柴油机燃料供给与调节系统综述

柴油机燃料供给与调节系统综述摘要：就柴油机燃料供给与调节系统相关内容、结构与工作原理及电控技术方面进行了简要的介绍。

关键词：柴油机燃料供给与调节系统；结构与工作原理；电控前言柴油机是目前世界上热效率最高、应用最广泛的一种热力机械。

自鲁道夫·狄塞尔发明柴油机（压燃式内燃机）以来，柴油机已在汽车、拖拉机、船舶等方面取得广泛的应用。

而柴油机的燃料供给与调节系统是柴油机上最重要的、制造与调节精度最高的部件之一。

如果说，柴油机是上述各种机械的核心动力，那么燃料供给与调节系统就是这个核心动力的“心脏”。

[1]1柴油机燃料供给与调节系统的功能、要求、组成及分类1.1 功能、要求柴油机是在压缩行程接近终了时，将燃油在高压下喷入气缸内（柴油的蒸发性差），与压缩的空气相混合，并经过一系列的加热、蒸发、扩散、混合以及氧化过程而着火，混合气形成所需的能量很大一部分来自高压喷射。

工况调节则是用改变每循环喷油量的方式调节，而循环进气量则基本不变。

[1]由于每次喷射要持续一定的时间，一般在缸内着火时喷射过程尚未结束，故混合气形成过程和燃烧是重叠进行的，即:边喷油边燃烧。

因此，每循环平均的混合气浓度随负荷变化而变化，这种负荷调节方式被称为“质调节”。

为此，柴油机燃料供给与调节系统应满足以下几个基本要求：1）能产生足够高的喷射压力，以保证燃料良好的雾化、混合气形成与燃烧。

2）对应于柴油机每一工况（负荷与相应的转速）能精确、及时的控制每循环喷入气缸的喷油量。

3）在柴油机运转的整个工况范围内，尽可能保持最佳喷油时刻、喷油持续期及理想的喷油规律。

4）能保证柴油机安全工作，如防止柴油机超速与过热等现象出现。

[1]归纳以上几点，就是要求柴油机燃料供给与调节系统能在质量（高压喷雾与喷油规律）、数量（油量精确控制）、时间（喷油始点与持续期）、可靠性方面均能满足与整机合理匹配的要求，以保证柴油机在达到动力性能指标并保证可靠性的前提下，满足其在节能及环保方面的日益严格的要求。

[1]1.2分类因此人们在大力改进传统的燃料喷射与调节系统、努力提高其机械与液力刚度以满足高压喷射的同时，也在不断致力于研制与开发新型的高压喷射系统，这就形成了多样化的柴油机燃料供给与调节系统，按产生喷射功率的高压部分的工作原理及结构特点，分类如下：1）泵—管—嘴系统；2）泵—喷嘴系统；3）蓄压式（共轨式）系统。

2柴油机燃料供给与调节系统的结构原理2.1泵—管—嘴系统这种系统的特点是喷油泵为往复式柱塞泵，并由凸轮轴来驱动。

喷油泵的每次供油伴随着一次喷油过程，因此也可称为“脉动式”燃料供给系统。

喷油泵与喷油器之间有高压油管连接。

其中，按喷油泵结构及高压油管连接长度不同又可分为：2.1.1合成泵系统在这个系统中，多缸柴油机各缸供油单元安装在同一油泵壳体中，构成合成式喷油泵，习惯上也常称为直列式喷油泵（In-line Pump），按照Bosch公司的分类又简称PE泵（德语含义为油泵本身带有驱动用的凸轮轴）A型喷油泵的构造组成：泵体部分分泵油量调节机构传动机构（一）泵体部分形式：整体式、可分开式。

（二）分泵的构造（以柱塞式喷油泵为例）分泵：每个气缸所对应的一套柱塞副、出油阀副等零件组成的高压泵油机构。

分泵组成：高压油管接头、减容体、出油阀弹簧、出油阀副、柱塞副、柱塞弹簧及座、挺杆。

一. 柱塞偶件（1）结构柱塞—直槽、45°斜槽（两槽相通）柱塞套—径向油孔（与低压油腔相通）定位槽精密配合偶件：配合间隙为0.0015~0.0025mm要求：成对使用，不能互换。

拆装维修时要作好记号。

（1）工作原理一般工作原理：当凸轮转到凸起部分时候，凸轮挺柱向柱塞弹簧相反的方向运动，克服柱塞弹簧的预紧张力，从而推动柱塞运动。

当运动的柱塞将进油孔封闭时，从而使柱塞腔内的柴油进行压缩使油压迅速升高，高压柴油的压力作用于出油阀上，当高压柴油的压力克服出油阀弹簧的预紧张力时，出油阀被打开，从而使高压柴油进入高压油管流向喷油器！柱塞上行a.从下止点到柱塞头部封闭径向油孔之前。

b.从柱塞头部封闭径向油孔到柱塞斜槽露出径向孔之前。

c.从柱塞斜槽露出径向油孔到柱塞上行至上止点。

柱塞下行a.从上止点到柱塞斜槽封闭径向油孔之前。

b.从柱塞斜槽封闭径向孔到柱塞头部露出径向油孔之前。

c.从柱塞头部露出径向油孔到运行下止点。

（3）油量调节供油有效行程：柱塞顶面封闭柱塞套径向油孔至柱塞斜槽露出径向油孔前柱塞上移的行程，用hg表示。

hg决定了喷油泵每循环供油量（Δg）。

调节供油量方法：转动柱塞——改变hg——改变循环供油量Δg。

停油：直槽对准油孔。

二. 出油阀偶件作用：防止燃油倒流，保证供油迅速，停油干脆。

出油阀体—密封锥面、十字截面、减压环带出油阀座—内密封锥面、内圆柱面出油阀弹簧出油阀工况出油阀上升：减压环离座孔前，油管内减容增压，减压环离座孔，达喷油压力，迅速喷油。

出油阀下落：减压环入座孔，切断油路，防止燃油倒流，保证下次供油迅速。

减压环落座，管内增容减压，停油干脆，防止二次喷射和滴漏现象。

三.减容器作用：减小高压腔的容积，限制出油阀升程。

（三）油量调节机构种类：拨叉式、齿杆式。

拨叉式组成：油量调节拉杆、拨叉、调节臂。

齿杆式组成：油量调节齿杆、调节齿圈、旋转衬套、凸块。

（四）传动机构——驱动柱塞往复运动滚轮传动部件：滚轮、长槽、（垫块）凸轮轴(按作功顺序排列凸轮)传动机构由凸轮轴和滚轮体总成组成。

喷油泵凸轮轴是曲轴通过齿轮驱动的，曲轴转两圈，各缸喷油一次，凸轮轴只需转一圈就喷油一次，二者速比为2﹕1。

P型喷油泵结构特点[2]P型喷油泵的工作原理与A型喷油泵基本相同，但在结构上却脱离了柱塞式喷油泵的传统结构，具有一些明显的特点。

1.箱形封闭式喷油泵体P型喷油泵采用不开侧窗口的箱形封闭式喷油泵体，大大提高了喷油泵体的刚度，可以承受较高的喷油压力而不发生变形，以适应柴油机不断向大功率、高转速强化的需要。

2.吊挂式柱塞套这种结构改善了柱塞套和喷油泵体的受力状态。

另外，柱塞套内孔上端孔径略大，可防止柱塞在上端卡死。

柱塞套内孔的中部加工有集油槽，从柱塞偶件间隙泄漏的柴油集中于此槽内，经回油孔流回喷油泵的低压油腔。

P型喷油泵的柱塞顶部开有起动槽。

当柱塞处于起动位置时，此槽与柱塞套油孔相对，在柱塞上移到起动槽的下边缘封闭油孔时开始供油。

由于起动槽的下边缘低于柱塞顶面，因此供油迟后，供油提前角减小。

这时气缸温度较高，柴油喷入气缸容易着火燃烧，有利于柴油机低温起动。

3.钢球式油量调节机构P型喷油泵的油量调节机构移动调节拉杆，通过钢球带动控制套筒使柱塞转动，从而改变供油量。

这种油量调节机构结构简单，工作可靠，配合间隙小。

4.压力润滑利用柴油机润滑系统主油道内的机油对各润滑部位施行压力式润滑。

P型泵各缸供油提前角或供油间隔角是利用在柱塞套凸缘下面增减调节垫片的方法来进行调节的。

调匀各缸供油量则通过转动柱塞套来实现。

柱塞套凸缘上的螺栓孔是长圆孔，拧松紧固螺栓，柱塞套可绕其轴线转动10°左右。

当转动柱塞套时，改变了柱塞套油孔与柱塞的相对位置，从而改变了柱塞的有效行程，即改变了循环供油量。

四、喷油提前器喷油提前器实际上是喷油泵供油提前角自动调节装置。

供油提前角对柴油机性能有很大的影响，供油提前角过大或过小均使柴油机的动力性和经济性恶化。

为了保证柴油机有良好的使用性能，必须在最佳供油提前角下工作。

当转速和供油量一定时，能获得最大功率和最小燃油消耗率的供油时刻，称为最佳供油提前角。

最佳供油提前角随柴油机转速和负荷而变化，转速越高，负荷越大，最佳供油提前角也越大。

现代汽车柴油机都装有喷油提前器。

这样，当柴油机工况发生变化时，才能自动地进行调节，使喷油泵始终保持最佳供油时刻。

目前广为应用的机械离心式自动喷油提前器，只能响应柴油机转速的变化进行供油提前角的自动调节。

其结构形式虽有多种，但工作原理却基本相同。

喷油提前器的调节范围为0°～10°。

[2]2.1.2分配泵系统在分配泵系统，采用一个或少量柱塞实现对多缸柴油机各缸的供油，因此喷油泵体积小，结构紧凑，成本低，主要用于小型高速车用柴油机，特别是轿车柴油机中。

分配泵又分为轴向柱塞式与径向柱塞式两种。

[1]分配泵与柱塞式喷油泵相比，有许多特点：1)分配泵结构简单，零件少，体积小，质量轻，使用中故障少，容易维修。

2)分配泵精密偶件加工精度高，供油均匀性好，因此不需要进行各缸供油量和供油定时的调节。

3)分配泵的运动件靠喷油泵体内的柴油进行润滑和冷却，因此，对柴油的清洁度要求很高。

4)分配泵凸轮的升程小，有利于提高柴油机转速。

[2]下图为轴向柱塞分配泵（简称VE泵）的构造1、结构：VE型分配泵由驱动机构、二级滑片式输油泵、高压分配泵头和电磁式断油阀等部分组成。

此外，机械式调速器和液压式喷油提前器也安装在分配泵体内。

[2]驱动轴由柴油机曲轴定时齿轮驱动。

驱动轴带动二级滑片式输油泵工作，并通过调速器驱动齿轮带动调速器轴旋转。

在驱动轴的右端通过联轴器与平面凸轮盘连接，利用平面凸轮盘上的传动销带动分配柱塞。

柱塞弹簧将分配柱塞压紧在平面凸轮盘上，并使平面凸轮盘压紧滚轮。

滚轮轴嵌入静止不动的滚轮架上。

当驱动轴旋转时，平面凸轮盘与分配柱塞同步旋转，而且在滚轮、平面凸轮和柱塞弹簧的共同作用下，凸轮盘还带动分配柱塞在柱塞套内作往复运动。

往复运动使柴油增压，旋转运动进行柴油分配。

[2]凸轮盘上平面凸轮的数目与柴油机气缸数相同。

在分配柱塞的中心加工有中心油孔，其右端与柱塞腔相通，而左端与泄油孔相通。

分配柱塞上还加工有燃油分配孔、压力平衡槽和数目与气缸数相同的进油槽。

柱塞套上有一个进油孔和数目与气缸数相同的分配油道，每个分配油道都连接一个出油阀和一个喷油器。

[2](二)VE型分配泵工作过程(三)电磁式断油阀VE型分配泵装有电磁式断油阀，其电路和工作原理。

起动时，将起动开关旋至ST位置，这时来自蓄电池的电流直接流过电磁线圈，产生的电磁力压缩回位弹簧，将阀门吸起，进油孔开启。

柴油机起动之后，将起动开关旋至ON位置，这时电流经电阻流过电磁线圈，电流减小，但由于有油压的作用，阀门仍然保持开启。

当柴油机停机时，将起动开关旋至OFF位置，这时电路断开，阀门在复位弹簧的作用下关闭，从而切断油路，停止供油。

(四)液压式喷油提前器在VE型分配式喷油泵体的下部安装有液压式喷油提前器。

在喷油提前器壳体内装有活塞，活塞左端与二级滑片式输油泵的入口相通，并有弹簧压在活塞上。

活塞右端与喷油泵体内腔相通，其压力等于二级滑片式输油泵的出口压力。

当柴油机在某一转速下稳定运转时，作用在活塞左、右端的力相等，活塞处于某一平衡位置。

若柴油机转速升高，二级滑片式输油泵的出口压力增大，作用于活塞右端的力随之增加，推动活塞向左移动，并通过连接销和传力销带动滚轮架绕其轴线转动一定的角度，直至活塞两端的力重新达到平衡为止。