柴油发动机的结构与工作原理

二、柴油发动机的结构与工作原理

柴油机使用的燃料是柴油，与汽油相比，柴油黏度大，蒸发性差，故采用高压喷射的方法。在压缩行程接近终了时把柴油喷进汽缸，直接在汽缸内形成混合气，并借缸内的空气高温自行发火燃烧。由此决定了柴油机供给系的组成、构造及其工作原理与汽油机供给系有很大的不同。

1.柴油机供给系的组成和特点

（1）柴油机的组成

柴油机供给系由燃油供给、空气供给、混合气形成和废气排出四部分组成。如图5.14所示是常见的一种汽车柴油机供给与调节系统简图。整个系统由低压油路（油箱8、输油泵5、燃油滤清器3及低压油管）、高压油路（喷油泵6、高压油管13、喷油器12）和调节系统（离心式调速器9、自动供油提前器7）组成。其核心部分是高压油路所组成的喷油系统。柴油箱8装有经过沉淀和滤清的柴油。输油泵5将柴油箱内的柴油吸入并泵出，经过滤清器3滤去杂质后进入喷油泵6。自喷油泵输出的高压柴油经高压油管13进入喷油器12，并被喷油器喷入燃烧室，与空气混合形成可燃混合气。由于输油泵的供油量比喷油泵供油量大得多，过量的柴油便经过回油管10回到柴油箱。

图5.14　燃油供给与调节系统简图

1-放气螺塞；2-加油螺塞；3-燃油滤清器；4-手油泵；5-输油泵；6-喷油泵；7-自动供油提前器；8-柴油箱；9-离心式调速器；10-回油管；11-回油阀；12-喷油器；13-高压油管

（2）柴油机的特点

①有能量密度高（大型低速增压柴油机的有效热效率已超过50％），燃油消耗率低，这对节约能源和提高经济效益都很重要。

②好的燃油经济性。

③温室效应气体排放少，其二氧化碳的排放量比汽油机低30％～35％，但废气中含有害成分（NO，颗粒物等）较多，噪声较大，在环境保护方面已引起重视。

④功率和转速范围很大（功率为1～65580kW，转速为54～5000r/min），因此应用领域宽。

⑤结构较复杂，零部件材料和工艺要求较高，制造成本较高，与汽油机相比质量较大。

⑥新技术（电子控制，增压，废气再循环，新材料）应用多，发展快。产品研制开发和生产装备的投资大，属于技术密集和资金密集性产品。

2.柴油机燃油供给系的功用及燃料

（1）柴油机燃油供给系的功用

柴油机燃油供给系的功用是储存、滤清和输送柴油，并按柴油机各种不同工况的要求，定时、定量、定压喷入燃烧室，使其与空气迅速而良好地混合和燃烧，最后将废气排入大气。

（2）柴油机燃油供给系的燃料——柴油

柴油的使用性能指标主要是发火性、蒸发性、黏度和凝点。

发火性是指燃油的自燃能力。柴油机的发火性用“十六辛烷值”表示，十六辛烷值愈高，发火性越好，但是十六辛烷值高的柴油的凝点也高，因而蒸发性差。故通用柴油的十六辛烷值应在40～50范围内。

蒸发性是指由燃油蒸发试验确定的，需要测定的馏程是50％馏出温度、90％馏出温度及95％馏出温度。同一相对蒸发量的馏出温度愈低，表明柴油蒸发性愈好，愈有利于可燃混合气的形成和燃烧。

黏度决定燃油的流动性。黏度愈小，则流动性愈好。黏度过大的柴油由于流动的阻力过大，难以滤清、沉淀，也严重地影响柴油从喷油器喷出时的雾化。黏度过小又将增加柱塞副之间以及喷油器针阀与阀体之间柴油漏失量，加剧这些精密偶件的磨损。

凝点是柴油冷却到开始失去流动性的温度。柴油的凝点应比最低工作温度低3～5℃以上，凝点过高会导致油路堵塞。因此GB252-81规定根据凝点将国产柴油进行编定。如10号、0号和-35号。

3.柴油机可燃混合气形成和燃烧过程

（1）可燃混合气的形成与燃烧

柴油机可燃混合气的形成和燃烧都是直接在燃烧室内进行的。当活塞接近压缩上止点时，柴油喷入汽缸，与高压高温的空气接触，混合，经过一系列的物理，化学变化才开始燃烧。之后便是边喷射，边燃烧。其混合气的形成和燃烧是一个非常复杂的物理化学变化过程，其主要特点是：

①燃料的混合和燃烧是在汽缸内进行的。

②混合与燃烧的时间很短，为0.0017～0.004s（汽缸内）。

③柴油黏度大，不易挥发，必须以雾状喷入。

④可燃混合气的形成和燃烧过程是同时，连续重叠进行的，即边喷射，边混合，边燃烧。

根据汽缸压力和温度变化的特点，可将混合气的形成和燃烧按曲轴的转角划分为四个阶段，如图5.15所示：

图5.15　汽缸压力与曲轴转角的关系

①备燃期。备燃期是从喷油开始到开始着火燃烧为止的时期。

喷入汽缸中的雾状柴油并不能马上着火燃烧，汽缸中的气体温度，虽然已高于柴油的自燃点，但柴油的温度不能马上升高到自燃点，要经过一段物理和化学的准备过程。也就是说，柴油在高温空气的影响下，吸收热量，温度升高，逐层蒸发而形成油气，向四周扩散并与空气均匀混合（物理变化）。

随着柴油温度升高，少量的柴油分子首先分解，并与空气中的氧分子进行化学反应，具备着火条件而着火，形成了火源中心，为燃烧作好了准备。这一时期很短，一般仅为0.0007～0.003s。

②速燃期。速燃期是从燃烧开始到汽缸内P_max出现时为止的时期。

火源中心已经形成，已准备好了的混合气迅速燃烧，在这一阶段由于喷入的柴油几乎同时着火燃烧，而且是在活塞接近上点，汽缸工作容积很小的情况下进行燃烧的，因此，汽缸内的压力P迅速增加，温度升高很快。

③缓燃期。缓燃期是从出现P_max（最大压力点）到出现T_max（最高温度点）为止的时期。

这一阶段喷油器继续喷油，由于燃烧室内的温度和压力都高，柴油的物理和化学准备时间很短，几乎是边喷射边燃烧。但因为汽缸中氧气减少，废气增多，燃烧速度逐渐减慢，汽缸容积增大。所以汽缸内压力略有下降，温度达到最高值，通常喷油器已结束喷油。

④后燃期。缓燃期以后的燃烧时期。

这一时期，虽然不喷油，但仍有一少部分柴油没有燃烧完全，随着活塞下行继续燃烧。后燃期没有明显的界线，有时甚至延长到排气冲程还在燃烧。后燃期放出的热量不能充分利用来做功，很大一部分热量将通过缸壁散至冷却水中，或随废气排出，使发动机过热，排气温度升高，造成发动机动力性下降，经济性下降。因此，要尽可能地缩短后燃期。

综上所述，要使燃烧过程进行得好，混合气形成的好坏是关键，所以对混合气形成的要求如下：

①必须要有足够的空气量和适当的柴油量。因为柴油燃烧放出热量是由于柴油和空气中的氧气在一定温度和压力条件下产生化学作用的结果，所以空气与柴油是放热的两个重要因素。空气量与柴油量比例不同，所形成的可燃混合气的成分也就不同，一般要求：空燃比α＝1.3～1.5。

α过大，混合气过稀，燃烧速度慢，散发热量多。

α过小，混合气过浓，燃烧不完全，油耗增加，冒黑烟，经济性变差。

可见α是影响发动机功率和油耗的重要因素。

②喷油时刻要准确，混合气形成的规律应合适。汽缸中燃烧过程的主要放热阶段应该是上止点稍后，容积小可得到较高的压力，热效率高，热损失小，所以要求喷油时刻要准确。喷油过早，过晚对发动机工作都是不利的。

过早：混合气提前形成，并在活塞到达上止点前像爆炸似的同时着火燃烧，结果给正在上行的活塞造成一个短时间阻力，并严重“敲缸”，工作粗暴。

过迟：混合气在活塞下行时才开始形成和燃烧，结果燃烧空间增大，从汽缸壁面传走的热量增加，造成发动机过热，燃烧压力降低，气体压力推动活塞的效果减小，甚至有可能使部分混合气来不及燃烧而随废气排出去。

最好的喷油时刻与燃烧室的形式和发动机转速有关，对于一定结构的发动机在规定转速下，可通过试验找到一个功率大，油耗低的最好喷油时刻，通常用曲轴距活塞到达上止点的转角表示，称为喷油提前角。

③喷油质量应与燃烧室形状相适应，形成均匀的混合气。

雾化良好：喷油泵和喷油器的喷射质量应与燃烧室相适应。

燃烧室的形状：空气产生相应流动来促进混合。

④气流的搅动，燃料的性能。燃烧室的形状，切向进气，形成涡流，有利于混合，柴油的16烷值高，则自燃点低，备燃期短。

（2）改善燃烧性能的途径

可以通过以下方法来改善燃烧性能：

①进气系统。

②燃油系统。

③燃烧室。

④燃料。

根据可燃混合气的形成与燃烧过程得知柴油机要求：备燃期要短，速燃期压力升高要快才能使动力性、经济性好、工作柔和、不冒烟。

因为柴油挥发性差，混合时间短，要求混合均匀，燃烧完全就必须要求喷射压力高，雾化好，喷射质量要满足燃烧室形状的要求。

4.燃烧室

柴油机的混合气是在燃烧室中形成的，可以说燃烧室的形状对可然混合气的形成和燃烧好坏有直接的影响。按照结构形式，柴油机燃烧室分为两大类：统一燃烧室和分隔式燃烧室。

（1）统一式燃烧室

统一式燃烧室也称直接喷射式燃烧室，是由凹形活塞顶和汽缸盖底面所包围的单一内腔，几乎全部容积都在活塞顶面上。

ω形燃烧室（图5.16所示）：柴油直接喷射在活塞顶的浅凹坑内，喷射的柴油雾化要好，而且要均匀地分布在空气中。要求喷射压力高，一般为17～22MPa，要求雾化质量高，因此，采用多孔喷嘴，孔数一般为6～12个。

图5.16　ω形燃烧室

优点：形状简单，结构紧凑，燃烧室与水套接触面积小，散热少，可减少热损失，热效率高，经济性较好。

缺点：工作粗暴，喷射压力高，制造困难，喷孔易堵。

球形燃烧室（图5.17所示）：空气由缸盖螺旋形进气道以切线方向进入汽缸，绕汽缸轴线作高速螺旋转动，并一直延续到压缩行程。喷油器沿气流运动的切线方向喷入柴油，使绝大部分柴油直接喷射在燃烧室壁面上形成油膜。小部分柴油雾珠散布在压缩空气中，并迅速蒸发燃烧，形成火源。油膜一方面受灼热的燃烧室壁面的加温，同时又受已燃柴油的高温辐射，使柴油逐层蒸发，与涡流空气边混合边燃烧。

图5.17　球形燃烧室

优点：工作柔和，噪声小，又叫轻声发动机。

缺点：启动困难，螺旋形进气道，结构复杂，制造困难。

（2）分隔式燃烧室

分隔式燃烧室由两部分组成，一部分位于活塞顶与汽缸底面之间，称为主燃烧室，另一部分在汽缸盖中，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燃烧室和预燃室燃烧室两种。

①涡流室式燃烧室（图5.18所示）：它的副燃烧室是球形或圆柱形的涡流室，其容积占燃烧室总容积的50％～80％，涡流室有切向通道与主燃烧室相通。在压缩行程中，汽缸内的空气被活塞推挤，经过通道进入涡流室，形成强烈地有组织的高速旋转运动（几百转/分）柴油喷入涡流室中，在空气涡流的作用下，形成较浓的混合气。部分混合气在涡流室中着火燃烧，已燃与未燃的混合气高速（经通道）喷入主燃烧室，借活塞顶部的双涡流凹坑，产生第二次涡流。促使进一步混合和燃烧。

图5.18　涡流式燃烧室

要求：顺气流方向喷射，由于涡流运动促进了混合气的形成与燃烧，可采用较大孔径的喷油器，喷射压力也较低（12～14MPa）

优点：工作柔和，空气利用率较高，喷射压力也较低。

缺点：热损失大，经济性差，启动困难。

②预燃室燃烧室（图5.19所示）：缸盖上有预燃室，占燃烧室总容积的1/3，预燃室与主燃室有通道，活塞为平顶。因为通道不是切向的，所以压缩时不产生涡流。连通预燃室与主燃室的孔道直径较小，由于节流作用产生压力差，使预燃室内形成紊流运动，油束大部分射在预燃室的出口处，只有少部分与空气混合（出口处较浓，而上部较稀），上部着火后，产生高压，已燃的和出口处较浓的混合气一同高速喷入主燃烧室，在主燃烧室内产生强烈的燃烧拢流运动，使大部分燃料在主燃烧室内混合和燃烧。

图5.19　预燃室式燃烧室

5.喷油器

喷油器的作用是将燃油雾化成容易着火和燃烧的雾滴，并使喷雾和燃烧室大小、形状相配合，分散到燃烧室各处并与空气充分混合。喷油器的喷油嘴是由针阀和针阀体组成的一对精密偶件，其配合间隙仅为0.002～0.004mm。为此，在精加工之后，再配对研磨，在使用中不能互换。根据喷油嘴结构形式的不同，喷油器又可分为孔式喷油器和轴针式喷油器两种。

（1）孔式喷油器

孔式喷油器用于直喷式燃烧室柴油机上，其结构如图5.20所示。由针阀11和针阀体12构成的喷油嘴通过锁紧螺母10与喷油器体9紧固在一起。调压弹簧7的预紧力通过顶杆8作用在针阀上，将针阀压紧在针阀体内的密封锥面上，使喷油嘴关闭。调压弹簧的预紧力由调压螺钉5调节。来自喷油泵的高压柴油通过高压油管送到喷油器，经进油管接头16、喷油器滤芯17以及喷油器体9和针阀体12内的油道进入喷油嘴内的压力室。油压作用在针阀的承压锥面上，产生向上的推力。当此推力超过调压弹簧的预紧力时，针阀升起并将喷孔打开，高压柴油经喷孔喷入燃烧室。当喷油泵停止供油时，喷油嘴压力室内的油压迅速下降，针阀在调压弹簧的作用下迅速落座，终止喷油。在喷油器工作期间，有少量柴油从针阀与针阀体配合表面之间的间隙中漏出，并沿顶杆周围的缝隙上升，最后通过回油管接头1进入回油管，流回燃油滤清器。这部分柴油在漏过针阀偶件时，对偶件起润滑作用。

图5.20　孔式喷油器

1-回油管接头；2，18-衬垫；3-调压螺钉保护螺母；4，6-垫圈；5-调压螺钉；7-调压弹簧；8-顶杆；9-喷油器体；10-喷油嘴锁紧螺母；11-针阀；12-针阀体；13-垫块；14-定位销；15-进油管接头保护螺母；16-进油管接头；17-喷油器滤芯；19-保护套

孔式喷油器的喷油嘴头部加工有一个、两个或多个喷孔，一般喷孔数目为1～12个，喷孔直径为0.2～0.5mm。有的孔式喷油器对燃油喷射方向有特定的要求，所以在喷油器体与针阀体之间设有定位销14。

普通喷油器因弹簧上置，顶杆长，质量大，致使针阀上升和下降时间较长；而如图5.21所示为低惯量喷油器，由于弹簧下置，顶杆质量大大减小，针阀上升和下降速度加快，有助于削减针阀的跳动，改善喷油过程，因此对于n≥3000r/min的柴油机，宜采用低惯量喷油器。但低惯量喷油器的弹簧外径小，机械应力和热应力大，故要求相对提高。此外，可采用减小针阀直径的方法来进一步减少喷油器的运动惯量。如采用P系列喷油器，它的针阀直径为4mm，比常用的S系列喷油器（针阀直径为6mm）运动件质量减小了一半以上，同时喷油器外径减小，也有利于增大气门直径，提高充气效率。

图5.21　低惯量孔式喷油器结构

1-喷油器体；2-喷油嘴；3-弹性垫圈；4-密封垫圈；5-喷油嘴锁紧螺母；6-接合座；7-顶杆；8-调压弹簧；9-垫圈；10-进油道；11-回油道

（2）轴针式喷油器

轴针式喷油器与孔式喷油器的工作原理相同、结构相似，只不过轴针式喷油器是将针阀头部的轴针伸入针阀体的喷油孔内，针阀升起后，燃油从喷油孔和轴针之间的环状间隙中喷出，呈中空圆锥形喷雾，主要用于非直喷式柴油机，将燃油喷入比较狭小的空间内。轴针式喷油器的总体结构如图5.22所示。轴针式喷油器工作时，轴针在喷孔内往复运动，能清除喷孔中的积炭，喷孔不易堵塞，喷油器工作可靠；由于喷孔较大，因此加工方便。

图5.22　轴针式喷油器结构

1-调压弹簧；2-顶杆；3-喷油器体；4-针阀体；5-针阀；6-喷油嘴锁紧螺母；7-进油管接头；8-滤芯；9-垫圈；10-调压螺钉；11-保护螺母；12-回油管接头

改变轴针头部的形状可以改变喷雾角，同时，还可以改变喷油嘴流通截面积特性，以适应不同形状燃烧室的需要。轴针式喷油器有普通型、节流型、削平轴针型和带副喷油孔型之分。如图5.23所示。与普通型相比，节流型喷油嘴的轴针较长，圆环形喷孔的长度或称节流升程较大。削平轴针式喷嘴（图5.23（c）），用轴针上的加工平面来改善喷嘴在开启初期流通特性的过渡情况，削平轴针还可使流通产生不均衡而出现扰动，促进喷油嘴自身的净化作用。带副喷油孔型轴针式喷油器用于涡流燃烧室，用来改善涡流燃烧室柴油机的冷启动性。该喷油嘴除主喷孔外，还在针阀体的密封锥面上加工有副喷油孔，孔径一般为0.2mm，孔中心线与针阀体轴线成30°（图5.23（d））。

图5.23　轴针式喷油器结构形式

当柴油机启动时，由于转速很低，喷油泵供油压力较小，因此喷油器的针阀升程较小，这时大部分柴油经副喷油孔逆气流方向喷到涡流室中心，如图5.24（a）所示。因为逆气流喷射，燃油雾化好，加上涡流室中心的温度比较高，所以柴油容易着火燃烧，使柴油机在低温下顺利启动。当柴油机启动后，在正常转速下工作时，针阀升程较大，大部分柴油从主喷孔顺气流方向喷入涡流室，如图5.24（b）所示。

图5.24　带副喷油孔型轴针式喷油器在涡流燃烧室的喷射情况

6.喷油泵

在机械式柴油供给系统中，喷油泵是最重要的零件，它的性能和质量对柴油机性能的影响极大。

（1）功用、要求、类型

功用：提高柴油压力，按照发动机的工作顺序，负荷大小，定时定量地向喷油器输送高压柴油。

对喷油泵的基本要求：

①泵油压力要保证喷射压力和雾化质量的要求。

②供油量应符合柴油机工作所需的精确数量。

③保证按柴油机的工作顺序，在规定的时间内准确供油。

④供油量和供油时间可调整，并保证各缸供油均匀。

⑤供油规律应保证柴油燃烧完全。

⑥供油开始和结束，动作敏捷，断油干脆，避免滴油。

喷油泵的基本类型：车用柴油机的喷油泵按其工作原理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。

（2）柱塞泵的泵油原理

柱塞泵的泵油机构包括两套精密偶件：柱塞和柱塞套构成柱塞偶件（图5.25）、出油阀和出油阀座构成出油阀偶件（图5.26）。

图5.25　柱塞和柱塞套

图5.26　出油阀和出油阀座

柱塞和柱塞套是一对精密偶件，经配对研磨后不能互换，要求有高的精度和光洁度和好的耐磨性，其径向间隙为0.002～0.003mm。柱塞头部圆柱面上切有斜槽，并通过径向孔、轴向孔与顶部相通，其目的是改变循环供油量；柱塞套上制有进、回油孔，均与泵上体内低压油腔相通，柱塞套装入泵上体后，应用定位螺钉定位。柱塞头部斜槽的位置不同，改变供油量的方法也不同。

出油阀和出油阀座也是一对精密偶件，配对研磨后不能互换，其配合间隙为0.01mm。出油阀是一个单向阀，在弹簧压力作用下，阀上部圆锥面与阀座严密配合，其作用是在停供时，将高压油管与柱塞上端空腔隔绝，防止高压油管内的油倒流入喷油泵内。出油阀的下部呈十字断面，既能导向，又能通过柴油。出油阀的锥面下有一个小的圆柱面，称为减压环带，其作用是在供油终了时，使高压油管内的油压迅速下降，避免喷孔处产生滴油现象。当环带落入阀座内时则使上方容积很快增大，压力迅速减小，停喷迅速。泵油过程如图5.27所示。

图5.27　柱塞泵的泵油过程

工作时，在喷油泵凸轮轴上的凸轮与柱塞弹簧的作用下，迫使柱塞作上、下往复运动，从而完成泵油任务，泵油过程可分为以下三个阶段。

①进油过程。当凸轮的凸起部分转过去后，在弹簧力的作用下，柱塞向下运动，柱塞上部空间（称为泵油室）产生真空度，当柱塞上端面把柱塞套上的进油孔打开后，充满在油泵上体油道内的柴油经油孔进入泵油室，柱塞运动到下止点，进油结束。

②供油过程。当凸轮轴转到凸轮的凸起部分顶起滚轮体时，柱塞弹簧被压缩，柱塞向上运动，燃油受压，一部分燃油经油孔流回喷油泵上体油腔。当柱塞顶面遮住套筒上进油孔的上缘时，由于柱塞和套筒的配合间隙很小（0.0015～0.0025mm）使柱塞顶部的泵油室成为一个密封油腔，柱塞继续上升，泵油室内的油压迅速升高，泵油压力大于出油阀弹簧力与高压油管剩余压力之和时，推开出油阀，高压柴油经出油阀进入高压油管，通过喷油器喷入燃烧室。

③回油过程。柱塞向上供油，当上行到柱塞上的斜槽（停供边）与套筒上的回油孔相通时，泵油室低压油路便与柱塞头部的中孔和径向孔及斜槽沟通，油压骤然下降，出油阀在弹簧力的作用下迅速关闭，停止供油。此后柱塞还要上行，当凸轮的凸起部分转过去后，在弹簧的作用下，柱塞又下行。此时便开始了下一个循环。

通过上述讨论，得出下列结论：

①柱塞往复运动总行程L是不变的，由凸轮的升程决定。

②柱塞每循环的供油量大小取决于供油行程，供油行程不受凸轮轴控制是可变的。

③供油开始时刻不随供油行程的变化而变化。

④转动柱塞可改变供油终了时刻，从而改变供油量。

（3）国产系列柱塞式喷油泵

国产系列柱塞泵主要有A，B，P，Z和Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ号等系列。系列化是根据柴油机单缸功率范围对供油量的要求不同，以柱塞行程，泵缸中心距和结构形式为基础，再分别配以不同尺寸的柱塞直径，组成若干种在一个工作循环内供油量不等的喷油泵，以满足各种柴油机的需要。

国产系列喷油泵的工作原理和结构形式基本相同，以A型泵为例介绍柱塞式喷油泵的构造和工作原理。

柱塞泵由四大部分组成：分泵、油量调节机构、传动机构和泵体。

分泵（如图5.28所示）是带有一幅柱塞偶件的泵油机构，分泵的数目与发动机的缸数相等。每个汽缸都有一个分泵，各缸的分泵结构尺寸完全一样。

图5.28　分泵

分泵的主要零件有柱塞偶件、柱塞弹簧、弹簧下座出油阀偶件、出油阀弹簧、减容器、出油阀压紧座等。

油量调节机构是根据柴油机负荷和转速的变化相应改变喷油泵的供油量。改变供油量的办法是转动柱塞，通过改变供油行程来完成的。多缸机还要注意各缸供油均匀性的调整。

A型泵采用齿杆式油量调节机构（图5.29），另外，还有一种油量调节机构——拨叉拉杆式（图5.30）。

图5.29　齿杆式油量调节机构

图5.30　拨叉拉杆式油量调节机构

传动机构由凸轮轴和滚轮体总成（图5.31，图5.32）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。

图5.31　调整垫片式滚轮体

图5.32　调整螺钉式滚轮体

喷油泵供油的迟早决定喷油器喷油的迟早，喷油提前角的调整是通过对喷油泵的供油提前角的调整而实现的。

喷油泵的结构相当复杂，但只要抓住供油压力的建立，供油量的调整和供油时刻的调节三个问题，就能掌握基本构造原理。

7.调速器

调速器的功用：调速器是根据发动机负荷变化而自动调节供油量，从而保证发动机的转速保持在很小的范围内变化。

调速器的类型有多种：按功能分有两速调速器、全速调速器、定速调速器和综合调速器；按转速传感分有气动式调速器、机械离心式调速器和复合式调速器。

（1）机械离心式调速器

机械离心式调速器是根据弹簧力和离心力相平衡进行调速的。工作中，弹簧力总是将供油拉杆向循环供油量增加的方向移动；而离心力总是将供油拉杆向循环供油量减少的方向移动。当负荷减小时，转速升高，离心力大于弹簧力，供油拉杆向循环供油量减少的方向移动，循环供油量减小，转速降低，离心力又小于弹簧力，供油拉杆又向循环供油量增加的方向移动，循环供油量增加，转速又升高，直到离心力和弹簧力平衡，供油拉杆才保持不变。这样转速基本保持在很小的范围内变化。

反之当负荷增加时，转速降低，弹簧力大于离心力，供油拉杆向循环供油量增加的方向移动，循环供油量增加，转速升高，弹簧力又小于离心力，供油拉杆又向循环供油量减小的方向移动，循环供油量减小，转速又降低，直到离心力和弹簧力平衡。

（2）两速调速器

两速调速器适用于一般条件下使用的汽车柴油机，它只能自动稳定和限制柴油机最低与最高转速，而在所有中间转速范围内则由驾驶员控制。结构如图5.33所示。

图5.33　RAD型两速调速器

1-飞块；2-支持杠杆；3-控制杠杆；4-滚轮；5-凸轮轴；6-浮动杠杆；7-调速弹簧；8-速度调定杠杆；9-供油调节齿杆；10-拉力杠杆；11-速度调整螺栓；12-启动弹簧；13-连杆；14-导动杠杆；15-怠速弹簧；16-滑套

8.喷油提前角调节装置

（1）喷油提前角

影响：喷油提前角的大小对柴油机影响极大，若其过大，将导致发动机工作粗暴；过小，最高压力和热效率下降，排气管冒白烟。

最佳喷油提前角：即在转速和供油量一定的条件下，能获得最大功率及最小燃油消耗率的喷油提前角。供油量越大，转速越高，则最佳喷油提前角越大；最佳喷油提前角还与发动机的结构有关。

（2）供油提前角自动调节器

喷油提前角由喷油泵的供油提前角保证。为使最佳喷油提前角随转速升高而增大，近年来国内外车用柴油机常用机械离心式供油提前角自动调节器，可根据转速变化自动改变喷油提前角。结构如图5.34所示。

图5.34　机械式供油提前角自动调节装置

1-驱动盘；2-飞轮；3-弹簧；4-从动盘；5-滚轮；6-销钉；7-提前器盖

调节器位于联轴节和喷油泵之间。驱动盘与联轴节相连。驱动盘前端面压装两个销钉，两个飞块即套在此销钉上。飞块另一端各压装一个销钉，每个销钉上松套着一个滚轮和内座圈。筒状从动盘的毂部用半月键与喷油泵凸轮轴相连。从动盘两臂的弧形侧面与滚轮接触，平侧面压在两个弹簧上。弹簧另一端支于松套在驱动盘销钉上的弹簧座上。

工作原理：发动机工作时，驱动盘旋转，飞块活动端向外甩开，滚轮则迫使从动盘相对驱动盘超前转过一个角度α，直到弹簧力与飞块离心力相平衡为止，驱动盘与从动盘同步旋转。转速越高，α越大，从而使喷油提前角越大。如图5.35所示。

图5.35　机械式供油提前角自动调节示意图

（3）喷油泵联轴节

结构如图5.36所示。

图5.36　喷油泵的联轴节

1-紧锁螺钉；2，4，7，9-螺钉；3-主动凸缘盘；5-主动传动钢片；6-十字形中间凸缘盘；8-从动传动钢片；10-供油提前角装置

连接喷油泵凸轮轴和驱动它的齿轮轴的联轴节兼起调整喷油提前角的作用。旋松螺钉4和7分别转动主动凸缘盘或供油提前角自动调节器，来改变初始供油提前角。

9.废气涡轮增压器

（1）功用：利用增压器提高进气压力，以增加循环进气量。

（2）组成：由空气滤清器、增压器、中冷器等组成。（如图5.37）

图5.37　废气涡轮增压器的结构

1-压气机壳；2-空气入口；3-涡轮及叶轮轴；4-固定螺母；5-压气机叶轮；6-油封；7-止推环；8-止推盘；9-卡环；10-排气进口；11-轴承壳；12-增压器浮动轴承；13-涡轮；14-排气出口；15-涡轮壳；16-机油出口；17-护板；18-中间壳；19-后板；20-V形卡环；21-空气出口；22-机油进口

（3）基本原理（如图5.38所示）

图5.38　工作原理

1-空气滤清器；2-抽气管；3-中冷器风扇；4-进气歧管；5-增压器；6-中冷器；7-排气歧管；8-发动机

废气涡轮增压系统是利用发动机排出的废气作为动力来推动涡轮增压机内的涡轮（位于排气道内），涡轮又带动同轴的压缩机（位于进气道内），压缩轮就压缩由空气滤清器送来的新鲜空气，再送入汽缸，当发动机转速加快，废气排出速度与涡轮速度也同步加快，空气压缩程度也得以加大，发动机的进气量也相应增加，发动机输出功率增加。

10.柴油机高压共轨喷油系统

柴油机对降低燃油耗、减少废气排放和降低噪声的要求越来越高。满足这些条件都需要喷油系统具有很高的喷油压力、非常灵活的控制柔性、极准确的喷油过程和计量极精确的喷油量。因此，那些机械调节式喷油系统或喷油压力较低而控制功能有限的电子控制式分配泵已无法满足这些要求。

在共轨喷油系统中，喷油压力的建立与喷油量互不相关，喷油压力不取决于柴油机的转速和喷油量。在高压燃油存储器（即“共轨”）中，始终充满着高压燃油。喷油量、喷油正时和喷油压力由电控单元（ECU）根据其中存储的特性曲线（脉谱图）和传感器采集的柴油机运转工况信息算出，然后控制每缸喷油器的高速电磁阀开闭来实现。

（1）电控共轨喷油系统的主要组件

如图5.39所示，汽车柴油机电控高压共轨喷油系统由低压供油部分和高压供油部分组成。

图5.39　共轨喷油系统

1-燃油箱；2-滤网；3-电动输油泵；4-柴油滤清器；5-低压油管；6-高压油泵；7-高压油管；8-共轨；9-喷油器；10-回油管；11-ECU

①低压供油部分

共轨喷油系统的低压供油部分包括：燃油箱（带有滤网）、输油泵、燃油滤清器及低压油管。

②高压供油部分

共轨喷油系统的高压供油部分包括：带调压阀的高压泵、高压油管、作为高压存储器的共轨（带有共轨压力传感器）、限压阀和流量限制器、喷油器、回油管。

（2）高压泵

高压泵将燃油压送到共轨的压力为135MPa，高压燃油经高压油管进入类似管状的共轨中。

工作原理：

a.柱塞下行，控制阀开启，低压燃油经控制阀流入柱塞腔。

b.柱塞上行，但控制阀中尚未通电，处于开启状态，低压燃油经控制阀流回低压腔。

c.在达到供油量定时时，控制阀通电，使之关闭，回流油路被切断，柱塞腔中的燃油被压缩，燃油经出油阀进入高压油轨。利用控制阀关闭时间的不同，控制进入高压油轨油量的多少，从而达到控制高压油轨压力的目的。

d.凸轮经过最大升程后，柱塞进入下降行程，柱塞腔内的压力降低，出油阀关闭，停止供油，这时控制阀停止供电，处于开启状态，低压燃油进入柱塞腔进入下一个循环。

图5.40　ECD-U2高压油泵

图5.41　高压油泵控制图

（3）共轨管

共轨管将供油泵提供的高压燃油分配到各喷油器中，起蓄压器的作用，ECD-U2系统的供轨管如图5.42所示。它的容积应削减高压油泵的供油压力波动和每个喷油器由喷油过程引起的压力震荡，使高压油轨中的压力波动控制在5MPa之下。但其容积又不能太大，以保证共轨有足够的压力响应速度以快速跟踪柴油机工况的变化。ECD-U2系统的高压泵的最大循环供油量为600mm³，共轨管容积为9 4000mm³。

图5.42　共轨管

高压共轨管上还安装了压力传感器、液流缓冲器（限流器）和压力限制器。压力传感器向ECU提供高压油轨的压力信号；液流缓冲器（限流器）保证在喷油器出现燃油漏泄故障时切断向喷油器的供油，并可减小共轨和高压油管中的压力波动；压力限制器保证高压油轨在出现压力异常时，迅速将高压油轨中的压力进行放泄。

（4）电控喷油器

电控喷油器是共轨式燃油系统中最关键和最复杂的部件，它的作用根据ECU发出的控制信号，通过控制电磁阀的开启和关闭，将高压油轨中的燃油以最佳的喷油定时、喷油量和喷油率喷入柴油机的燃烧室。

电控喷油器也由与传统喷油器相似的喷油嘴、控制活塞、控制量孔、控制电磁阀组成，图5.43为BOSCH的电控喷油器结构图。在电磁阀不通电时，电磁阀关闭控制活塞顶部的量孔A，高压油轨的燃油压力通过量孔Z作用在控制活塞上，将喷嘴关闭；当电磁阀通电时，量孔A被打开，控制室的压力迅速降低，控制活塞升起，喷油器开始喷油；当电磁阀关闭时，控制室的压力上升，控制活塞下行关闭喷油器完成喷油过程。控制量孔A、Z的大小对喷油嘴的开启和关闭速度及喷油过程起着决定性的影响。

图5.43　电控喷油器

由于高压共轨喷射系统的喷射压力非常高，因此其喷油嘴的喷孔截面积很小，如BOSCH公司的喷油嘴的6个喷孔直径为0.169mm，在如此小的喷孔直径和如此高的喷射压力下，燃油流动处于极端不稳定状态，油束的喷雾锥角变大，燃油雾化更好，但贯穿距离变小，因此应改变原柴油机进气的涡流强度、燃烧室结构形状以确保最佳的燃烧过程。

（5）高压油管

高压油管是连接共轨管和电控喷油器的通道，它应有足够的燃油流量，减小燃油流动时的压降，并使高压管路系统中的压力波动较小，能承受高压燃油的冲击作用，且启动时共轨中的压力能很快建立。各缸高压油管的长度应尽量相等，使柴油机每一个喷油器有相同的喷油压力，从而减少发动机各缸之间喷油量的偏差。各高压油管应尽可能短，使从共轨到喷油嘴的压力损失最小。