3～4倍，大量多余的燃油经喷油泵进油室的一端限压阀和回油管流回输油泵的进口或直接流回柴油箱。喷油器工作间隙漏泄的极少数柴油也经回油管流回柴油箱。
4）柴油滤清器 有粗细两种，一般粗滤器设在输油泵之前，细滤器设在输油泵之后。 5）为保证各气缸供油的一致性，连接喷油泵和喷油器的钢制高压油管的直径和长度是相等的。 三、柴油
1、轻柴油的牌号和规格
按凝点分为：10（价格最低）、5、0、-10、-20、-35、-50（价格最高） 2、使用性能：
发火性：自燃能力。用十六烷值评定。国家规定≥45，越大自燃能力越强。 蒸发性：柴油的蒸发气化能力。
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低温流动性：用柴油的凝点和冷凝点评价。凝点：失去流动性；冷凝点：特定实验条件下，1min内不能通过过滤器20ml的最高温度。参阅p145表5-2。
粘度：评价柴油的稀稠度。与温度有关。
第二节 柴油机可燃混合气的形成
一、柴油机可燃混合物形成特点
1．混合空间小、时间短可燃混合气是在燃烧室内形成的，一边喷油，一边燃烧。混合气的形成时间极短，只占曲轴转角的15°～35°。
2．混合气不均匀，燃烧室内α值变化范围很大
柴油机的充气量一般变化不大，负荷的大小靠喷油量的多少来调节，从而改变了α值，是“质的调节”。高速柴油机的过量空气系数（α）一般在1.15～2.2大范围内变化。大负荷时喷油量多、α值小、混合气浓；怠速时喷油量少、α值大、混合气稀，α值可达4～6。
3．边喷边燃，成分不断变化。 二、可燃混合物形成方法 (一)空间雾化混合方式
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。
1．油雾形成：燃料以高压、高速从喷油器以圆锥形的油束喷出。
喷雾锥角β—表示油束的扩散程度。β越大扩散越好。
射程L—表示油束的穿透能力。 雾化质量—表示油束喷散雾化的程度。喷散的越细、越均匀则雾化质量越好。 2．空气运动促进混合：使油粒分布得更均匀，最有效的措施是使空气运动，多采用两种方法。
1）使进气产生涡流：利用弱涡流切向进气道或强涡流螺旋进气道，可以在进气行程中使空气绕气缸轴线旋转运动。
2）产生挤压涡流：利用活塞顶部的特殊形状，在压缩过程中和膨胀行程开始时，使空气在燃烧室中产生强烈的旋转运动，它存在于上止点附近，持续时间较短。
转速愈高，涡流也愈强，气流对油束的吹散作用也愈大。此外，空气涡流运动还可以加速火焰的传播，促使燃烧及早地结束。
油束的形状
进气涡流的形成 a)切向进气道；b)螺旋进气道
挤压涡流的形式
a)挤压流动；b)膨胀流动；A-环形空间
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(二)油膜蒸发混合方式
它是将柴油喷向球形油膜燃烧室的壁面上，在强烈的空气涡流作用下，燃油的大部分（95％）形成油膜。由于油束贯穿空气和室壁的反射，有少量油粒（5％）悬浮在空间，形成着火源。油膜在空间火源的热能作用下，逐层蒸发、逐层卷走、逐层燃烧，产生了燃气涡流，其燃烧速度是前期慢、后期快，使燃烧过程加速进行到终点。 （三）复合式──U形燃烧室
即空间雾化燃烧和油膜蒸发混合燃烧混合使用，低速以前者为主，高速以后者为主。
第三节 燃烧室
根据混合气的形成方式及燃烧室的结构特点，柴油机燃烧室可分为两大类。
1．直接喷射式燃烧室──ω形、四角形、球形及U形燃烧室等； 2．分开式燃烧室──预燃室式和涡流式燃烧室。 一、ω形燃烧室 1．结构特点
由平的气缸盖底面和活塞顶内的ω形凹坑及气缸壁组成，属于直接喷射燃烧室和空间混合方式。
2．混合气形成特点
1）主要是依靠多孔喷雾（多为4孔），利用油束和燃烧室的吻合，在空间形成混合气。
2）喷孔直径小，多在0.25～0.4mm内，喷孔轴线夹角为140°～160°内，喷油压力较高，一般在20Mpa左右。
3）结构紧凑，热损失小，故热效率高，经济性好，容易起动。
4）工作粗暴，燃烧噪音大。 二、四角形燃烧室
四角形燃烧室属于直接喷射式燃烧室和空间混合式。 1．结构特点燃烧室底部仍是ω形，燃烧室上部逐渐过渡为四方形，喷射时四个喷孔对着燃烧室的四个角喷油。
2．可抑制涡流的增强，减少NOX生成量。 三、预燃式燃烧室
1．结构特点
1）整个燃烧室分两部分，预燃室位于气缸盖内为总燃烧室容积的25％～40％，活塞上方为主燃室。
1-螺旋进气道 2-喷油器 3-四角形燃烧室 S-涡流
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油膜的形成和气体的分离运动
ω形燃烧室
2）喷油嘴安装在预燃室中心线附近，为便于冷起动，多装有电热塞。 3）预热室用耐热钢单独制成，装入气缸盖不和冷却水直接接触。 4）大部分燃料是在主燃烧室中混合燃烧，是属于空间混合方式。 2．混合气形成特点 1)利用压缩紊流先预燃。
2)利用强烈的燃烧涡流，促使完全燃烧。
3）对喷油的雾化质量要求不高，可采用不易堵塞的大直径单孔喷嘴，喷油压力较低（8MPa～12MPa），有适应大转速范围和不同着火性能燃料的能力。
4）运转平顺，燃烧噪声小，但经济性较差。热损较大，起动性能差，必须加装电热塞。 四、涡流式燃烧室
1．结构特点
1）整个燃烧室也是分为两部分球型涡流室在气缸盖内；活塞上方为主燃烧室。涡流室容积占总燃烧室容积的50％～80％，用一个和数个切向大面积通道相通。属于空间混合方式。
2）喷油器和电热塞安装在涡流室内。 3）涡流室下半部分镶有耐热钢制成的镶块，和其座孔有一定的隔热间隙，并用螺钉定位。
4）活塞顶部多制有导流槽或分流凹坑，使涡流室中的气流喷出时形成二次涡流。
2．混合气形成特点
1）利用强烈的定向涡流混合和燃烧。 2）利用二次流动，促使燃气更完全的燃烧。 3）对喷油的雾化质量要求不高，可采用不易堵塞的单孔喷嘴，喷油压力较低（10MPa～12MPa），喷油泵寿命较长，对不同着火性能燃料的适应性好。
4）适用于高速柴油机，转速可达5000r/min。 5）工作较平顺。热损失较大，经济性较差，须用较高的压缩比（17～22），须加装电热塞。 五、球形油膜燃烧室
1．结构特点
1）球形油膜燃烧室位于活塞顶部中央，形状大于半个球，与喷油器相对的位置，开有缺口与球面相切，燃油从这里顺气流方向喷在室壁上形成油膜。它属于直接喷射式燃烧室，油膜蒸发混合方式。
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球形油膜燃烧室
预燃式燃烧室 涡流室式燃烧室
2）采用强涡流螺旋进气道。
3）燃烧室底壁较薄，其背面有来自飞溅和从连杆小头喷油孔喷出的润滑油加以冷却。 4）采用单孔喷嘴或双孔喷嘴。 2．混合气形成特点
1）燃油顺气流沿球面切线方向喷入时，约95%被喷涂均布在室壁上，形成一层薄的油膜，5％散布在燃烧室空间形成火源，点燃混合气。
2）油膜逐层蒸发、逐层卷走、逐层燃烧，形成燃气涡流。 3）喷油压力较高，油耗率较低。能适应多种不同着火性能的燃料。 4）其进气管上多安装加热装置（如火焰加热器等）。
第四节 喷油器
一、喷油器的功用和要求 (一)功用
1．使一定数量的燃油得到良好的雾化。 2．使燃油的喷射按燃烧室类型合理分布。 (二)要求
1．应具有一定的喷射压力和射程，合适的喷雾锥角和雾化质量； 2．喷停要迅速，不发生燃油滴漏；
3．开始喷油少，中期喷油多，后期喷油少。 二、分类和材料 1．分类
采用闭式喷油嘴，按其结构形式分孔式和轴针式两种基本形式，如图。 2．材料
喷油器主要部件喷油嘴（针阀和阀体），多采用耐热强度好的优质轴承钢制成，为不可互换的高压精密偶件，配合间隙为0.001~0.003mm。 三、喷油器的工作原理
如上图所示，针阀上端由调压弹簧压紧，产生关闭压力p1。从进油道进入高压室在油压作用力，在承压锥面上形成一个向上的轴向压力p2，称为开启压力。
若：喷油泵供油，则p2>p1，喷油器喷油；喷油泵停供，则p2 其轴针制成圆柱形或倒锥形，喷雾形状分别为空心柱形或扩散的锥形，多用于分开式燃烧室。轴针式有两个可变断面，圆柱形轴针的通过断面是先大后小，喷油特性是先少后多；倒锥形轴针的通过断面是先小后大又变小，喷油特性是先少后多又变少，能较好地满足喷油的前期少、中期多、后期少的特性要求。（如图7-12和7-13） 5 闭式喷油器的两种基本形式