汽车发动机机械系统检修第八章.ppt
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1、汽车发动机机械系统检修汽车发动机机械系统检修IndustryIndustry项目八柴油发动机燃料供给系统检修柴油发动机燃料供给系统检修 Industry二、相关知识二、相关知识(一)概述(一)概述柴油机燃料供给系统按照结构和控制原理不同,可分为机械式柴油机燃料供给系统和柴油机电控燃油喷射系统。1机械式柴油机燃料供给系统机械式柴油机燃料供给系统(1)机械式柴油机燃料供给系统的作用柴油机燃料供给系统是柴油机的重要组成部分,其主要作用是不断供给发动机经过滤清的清洁燃料和空气,根据柴油机不同工况的要求,将一定量的柴油以一定压力和喷油质量定时喷入燃烧室,使其与空气迅速混合并燃烧,做功后将燃烧废气排出气缸
2、。Industry(2)机械式柴油机燃料供给系统的组成机械式柴油机燃料供给系统的基本组成如图8-1所示。燃油供给装置主要作用是完成燃料的储存、滤清和输送工作,并以一定压力和喷油质量定时、定量地将燃料喷入燃烧室。根据发动机工作时的燃油压力不同,燃油供给装置可分为高压油路和低压油路两部分。低压油路主要包括油箱、输油泵、柴油滤清器和低压油管等,高压油路主要包括喷油泵、喷油器和高压油管等。空气供给装置主要作用是供给发动机清洁的空气,包括空气滤清器和进气管等,在有些柴油发动机上,还装有进气增压装置。Industry1油箱2低压油管3柴油滤清器4输油泵5喷油泵6喷油泵回油管7高压油管8燃烧室9排气管10喷
3、油器11喷油器回油管12进气管13空气滤清器图8-1机械式柴油机燃料供给系统基本组成Industry混合气形成装置主要作用是使燃油与空气混合形成混合气,由于柴油的蒸发性较差,柴油机在压缩上止点附近,燃油供给装置将柴油直接喷入燃烧室,在燃烧室内,柴油与空气边混合边燃烧,所以柴油机的混合气形成装置就是燃烧室。废气排出装置主要作用是在做功后排出气缸内的燃烧废气,包括排气管和排气消声器等。柴油机的空气供给装置、废气排出装置与汽油机基本相同。Industry(3)机械式柴油机燃料供给系统的工作过程柴油机工作时,活塞式输油泵将柴油从油箱内吸出,并以0.150.30MPa的低压输送给柴油滤清器,清洁的柴油经
4、低压油管进入柱塞式喷油泵;柱塞式喷油泵将柴油压力提高到10MPa以上,并根据发动机负荷的大小,将一定量的高压柴油经高压油管输送给喷油器,由喷油器将柴油喷入燃烧室。输油泵的供油量远大于发动机消耗的油量,多余的柴油经喷油泵回油管流回油箱。喷油器间隙泄漏的少量柴油经喷油器回油管流回油箱。Industry2柴油机电控燃油喷射系统柴油机电控燃油喷射系统(1)柴油机电控燃油喷射系统的功能随着柴油机电控技术的发展,柴油机电控系统从最基本的燃油喷射控制,即供(喷)油量控制和供(喷)油正时控制,已扩展到包括对供(喷)油速率控制和喷油压力控制在内的多项目标控制的燃油喷射控制;并从单一的燃油喷射控制扩展到包括怠速控
5、制、进气控制、增压控制、排放控制、起动控制、巡航控制、故障自诊断、失效保护、发动机与变速器的综合控制等在内的全方位集中控制。Industry(2)柴油机电控燃油喷射系统的组成柴油机电控燃油喷射系统基本组成与其他电子控制系统一样,也是由传感器、ECU和执行元件3部分组成的。传感器。传感器(包括信号开关)用来检测柴油机与汽车的运行状态,并将检测结果转换成电信号输送给ECU。柴油机电控燃油喷射系统所用的传感器多数与汽油机电控系统相同。a.加速踏板位置传感器。加速踏板位置传感器用来检测加速踏板所处位置,ECU根据此传感器信号间接判断柴油机的负荷,作为控制柴油机喷油量和喷油正时的主控制信号。常用的加速踏
6、板位置传感器有电位计式和差动电感式。电位计式加速踏板位置传感器如图8-2所示,其结构和工作原理与汽油机电控系统中的节气门位置传感器基本相同。差动电感式加速踏板位置传感器如图8-3所示。Industry图8-2电位计式加速踏板位置传感器Industry1加速踏板2推杆3加速踏板位置传感器4线束连接器5线圈6铁心图8-3差动电感式加速踏板位置传感器Industryb.反馈信号传感器。柴油机电控燃油喷射系统一般对供(喷)油量和供(喷)油正时采用闭环控制,反馈信号传感器就是指闭环控制系统中用来检测控制系统执行元件实际位置的传感器。在柴油机电控燃油喷射系统中主要包括负荷传感器(如供油齿条位置传感器、滑套
7、位置传感器、喷油压力传感器等)和正时传感器(如分配泵正时活塞位置传感器、着火正时传感器等)两大类。在不同柴油机电控燃油喷射系统中,由于控制供(喷)油量和供(喷)油正时的执行元件不同,负荷传感器和正时传感器的名称、数量和类型也不同,传感器通常采用电位计式、差动电感式或电磁感应式,其结构原理与用于其他用途的同类传感器基本相同。在有些柴油机电控燃油喷射系统中,装用光电式着火正时传感器来检测气缸内混合气燃烧的开始时刻,光电式着火正时传感器的结构如图8-4所示。当气缸内的混合气燃烧时,传感器内的光敏晶体管产生电压信号输出,ECU根据此信号判断实际着火开始时刻,并对喷油正时进行修正。Industry1壳体
8、2石英晶体棒3光敏晶体管4线束连接器图8-4光电式着火正时传感器Industryc.燃油温度传感器。柴油的温度直接影响其黏度,燃油温度传感器用来检测柴油的温度变化,ECU根据此传感器信号对喷油量进行修正。一般采用热敏电阻式,其结构原理与进气温度传感器基本相同。d.其他传感器和信号开关。发动机转速传感器(或凸轮轴/曲轴位置传感器)、车速传感器、冷却液温度传感器、制动开关、空调开关、E/G开关(点火开关)等的作用、结构和工作原理与汽油机电控系统基本相同。Industry柴油机电控单元(ECU)。柴油机ECU的作用是根据各传感器输入信号和内存程序,计算出供(喷)油量和供(喷)油开始时刻,并向执行元件
9、发出指令信号。柴油机ECU的结构与汽油机电控燃油喷射系统基本相同,主要是控制程序(即软件)有较大差别。执行元件。执行元件主要是执行ECU的指令,调节柴油机的供(喷)油量和供(喷)油正时。不同柴油机电控燃油喷射系统的执行元件有很大差异。常用的执行元件有电子调速器、正时控制电磁阀、供油齿条控制电磁阀、滑套控制电磁阀、分配泵或喷油器回油控制电磁阀等。Industry3柴油机燃料供给系统的供(喷)油量控制柴油机燃料供给系统的供(喷)油量控制(1)位置控制方式柴油机供(喷)油量的控制方法随供给系统的类型而异。传统的机械式柴油机供给系统中,都是由驾驶员或调速器通过改变喷油泵供油量调节机构的位置来调节供油量
10、,这种位置控制方式的控制精度、供油特性、响应性等比较差。早期的第一代柴油机电控系统,就是保留了传统柴油机供给系统对供油量的“位置控制”方式,不同的是用电子调速器代替了传统的机械离心式(或气动膜片式、复合式)调速器,对喷油泵供油量调节机构进行“位置控制”,即用发动机转速传感器和加速踏板位置传感器(也称负荷传感器)代替了原有的转速和负荷传感机构(如离心飞块、真空室等),用ECU控制的电子执行元件代替机械离心式(或气动膜片式、液压式)调速执行机构和加速踏板传动机构。第一代柴油机电控燃油喷射系统主要以电控直列柱塞泵或电控转子分配泵为特征。Industry(2)时间控制方式转子分配泵的供油量控制。早期的
11、供油量“时间控制”主要用于转子分配泵上。转子分配泵通常是利用一个油量控制滑套的位置变化来控制高压腔与低压腔之间回油通道相通时间的变化,即在机械控制的供油压力和供油开始时刻一定时,通过滑套的位置变化来改变停止供油(即回油)的时刻,从而实现供油量控制。因此,只要在回油(或称溢油)通道中安装一个由ECU控制的高速电磁阀来取代滑套控制回油通道的开闭,也就实现了供油量的“时间控制”。IndustryPT喷油器的供油量控制。后期的喷油量“时间控制”已应用在柴油机PT燃油系统中。取消了原PT燃油系统中结构复杂的调速器和喷油器中的计量装置,使燃油供给系统大为简化。PT喷油器的喷油量“时间控制”装置是在喷油器的
12、回油通道中安装一个高速电磁阀,电磁阀为常开式。由低压输油泵经进油道向喷油器供油,电磁阀不通电保持开启时,即使凸轮驱动喷油器内的柱塞泵油,也不能建立足够的压力使喷油器喷油。只有当高速电磁阀接受ECU的指令通电时,电磁阀关闭喷油器回油道,随着柱塞泵油行程的进行,使喷油器内油压迅速升高,喷油器喷油开始,直至高速电磁阀再次断电打开回油通道时喷油结束。高速电磁阀关闭的时刻即是喷油开始时刻,高速电磁阀关闭的持续时间决定了喷油量。Industry(3)时间压力控制方式第二代柴油机电控燃油喷射系统包括电控共轨式燃油喷射系统、电控单体泵燃油喷射系统和电控PT喷油器燃油喷射系统,其中最典型的是电控共轨式燃油喷射系
13、统。在高压共轨式燃油喷射系统中,各缸喷油器共用一个高压油轨(即高压油管),使系统元件减少,安装布置更方便。在电控共轨式喷油系统中,对喷油量的控制采用“时间压力控制”或“压力控制”,用得最多的是“时间压力控制”方式。(4)压力控制方式在后期开发的柴油机电控共轨式燃油喷射系统中,为降低对供油压力的要求,喷油器喷油量的控制采用控制喷油压力的方法实现,即喷油量的“压力控制”方式。Industry4柴油机供(喷)油正时控制柴油机供(喷)油正时控制传统柴油机燃料供给系统中,都是采用机械离心式或液压式供油提前角自动调节器来控制喷油泵的供油正时,间接实现对喷油器喷油正时的调节。而在柴油机电控燃油喷射系统中,一
14、般都是由ECU根据柴油机转速、负荷等传感器信号对供(喷)油正时进行控制。(1)直列柱塞泵供油正对电控系统直列柱塞泵供油正时电控系统的柴油机主要由正时控制器、电磁阀、柴油机转速传感器、正时传感器和ECU等组成。两个电磁阀分别安装在正时控制器进、回油路中,控制正时控制器工作的液压油来自柴油机润滑系统。正时控制器安装在喷油泵驱动轴与凸轮轴之间,受液压控制的正时控制器可使喷油泵凸轮轴相对驱动轴在一定范围内转动。柴油机转速传感器安装在喷油泵驱动轴上,ECU主要根据柴油机转速和负荷传感器信号确定基本供油提前角,再根据冷却液温度等传感器信号进行修正,并通过两个电磁阀控制正时控制器工作,来实现对喷油泵供油正时
15、的控制。Industry(2)转子分配泵供油正时电控系统在第一代柴油机电控燃油喷射系统中,转子分配泵供油正时的控制通常是在原供油提前角自动调节器活塞两侧油腔之间增加一条液压通道,并由ECU通过电磁阀控制该液压通道来实现。ECU主要根据柴油机转速和负荷传感器信号确定基本供油提前角,再根据冷却液温度等传感器信号进行修正,并通过电磁阀控制正时活塞左右两侧油腔内的燃油压力差,以改变正时活塞的位置;正时活塞左右移动时,通过传动销带动转子分配泵内的滚轮架转动,从而改变喷油泵的供油正时。Industry(二)具体零部件介绍(二)具体零部件介绍1喷油泵喷油泵喷油泵又称高压油泵,其作用是接受输油泵输送来的低压柴
16、油,对柴油进行加压后,按柴油机不同工况的要求,定时、定量地将高压柴油输送给喷油器。柱塞式喷油泵是利用多个柱塞式分泵向发动机各气缸的喷油器提供高压油,其发展和应用的历史较长,工作可靠,在国产柴油机上应用较为普遍。柱塞泵燃油供给装置一般配用活塞式输油泵。柱塞式喷油泵主要由柱塞分泵、油量调节机构、分泵驱动机构、泵体4部分组成。(1)柱塞分泵柱塞式喷油泵由与发动机气缸数相同的多个柱塞分泵组成,柱塞分泵的基本构造如图8-5所示。柱塞分泵主要由柱塞偶件和出油阀偶件组成。Industry1出油阀压紧座2出油阀弹簧3出油阀4出油阀座5压紧垫片6柱塞套筒7柱塞8柱塞弹簧9弹簧座10滚轮体11凸轮12滚轮13调节
17、臂14供油拉杆15调节叉16夹紧螺钉17垫片18定位螺钉图8-5柱塞分泵Industry柱塞分泵泵油原理如图8-6所示,可分为吸油、压油和回油3个过程。柱塞分泵每次泵出的油量取决于柱塞的有效行程,即从出油阀开启到柱塞上的斜槽与柱塞套筒上的油孔接通时柱塞向上移动的距离。使柱塞在柱塞套筒内转动,即可改变斜槽与柱塞套筒上油孔的相对位置,从而改变柱塞的有效行程。柱塞式喷油泵就是以此方法来实现发动机负荷调节的。出油阀偶件的构造如图8-7所示。出油阀的圆锥面为密封面,通过出油阀弹簧将其压紧在阀座上。出油阀尾部与阀座间隙配合,为出油阀运动起导向作用。出油阀的尾部开有切槽,形成十字形横截面,以便喷油泵供油时使
18、泵腔内的柴油流出。Industry图8-6柱塞分泵泵油原理1出油阀座2出油阀3减压环带4切槽 图8-7出油阀偶件Industry出油阀中部的圆柱部分称为减压环带。减压环带具有防止喷油器喷前滴油、保持高压油管内有一定残余压力和使喷油器停油干脆等3方面的作用。(2)油量调节机构油量调节机构的作用是执行驾驶员或调速器的指令,改变柱塞与柱塞套筒的相对位置,从而改变喷油泵的供油量,以适应发动机不同工况的要求。柱塞式喷油泵常用的油量调节机构主要有拨叉式和齿条式两种。此外,在国产P型喷油泵上还采用了球销角板式油量调节机构。拨叉式油量调节机构如图8-8所示。齿条式油量调节机构如图8-9所示。球销角板式油量调节
19、机构与齿条式类似,不同的是齿条式油量调节机构采用齿条齿圈传动机构,而球销角板式油量调节机构采用角板钢球传动机构。在传动套筒上端焊接有12个钢球,供油调节杆为横截面呈角钢状的角板,角板上加工有切槽与传动套筒上的钢球啮合,实现喷油泵供油量的调节。Industry1供油拉杆2拨叉3调节臂4柱塞1供油齿条2柱塞套筒3齿圈5供油拉杆衬套6拨叉固定螺钉4齿圈固定螺钉5分泵柱塞6传动套筒图8-8拨叉式油量调节机构图8-9齿条式油量调节机构Industry(3)分泵驱动机构分泵驱动机构的作用是驱动柱塞在柱塞套筒内往复运动,使喷油泵完成供油过程。分泵驱动机构主要包括喷油泵体、凸轮轴和滚轮体等。凸轮轴通过两个轴承
20、支撑在喷油泵体内,其结构原理与配气机构所用的凸轮轴相似,如图8-10所示。凸轮轴上加工有驱动分泵的凸轮和驱动输油泵的偏心轮。改变前端盖与泵体之间的密封垫1的厚度,或改变轴承与轴肩之间的调整垫片7的厚度,可调整凸轮轴的轴向间隙。Industry1密封垫2圆锥滚子轴承3连接锥面4油封5前端盖6泵体7调整垫片8、9、10、11凸轮12输油泵偏心轮图8-10喷油泵凸轮轴Industry柱塞式喷油泵上装用的滚轮体主要有调整垫块式和调整螺钉式两种类型,分别如图8-11和图8-12所示。此外,滚轮体还可用来调整分泵供油提前角。Industry1调整垫块2滚轮3波轮衬套1滚轮轴2滚轮3滚轮架4滚轮轴5滚轮架4
21、锁紧螺母5调整螺钉图8-11调整垫块式滚轮体图8-12调整螺钉式滚轮体Industry(4)泵体泵体是喷油泵的基体,有分体式和整体式两种。分体式泵体分上、下两部分,用螺栓连接在一起,上体用来安装分泵,下体用来安装油量调节机构和驱动机构。整体式泵体具有较高的刚度,但拆装不便。喷油泵和调速器的润滑有两种形式,一种是独立润滑,即在喷油泵和调速器内单独加注润滑油;另一种是压力润滑,即利用发动机润滑系统中的压力油进行润滑。Industry2喷油器喷油器(1)柴油机喷油器的作用与类型柴油机喷油器的作用:将燃油雾化并合理分布到燃烧室内,以便与空气混合形成混合气。根据柴油机混合气形成与燃烧的要求,喷油器应有一
22、定的喷射压力和射程(即喷射距离)以及合适的喷射锥角。此外喷油器停止供油时应干脆,不应有滴漏现象。目前,车用柴油机上装用的喷油器均为“闭式”喷油器,即喷油器在不喷油时,喷孔被针阀关闭,将燃烧室与喷油器的油腔彻底分隔开。常用的闭式喷油器又可分为孔式和轴针式两种结构类型,如图8-13所示。Industry(a)孔式喷油器(b)轴针式喷油器1针阀2针阀体3高压油腔4压力室图8-13喷油器的类型Industry孔式喷油器的针阀下端不伸出针阀体,喷油孔是直径为0.20.8mm的圆孔,喷油孔有18个不等。轴针式喷油器的针阀下端较长,延伸出一伸入针阀体下端孔的轴针,轴针与针阀体下端的孔形成环状狭缝,喷油器喷油
23、时,柴油从环状狭缝中呈空心圆柱状(轴针为圆柱形)或空心圆锥状(轴针为倒锥形)喷入燃烧室。Industry(2)喷油器的构造孔式喷油器与轴针式喷油器除针阀和针阀体结构略有不同外,其他结构及工作原理完全相同。如图8-14所示,喷油器主要由针阀11、针阀体12、顶杆8、调压弹簧7、调压螺钉5及喷油器体9等零部件组成。针阀与针阀体是喷油器的精密偶件,针阀上部的圆柱表面和针阀体相对应的内圆柱面配合精度很高,其配合间隙只有0.00100.0025mm。配合间隙过大,会因漏油而导致油压下降,直接影响喷雾质量;但间隙过小,会导致针阀不能在针阀体中正常运动。Industry1回油管螺栓2回油管衬垫3调压螺钉护帽
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