第五章柴油機供給系
第一節柴油機及其使用效能
柴油和汽油一樣都是石油製品。在石油蒸餾過程中，溫度在200~350℃之間的餾分即為柴油。柴油分為輕柴油和重柴油。
輕柴油用於高速柴油機，重柴油用於重、低速柴油機。汽車柴油機均為高速柴油機，所以使用輕柴油。
1. 輕柴油的牌號和規格
輕柴油按其質量分為優等品、一等品和合格品三個等級，每個等級又按柴油的凝點分為10、0、-10、-20、-35和-50等六種牌號，其規格見表5-1。
2.輕柴油的使用效能
為了保證高速柴油機正常、高效的工作，輕柴油應具有良好的發火性、低溫流動性、蒸發性、化學安定性、防腐性和適當的粘度等諸多的使用效能。
（1）發火性指柴油的自燃能力，用十六烷值評定。柴油的十六烷值大，發火性好，容易自燃。國家標準規定輕柴油的十六烷值不小於45。
（2）蒸發性指柴油蒸發氣化的能力，用柴油餾出某一百分比的溫度範圍即餾程和閃點表示。比如，50%餾出溫度即柴油餾出50%的溫度，此溫度越低，柴油的蒸發性越好。國家標準規定此溫度不得高於300℃，但沒有規定最低溫度限。
為了控制柴油的蒸發性不致過強，標準中規定了閃點的最低數值。柴油的閃點指在一定的試驗條件下，當柴油蒸氣與周圍空氣形成的混合氣接近火焰時，開始出現閃火的溫度。閃點低，蒸發性好。
（3）低溫流動性用柴油的凝點和冷濾點評定低溫流動性。凝點是指柴油失去流動性開始凝固時的溫度。而冷濾點是指在特定的試驗條件下，在1min內柴油開始不能流過過濾器20ml時的最高溫度。
一般柴油的冷濾點比其凝點高4~6℃。
（4）粘度是評定柴油稀稠度的一項指標，與柴油的流動性有關。粘度隨溫度而變化，當溫度公升高時，粘度減小，流動性增強；反之，當溫度降低時，粘度增大 ，流動性減弱。
gb/t252-1994種規定的實際膠質、10%蒸餘物殘炭和氧化安定性，總不溶物等三項指標，是柴油安定性的評定指標。柴油的防腐性則用硫含量、硫醇硫含量、酸度、銅片腐蝕及水溶性酸或鹼等指標來評定。柴油中的灰分、水分和機械雜質，是評定柴油清潔性的指標。
汽車柴油機應使用各項指標均符合國家標準的柴油。
3.輕柴油的選擇
按照當地當月風險率為10%的最低氣溫（表5-2）選用輕柴油牌號，見表5-3。
第二節柴油機供給系的組成
一、柴油機混合氣形成特點
柴油機以柴油為燃料。由於柴油的蒸發性和流動性都比汽油差，因此柴油機不能像汽油機那樣在氣缸外部形成可燃混合氣。柴油機的混合氣只能在氣缸內部形成，即在接近壓縮行程終點時，通過噴油器把柴油噴入氣缸內。
柴油油滴在熾熱的空氣中受熱、蒸發、擴散，並與空氣混合形成可燃混合氣，最終自行發火燃燒。
與汽油機相比，柴油機混合氣形成的時間極短，只佔15°~35°曲軸轉角。燃燒室各處的混合氣成份很不均勻，且隨時間而變化。雖然柴油機的平均過量空氣係數 〉1，但是在燃燒室內仍然有的地方混合氣過濃，燃燒不完全；有的地方混合氣過稀，空氣得不到充分利用。
為了改善柴油機的混合氣形成與燃燒，燃油系統、燃燒室以及它們之間的相互匹配起著重要的作用。不同形式的燃燒室對噴油始點、噴油持續角、噴油壓力、噴注物化質量及其在燃燒室內的分布等，都有不同的要求。這些噴油引數的變化對柴油機的經濟性、動力性、排放性和雜訊水平都有直接的影響。
柴油機燃燒室的形狀不勝列舉，一般均按其結構形式分為直噴式燃燒室和分開式燃燒室兩大類。直噴式燃燒室的容積集中於氣缸之中，且其大部分集中於活塞頂上的燃燒室凹坑內（圖5-1）。燃燒室凹坑的形狀多種多樣，極具創造性。
其中有的為迴轉體（圖5-1a），有的則是非迴轉體（圖5-1b、c、d）。分開式燃燒室的容積則一分為二，一部分位於氣缸蓋中，另一部分則在氣缸內（圖5-2）。在氣缸內的那部分稱主燃燒室，位於氣缸蓋中的那部分稱副燃燒室。
主、副燃燒室之間用通道連通。分開式燃燒室又有渦流燃燒室（圖5-2a）和預燃燃燒室（圖5-2b）之分。渦流燃燒室的副燃燒室又稱渦流室，預燃燃燒室的副燃燒室則稱預燃室。
二、柴油機供給系的功用
1） 在適當的時刻，將一定數量的潔淨燃油增壓後以適當的規律噴入燃燒室。各缸的噴油定時和噴油量相同且與柴油機執行工況相適應。噴油壓力、噴注霧化量及其在燃燒室內的分布與燃燒室型別相適應。
2） 在每乙個工作迴圈內，各氣缸均噴油一次，噴油次序與氣缸工作順序一致。
3） 根據柴油機負荷的變化自動調節迴圈供油量，以保證柴油機穩定運轉，尤其是穩定怠速，限制超速。
4） 儲存一定數量的燃油，保證汽車的最大持續里程。
三、柴油機燃油供給系的組成
柴油機燃油供給系包括噴油幫浦、噴油器和調速器等主要部件及燃油箱、輸油幫浦、油水分離器、燃油濾清器、噴油提前器和高、低壓油管等輔助裝置。
圖5-3所式為裝有直列柱塞式噴油幫浦的柴油機燃油供給系。直列柱塞式噴油幫浦3一般由柴油機曲軸的定時齒輪驅動。固定在噴油幫浦體上的活塞式輸油幫浦5由噴油幫浦的凸輪軸驅動。
當柴油機工作時，輸油幫浦5從燃油箱8吸出柴油，經油水分離器7除去柴油中的水分，再經燃油濾清器2濾除柴油中的雜質，然後送入噴油幫浦3。在噴油幫浦內，柴油經過增壓和計量之後，經高壓油管9供入噴油器1，最後通過噴油器將柴油噴入燃燒室。噴油幫浦前端裝有噴油提前器4，後端調速器6組成一體。
輸油幫浦供給的多餘柴油及噴油器頂部的回油均經迴油管10返回燃油箱。
圖5-4所示為裝有分配式噴油幫浦的柴油機燃油供給系。當柴油機工作時，一級輸油幫浦3將柴油從燃油箱1吸出，經油水分離器2及燃油濾清器5，將其送入二級輸油幫浦4，柴油在二級輸油幫浦中加壓後衝入密閉的分配式噴油幫浦體9內，再經分配式噴油幫浦12增壓計量後進入噴油器10。
一級輸油幫浦為膜片式幫浦，由配氣機構的凸輪軸驅動。二級輸油幫浦為滑片式幫浦，裝在分配式噴油幫浦體內，並由分配式噴油幫浦的傳動軸驅動。滑片式輸油幫浦出口油壓隨其轉速而增加，為控制噴油幫浦體內腔油壓保持穩定，在二級輸油幫浦出口設有調壓閥6。
當噴油幫浦體內腔油壓超過規定值時，將有部分柴油經調壓閥返回輸油幫浦入口。噴油幫浦體內腔油壓一般為0.3~0.
7mpa。
在分配式噴油幫浦體內還裝有
第三節噴油器
噴油器是柴油機燃油供給系中實現燃油噴射的重要部件，其功用是根據柴油機混合氣形成的特點，將燃油霧化成細微的油滴，並將其噴射到燃燒室特定的部位。
噴油器應滿足不同型別的燃燒室對霧化特性的要求。一般說來，噴注應有一定的貫穿距離和噴霧錐角，以及良好的霧化質量，而且在噴油結束時不發生滴漏現象。
汽車柴油機廣泛採用閉式噴油器。這種噴油器主要由噴油器體、調壓裝置及噴油嘴等部分組成。閉式噴油器的噴油嘴是由針閥和針閥體組成的一對精密偶件，其配合間隙僅為0.
002~0.004mm。為此，在精加工之後，尚需配對研磨，故在使用中不能互換。
一般針閥由熱穩定性好的高速鋼製造，而針閥體則採用耐衝擊的優質合金鋼。
根據噴油嘴結構形式的不同，閉式噴油器又可分為孔式噴油器和軸針式噴油器兩種，分別用於不同型別的燃燒室。
一、孔式噴油器
1. 孔式噴油器結構
孔式噴油器用於直噴式燃燒室柴油機上，其結構如圖5-5所示。由針閥11和針閥體12構成的噴油嘴通過擰緊螺母10與噴油器體9緊固在一起。為了保證結合面的密封，針閥體的上端麵與噴油器體的下端麵都需經過精細的研磨。
調壓彈簧7的預緊力通過頂桿8作用在針閥上，將針閥壓緊在針閥體內的密封錐面上，使噴油嘴關閉。調壓彈簧的預緊力由調壓螺釘5調節。
孔式噴油器的噴油嘴有長型和短型兩種結構形式（圖5-6）。前者將噴油嘴加長，針閥的導向部分遠離燃燒室，以減少針閥受熱及變形，從而避免針閥卡死在針閥體內，所以長型噴油嘴多用於熱負荷較高的柴油機上。針閥的上錐面稱作承壓錐面，用來承受油壓產生的軸向推力，使針閥公升起。
針閥下端的錐面，稱作密封錐面。與針閥體內的密封錐面配合，以實現噴油器內腔的密封。針閥的密封錐面與針閥體內的密封錐面都是在精加工之後再配對研磨，以保證其配合精度。
孔式噴油器的噴油嘴頭部加工有乙個或多個噴孔，又乙個噴孔的稱單孔噴油器，由兩個噴油孔的稱雙孔噴油器，由三個以上噴孔的稱多孔噴油器。一般噴孔數目為1~7個，噴孔直徑為0.2~0.
5mm。噴孔直徑不宜過小，否則及不易加工，又在使用中容易被積炭堵塞。6120q-1型柴油機採用長型噴油嘴雙孔式噴油器，噴孔直徑為0.
42mm。因為對燃油噴射方向有特定的要求，所以在噴油器體與針閥體之間設有定位銷14（圖5-5）。
圖5-7所示為benz mb331型柴油機使用的長型噴油嘴、調壓彈簧下置式五孔孔式噴油器，或稱低慣量孔式噴油器。其結構特點是，調壓彈簧8下置，靠近噴油嘴，使頂杆7大為縮短，從而減小了運動件的質量和慣性力，有助於消減針閥的跳動。在噴油嘴與噴油器體之間設定接合座6，可以簡化噴油器體的加工。
2．孔式噴油器工作原理
當柴油機工作時，來自噴油幫浦的高壓柴油通過高壓油管送到噴油器，經進油管接頭9和針閥體12內的油道（圖5-5）進入噴油嘴內的壓力室6（圖5-6）。油壓作用在針閥的承壓錐面上，產生向上的推力。當此推力超過調壓彈簧的預緊力時，針閥公升起的最大高度及針閥公升程，由噴油器體（或接合座）的下端麵限制。
當噴油幫浦停止供油時，噴油嘴壓力室內的油壓迅速下降，針閥在調壓彈簧的作用下瞬即落座，將噴孔關閉，終止噴油。在噴油器工作期間，有少量柴油從針閥與針閥體配合表面之間的間隙中漏出，並沿頂杆周圍的縫隙上公升，最後通過回油管接頭1（圖5-5）進入回油管，流回燃油濾清器。這部分柴油在漏過針閥偶件時對偶件起潤滑作用。
二、軸針式噴油器
軸針式噴油器與孔式噴油器的工作原理相同，結構相似，只是噴油嘴頭部的結構不同而已。在軸針式噴油器中，針閥密封錐面以下有一端軸針，它穿過針閥體上的噴孔且稍突出於針閥體以外，使噴孔呈圓環型。因此，軸針式噴油器的噴注是空心的。
軸針可以製成圓柱型或截錐形（圖5-8）。圓柱型軸針噴注的噴霧錐角較小，而截錐形軸針噴注的噴霧錐角較大。因此，軸針製成不同的形狀，可以得到不同形狀的噴注，以適應不同燃燒室的需要。
軸針式噴油器有普通型、截流型和分流型之分。與普通型相比，截流型噴油嘴的軸針較長，圓環型噴孔的長度或稱節流公升程較大。普通型與節流型噴油嘴的噴孔通過面積與針閥公升程間的關係稱作噴油嘴特性，如圖5-9所示。
節流型噴油嘴在針閥公升起的初期，噴孔通過面積較小，歷時較長。儘管針閥公升程已達0.48mm，但噴孔通過面積仍然很小。
普通型噴油嘴則不同，在針閥公升程超過0.1mm後，其噴孔通過面積就開始迅速增大。因此，節流型軸針式噴油器噴油初期的噴油速率較小，從而可以減緩燃燒過程初期氣缸壓力的增長，對降低柴油機燃燒雜訊有利。
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