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發動機噴油器的分類、作用與結構組成 |
柴油機的供油系統主要由噴油泵、噴油器、連接噴油泵與噴油器的高壓油管及濾器等連接附件組成。供油系統的最主要功用是保證柴油機具有良好的燃燒過程，保證柴油機的動力輸出和可靠性。供油設備中有三大精密偶件，它們的情況直接影響柴油機的燃燒情況。由于燃油品質的影響這三對精密偶件也容易受到損壞、影響燃燒情況，現代柴油機大多使用回油孔或回油閥式噴油泵和閉式噴油器。
一、燃油供給系統的分類
燃油供給系統在柴油機的發展過程中經歷了很長時間的演變，現在出現了各種不同類型。現代的柴油機主要采用機械噴射系統，其中以噴油器與噴油泵用高壓油管連接的供油系統應該最為廣泛。另外，也有一些噴油泵與噴油嘴一體的供油系統，近年來出現了一些新型的供油系統，如高壓燃油共軌噴射系統。
二、供油系統的基本組成
柴油機的燃油供給系統一般由燃油儲存箱、低壓輸油泵、燃油濾清器、高壓噴油泵、噴油器以及中間連接的低壓高壓油管等部件組成。
供應系統流程圖
三、供油系統的基本作用和要求
燃油系統的作用是將一定數量的潔凈燃油，以足夠的壓力，嚴格按照噴油定時，在規定的時間內以良好的霧化狀態噴入氣缸，與燃燒室內的壓縮空氣相互混合形成均勻的混合氣體，保證氣缸內燃燒的進行，以實現柴油機在功率、扭矩、轉速、油耗、噪聲、排污以及啟動和怠速等方面的要求。
供油系統基本要求應達到以下基本要求∶
（1）良好的霧化狀態
（2）正確的噴油定時；
（3）供油量可以調節。
（4）噴油規律同混合氣形成與燃燒過程配合良好；
（5）供油設備工作可靠、使用壽命長、結構簡單、緊湊、零件工藝性好、維修保養容易。
四、噴油器的作用和分類
1、噴油器的作用
噴油器的作用是將來自噴油泵的高壓燃油霧化并均地按一定方向的噴射到燃燒室，以便和空氣混合形成最有利于燃燒的可燃混合氣。
2、噴油器的分類
噴油器按結構形式分為開式噴油器和閉式噴油器兩種。
（1）開式噴油器。
開式噴油器結構簡單，沒有針閥等閉鎖機構，其蓄壓室通過噴孔直接與燃燒室相通。當噴油泵供油時，泵油壓力只要高于氣缸內介質壓力并克服噴孔節流阻力，燃油在壓力差的作用下，將燃油噴入氣缸。開式噴油器沒有針閥等運動部件，結構簡單；缺點是在低速、小負荷工況時，燃油霧化不良，燃油與空氣混合質量不高，噴油終止時，又滴漏油現象，容易造成積碳、噴孔堵塞等問題，影響工作的可靠性，所以現代柴油機很少使用。
（2）閉式噴油器。
所謂閉式，就是在噴油器上安裝針閥，針閥被噴油器彈簧預緊壓在閥座上，形成噴油器閉鎖機構，它將高壓油路系統與燃燒室分開。這種閉式噴油器的優點是，噴油開啟壓力可以通過調整針閥彈簧預緊力、噴油壓力大小和作用時間，可保證噴油的持續時間；噴油開始和結束迅速準確；燃油被切斷后，無后滴現象。由于閉式噴油器這些優點，所以得到廣泛應用。
五、單體泵
單體泵是指每個氣缸各設一個噴油泵。
1、單體泵的結構（如圖1所示）
圖1 柱塞式噴油器結構圖
2、柱塞與柱塞套筒偶件
柱塞與柱塞套筒是噴油器中的一對基本精密偶件，如圖4所示。柱塞與柱塞套筒間的精密配合才得以實現對燃油的增壓。一般柱塞塞偶件用優質合金鋼制造，并進行熱處理、精加工和配對研磨，使其配合間隙在0.0015～0.0025mm范圍內。
柱塞為光滑的圓柱體，在上部有銑好的螺旋槽，利用直切槽或中心孔使槽和柱塞上端的泵油室相通。柱塞下部有彈簧座和十字凸塊，以便于柱塞能夠上下往復運動，調節供油量。
柱塞套筒為光滑的圓柱形長孔，上部開有進油和回油的小孔，與噴油泵殼體上的低壓進油室相通。柱塞套筒安裝在噴油泵殼體座孔內，并用定位螺釘固定，一防止柱塞套筒轉動，如圖2所示。
圖2 柱塞與柱塞套筒
如圖3所示，柱塞的進油、壓油、回油過程，柱塞在凸輪軸和柱塞彈簧的交替作作用下，做往復的上下運動，也就是在上行和下行的過程中不停地進油，壓油和回油。
圖3 柱塞的泵油過程圖
（1）進油過程：
柱塞在下行過程中，當柱塞的上端下行至進油孔時，在大氣壓及輸油泵的作用下，進入柱塞套筒上部，直至下行過程完畢。
（2）壓油過程：
柱塞上行時，當柱塞上端將進油孔關閉使，燃油壓力升高，推開出油閥，將高壓燃油壓入高壓油管，直至斜槽上行到進油孔時完畢。
（3）回油過程：
當柱塞上斜槽上行到進油孔下邊緣時，高壓油通過柱塞上的直曹回流到低壓油室，由于油壓的瞬間降低，出油閥在彈簧的作用下回位，油泵停止供應。此時柱塞繼續上升，直至上升至最高點為止，都是回油過程。
柱塞由最低點移動到最高點所經過的距離稱作柱塞行程，也就是噴油泵凸輪的最大升程。由上述泵油過程可知，噴油泵并不是在整個柱塞行程內都供油，只是在柱塞頂面封閉柱塞套進油孔到柱塞斜槽打開柱塞套進油孔這段柱塞行程內供油。稱這段柱塞行程為柱塞有效行程。顯然，柱塞有效行程越大，供油的持續時間越長，噴油泵每一次的泵油量即循環供油量便越多。欲改變柱塞有效行程，只需轉動柱塞，如圖5所示柱塞要增大有效行程，將柱塞逆時針轉動一定角度。
3、供油量的調節機構
供油量調節機構（如圖4所示）的作用是執行調速器的指令，以適應柴油機轉速負荷的變化，并且用來調節柴油機各個氣缸的均勻性。如圖所示，噴油泵的油量調節機構，有調節齒套和調節齒條組成，調節齒套在柱塞套筒的下部，齒套下部的卡槽與柱塞下部的凸耳鑲嵌，齒套上部的齒圈與調節齒條相嚙合，從而通過拉動調節齒套從而調節供油量。
圖4 油量調節機構
（1）供油定時的調節
供油定時是指噴油泵對柴油機供油的正確時刻，而供油時刻用供油提前角表示。供油提前角是指柱塞上行關閉回油孔開始供油時，該缸曲柄距離上止點的曲軸角度。這個角度的大小主要取決于凸輪在凸輪軸上圓周方向的安裝位置、傳動齒輪的安裝位置，泵座墊片的厚度以及調節螺釘的的旋出高度等，當然還受各個相對運動部件之間的相互磨損的影響。
由于凸輪在凸輪軸上圓周方向的安裝位置、傳動齒輪的安裝位置的誤差以及各個相對運動件間的磨損，噴油泵的供油提前角需要進行微調，以保證多缸噴油泵各缸供油提前角或供油間隔角相同。調節時，旋出調整螺釘，柱塞位置升高，柱塞套油孔提前被封閉，供油提前，即供油提前角增大。擰入調整螺釘，則使供油遲后，供油提前角減小。對各缸的供油定時調整螺釘逐個調節之后，可以使各缸供油提前角或供油間隔角達到一致。但是也要注意，調節螺釘只能用來微調，若供油提前角過大，柱塞上行時會撞擊到出油閥座造成損壞。
（2）單體泵的三種油量調節方式
當柴油機的工況發生改變時，噴油泵的供油量應隨之改變，供油量的改變時通過改變柱塞的有效行程來實現，柱塞的有效行程由供油的始點和終點共同決定，因此通過改變供油始點或終點來改變供油量，因而可將油量調節的方式分為三種，即終點調節式、始點調節式和始終點調節式。
● 終點調節式
終點調節式噴油泵柱塞的頭部為平頂，斜槽在下面，如圖5所示，通過轉動柱塞改變供油終點，不改變供油的始點來改變供油量。在終點調節式噴油泵中，供油量越大，供油持續時間越長，供油終點越滯后。這種調節方式主要適用于轉速恒定的發電柴油機。
圖5 終點調節式
● 始點調節式
始點調節式噴油泵柱塞與終點調節式相反，它的斜槽在柱塞上面，如圖6（左圖）所示，通過改變供油提前角改變供油始點，不改變供油終點來改變供油量。在始點調節式噴油泵中，供油量越大，供油始點越提前，供油提前角越大。這種調節方式主要適用于轉速經常改變的船舶主機。
始點-始終點調節式柱塞
● 始終點調節式
始終點調節式噴油泵的柱塞頭部上下各有一個斜槽，如圖6（右圖）所示，供油的始點和終點都隨供油量的改變而改變，供油量減小時，供油始點延后，終點提前，反之相反。
4、組合式噴油泵
組合式噴油泵是將各個氣缸的單體泵集中安裝到一個泵體內，供噴油用的凸輪也集中安裝到一根凸輪軸上，里面的各個分泵通過高壓油管連接到各個氣缸的噴油器上，其結構和工作原理與單體泵基本相同。組合式噴油泵多用于小型多缸高速柴油機。組合式噴油泵的供油提前角由嚙合齒輪的相對位置和可調聯軸器來確定，若各個氣缸的供油定時不符合規定，則可以用適當厚度的墊片來調節。
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