第5章

柴油机燃油供给系统

5.1 概述

柴油机与汽油机不同。它烧的是柴油，柴油黏度大，不易挥发，一般不能通过化油器在汽缸外部形成均匀的混合气，故采用高压喷射的方法，在接近压缩行程上止点时，柴油以高压喷入汽缸，直接在汽缸内部形成混合气，并借助汽缸内空气的高温自行发火燃烧，对外做功。因此，柴油机供给系统的组成、构造及工作原理与汽油机供给系统有较大区别。

5.1.1 柴油机燃油供给系统的功用和要求

柴油机燃油供给系统的功用是完成燃料的储存、滤清和输送工作，按柴油机各种不同工况的要求，定时、定量、定压地将雾化质量良好的柴油，以一定喷油规律喷入燃烧室使其与空气迅速而良好地混合和燃烧，做功后将燃烧废气排出汽缸。

由于柴油的蒸发性和流动性较汽油差，而且柴油机的混合气形成时间较汽油机短促得多，使得柴油难以在燃烧前雾化并与空气均匀混合，即柴油机的可燃混合气的品质较汽油机的差。因此，柴油机不得不采用较大的过量空气系数，使喷入汽缸的柴油能够燃烧得比较完全。

为改善混合气形成的条件，不致出现太长的着火准备期，保证柴油机工作柔和，除了选用十六烷值较高的柴油，采用较高的压缩比（15～20），以提高汽缸内的空气温度，促进柴油蒸发外，还对柴油机供给系统提出如下要求：

① 喷油压力必须足够高，一般在10MPa以上，以利于柴油雾化。

② 在燃烧室内组织强烈的空气运动，促进柴油与空气的均匀混合。

为使发动机能可靠地工作，柴油机供给系还应保证：

① 在一个工作循环内，各缸均喷油一次，其次序与选定的发动机发火次序相符。

② 能随发动机负荷的不同而相应改变供油量，且各缸的供油量是一致的。

③ 各缸有相同的喷油提前角，并且在一定程度上可以根据发动机工况进行统一调节。

5.1.2 柴油

柴油是在533～623K的温度范围内从石油中提炼出的碳氢化合物，含碳87%、氢12.6%和氧0.4%。柴油按凝点分为10、0、-10、-20、-35五个牌号，其疑点分别不高于10℃、0℃、-10℃、-20℃、-35℃，牌号越高凝点越低。其代号分别为RCZ-10、RC-0、RC-10、RC-20、RC-35。“R”和“C”是“燃”和“柴”字的汉语拼音字头，凝点在0℃以上的则在“-”前加上“Z”字，选用时，号数应比实际气温低5～10℃。

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，十六辛烷值越高，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。同一相对蒸发量的柴油馏出温度越低，表明柴油蒸发性越好，越有利于可燃混合气的形成和燃烧。

黏度决定燃油的流动性，黏度越小，则流动性越好。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。

汽车应选用十六辛烷值高、蒸发性好、凝点和黏度适合、不含水分和杂质的柴油。

5.1.3 柴油机可燃混合气的形成

1.柴油机可燃混合气的形成与燃烧特点

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。当活塞接近压缩行程上止点时，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，混合空间小、时间短，给柴油与空气的良好混合和完全燃烧带来很大困难；

② 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，混合气形成过程很复杂，成分不断变化；

③ 柴油机由于难以实现喷入汽缸的柴油与空气的完全均匀混合，因此要求空气对燃料的比例一般比汽油机大。过量空气系数（α）通常在标准工况下都大于1，一般在1.15～2.20范围内。

2.可燃混合气的形成与燃烧过程

（1）柴油机可燃混合气的形成方式

柴油机混合气形成方式从原理上来分，有空间雾化混合和油膜蒸发混合两种。

① 空间雾化混合。

空间雾化混合是将燃油喷向燃烧室空间，形成雾状，雾状油滴从高温空气中吸热蒸发并扩散，与空气形成混合气。为了使混合均匀，要求喷出一个或数个油束与燃烧室形状配合，并利用燃烧室中空气的运动与其混合，见图5-1（a）。

② 油膜蒸发混合

油膜蒸发混合是将大部分燃油喷到燃烧室壁面上，形成一层油膜，油膜受热汽化蒸发，在燃烧室中强烈的涡流作用下，燃油蒸气与空气形成均匀的可燃混合气，见图5-1（b）。这一混合方式中起主要作用的因素是燃烧室壁面温度、空气相对运动速度和油膜厚度。

（2）柴油机可燃混合气的形成和燃烧过程

柴油机燃烧过程非常复杂，为了便于分析和揭示燃烧过程的规律，通常将这一连续的燃烧过程分为四个阶段，即着火延迟期（又称为滞燃期）、速燃期、缓燃期和补燃期，汽缸压力与曲轴转角的关系见图5-2。

① 着火延迟期（AB段）

从柴油开始喷入汽缸起到着火开始为止的这一段时期称为着火延迟期。

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；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，形成了火焰中心，为燃烧做好了准备。

② 速燃期（BC段）

从开始着火（即压力偏离压缩线）到出现最高压力的这一段时期称为速燃期。

火焰中心已经形成，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止点、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（CD段）

从出现最高压力至温度达到最高点的这一段时期称为缓燃期。

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 补燃期（DE段）

从最高温度点起到燃油基本烧完时为止称为补燃期。

补燃期的终点很难准确地确定，一般当放热量达到循环总放热量的95%～99%时，可认为补燃期结束。补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，要尽可能地缩短补燃期。