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柴油發電機噴油器的控制原理 |
摘要：燃油供給與調速系統的功用是根據柴油發電機的工作要求，在一定的轉速范圍內，將一定數量的柴油，在一定的時間內，以一定的壓力將霧化質量良好的柴油按一定的噴油規律噴入氣缸，并使其與壓縮空氣迅速而良好地混合和燃燒。它的工作情況對柴油發電機的功率和經濟性有重要影響。其中燃油泵和噴油器是燃燒系統中的主要組成部分，其工作原理對于柴油機的正常運行至關重要。本文將詳細介紹柴油機噴油器及燃油泵的工作原理。
一、燃油系統工作原理
柴油發電機應用最為廣泛的是直列柱塞式噴油泵，燃油供給與調速系統的組成如圖1所示。
1、燃油系統工作原理
直列柱塞式噴油泵一般由柴油發電機曲軸的正時齒輪驅動。固定在噴油泵體上的活塞式輸油泵由噴油泵的凸輪軸驅動。當柴油發電機工作時，輸油泵從柴油箱吸出柴油，經油水分離器除去柴油中的水分，再經柴油濾清器濾除柴油中的雜質，然后送入噴油泵，在噴油泵內柴油經過增壓和計量之后，經高壓油管輸往噴油器，最后通過噴油器將柴油噴入燃燒室。噴油泵前端裝有噴油提前器，后端與調速器組成一體。輸油泵供給的多余柴油及噴油器頂部的回油均經回油管返回柴油箱。在有些小型柴油發電機上，往往不裝輸油泵，而依靠重力供油（柴油箱的位置比噴油泵的位置高）。
2、柱塞噴油泵的工作原理
當柱塞向上運動時，配油泵將燃油吸入柱塞內，當柱塞向下運動時，燃油被壓縮，同時噴油嘴打開，將燃油噴入發動機燃燒室。柱塞的運動速度和行程由調速器控制，可以根據發動機的負荷和轉速進行調整，以保證燃油的噴射量和噴射時間的準確性。
3、噴油器工作原理
噴油嘴位于氣缸頂部，與氣缸的燃燒室相連。當噴油泵將高壓燃油送至噴油嘴時，噴油嘴會打開噴孔，燃油經噴孔噴射到氣缸中。噴油嘴的結構設計非常關鍵，它需要能夠將燃油霧化成細小的顆粒，并將其均勻地噴射到氣缸中。噴油嘴的噴孔形狀和大小、噴油角度等參數的設計都會影響到噴油效果和燃燒效率。總結起來，柴油機噴油器的工作原理主要包括噴油泵的高壓輸出、噴油嘴的噴射和噴油控制裝置的調節。這三個部件相互協作，確保燃油以合適的壓力和時間噴射到氣缸中，從而實現柴油機的正常燃燒過程。只有噴油器工作正常，才能保證柴油機的高效、穩定運行。
柴油機噴油器的工作原理是現代柴油機技術中的重要組成部分，它的性能和穩定性直接影響著柴油機的工作效率和排放性能。隨著科學技術的發展，噴油器的結構和控制方式也在不斷改進，以適應更高效、更清潔的柴油機需求。通過不斷優化噴油器的工作原理和結構設計，可以實現柴油機燃燒過程的更加精確控制，提高柴油機的燃燒效率和經濟性，同時也減少了對環境的污染。
4、噴油控制原理
噴油控制裝置通過控制噴油泵的運動，來調節噴油量和噴油時間，如圖2所示。噴油控制裝置通常由噴油泵上的凸輪或凸輪軸驅動，通過機械或電子控制方式來實現。噴油控制裝置可以根據發動機的工作狀態，如轉速、負荷等參數，來調整噴油量的大小和噴油時間的長短，從而實現最佳的燃燒效果和燃油經濟性。
（1）油路供給
噴油器通過燃油系統從燃油箱或燃油泵中獲取燃油。燃油經過濾和調壓處理后，被送入噴油器的油路中。
（2）噴油霧化
噴油器通過噴油嘴將燃油以高速噴出，并通過特殊的設計和形狀使燃油在空氣中形成細小的霧狀顆粒，即燃油的霧化過程。這樣可以增加燃油與空氣的接觸面積，提高燃燒效率。
柱塞噴油泵是一種高效、精確、可靠的噴油裝置，它的原理是利用柱塞在泵體內的上下運動，將燃油壓縮后噴出，可以滿足不同負荷和轉速的發動機的需求，是現代發動機中不可或缺的重要部件。
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圖1 柱塞式噴油泵柴油機燃油供給與調速系統 |
圖2 噴油器控制原理 |
二、噴油器的類型
柴油發電機的燃料是在壓縮過程接近終了時噴入氣缸內的。噴油器的作用是將燃料霧化成細粒，并使它們適當地分布在燃燒室中，形成良好的可燃混合氣。因此，對噴油器的基本要求是有一定的噴射壓力、一定的射程、一定的噴霧錐角，噴霧良好，在噴油終了時能迅速停油，不發生滴油現象。目前，中小功率柴油發電機常采用閉式噴油器。閉式噴油器在不噴油時，噴孔被一個受強力彈簧壓緊的針閥所關閉，將燃燒室與高壓油腔隔開。在燃油噴入燃燒室前，一定要克服彈簧的彈力，才能把針閥打開。也就是說，燃油要有一定的壓力才能開始噴射。這樣才能保證燃油的霧化質量，能夠迅速切斷燃油的供給，不發生燃油滴漏現象。這對于低速小負荷運轉時尤為重要。其主要類型有孔式和軸針式兩種。
1、孔式噴油器
孔式噴油器主要用于直接噴射式柴油發電機中。由于噴孔數可有幾個且孔徑小，因此，它能噴出幾個錐角不大、射程較遠的噴注。一般噴油孔的數目為2～8個，噴孔直徑為0.15～0.50mm。噴孔數目與方向取決于各種燃燒室對于霧化質量的要求與噴油器在燃燒室內的布置。例如6缸機G型柴油發電機的燃燒室是ω形，混合氣的形成主要是將燃油直接噴射在燃燒室空間而實現的，故采用4孔閉式噴油器。噴孔直徑為0.35mm，噴射角為150°，針閥開啟壓力為17.5MPa，噴注形狀與ω形燃燒室相適應。
孔式噴油器的結構如圖3左圖所示。主要由針閥、針閥體、挺桿、調壓彈簧、調整螺釘和噴油器體等零件組成。
噴油器的主要零件是用優質合金鋼制成的針閥和針閥體，兩者合稱為針閥偶件（又稱噴油嘴偶件）。針閥上部的圓柱表面與針閥體相應的內圓柱表面作高精度的滑動配合，配合間隙約為0.001～0.0025mm。此間隙必須在規定的范圍內。若間隙過大，則可能產生漏油而使油壓下降，影響噴霧質量；若間隙過小，則針閥不能自由滑動。針閥中下部的錐面全部露出在針閥體的環形油腔中，其作用是承受由油壓造成的軸向推力而使針閥上升，所以此錐面稱為承壓錐面。針閥下端的錐面與針閥體上相應的內錐面配合，以實現噴油器內腔的密封，稱為密封錐面。針閥上部的圓柱面及下端的錐面同針閥體上相應的配合面是經過精磨后再相互研磨而保證其配合精度的。因此，選配和研磨好的一副針閥偶件是不能互換的。
裝在噴油器體上部的調壓彈簧通過挺桿使針閥緊壓在針閥體的密封錐面上，使其噴孔關閉。只有當油壓上升到足以克服調壓彈簧的彈力時，針閥才能升起而開始噴油。噴射開始時的噴油壓力取決于調壓彈簧的彈力，它可用調壓螺釘調節。
高壓燃油從進油管接頭經濾芯、噴油器體中的油道進入針閥體上端的環形槽內。此槽與針閥體下部的環狀空間用兩個斜孔連通。流經下部空腔的高壓柴油對針閥錐面產生向上的軸向推力，當此力克服了調壓彈簧和針閥與針閥體間的摩擦力（此力很?。┖?，針閥上移，開啟噴孔［如圖3（右）所示］，于是高壓燃油便從針閥體下端的噴孔噴入燃燒室內。針閥的升程受到噴油器體下端面的限制，這樣有利于很快地切斷燃油。當噴油泵停止供油時，由于高壓油管內油壓急劇下降，針閥在調壓彈簧的作用下迅速將噴孔關閉，停止供油。
在噴油器工作期間會有少量燃油從針閥和針閥體的配合面間的間隙漏出。這部分燃油對針閥可起潤滑作用，并沿著挺桿周圍的空隙上升，通過回油管螺栓1上的孔進入回油管，流回到燃油箱中。為防止細小雜物堵塞噴孔，在高壓油管接頭上裝有縫隙式濾芯。
噴油器用兩個固定螺釘固定在氣缸蓋上的噴油器座孔內，用銅錐體密封，防止漏氣。安裝時，噴油器頭部應伸出氣缸體平面一段距離（各種機器均有具體規定）。為此，可在銅錐體與噴油器間加墊片或用更換銅錐體的方法來調整。
國產135系列柴油發電機均采用孔式噴油器。其特點是：噴孔直徑小，霧化質量好，但其精度要求高，給小孔加工帶來一定困難，使用中噴孔容易被積炭阻塞。
2、軸針式噴油器
軸針式噴油器多用于渦流室式和預燃室式柴油發電機中，其結構如圖4所示。這種噴油器的工作原理與孔式噴油器相似。其結構特點是針閥在下端的密封錐面以下伸出一個倒圓錐體形的軸針。軸針伸出噴孔外面，使噴孔呈圓環狀的狹縫。這樣，噴油時噴注將呈空心的圓錐形或圓柱形［如圖4（b）（c）所示］。噴孔斷面大小與噴注的角度形狀取決于軸針的形狀和升程，因此要求軸針的形狀加工得很精確。
常見的軸針式噴油器大多只有一個或兩個噴孔，噴孔直徑一般為1～3mm，由于噴孔直徑較大，噴油壓力較低，一般噴油壓力在10～13MPa，便于制造加工，同時工作中軸針在噴孔內往復運動，可清除孔中的積炭，提高了工作可靠性。
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圖3 柴油發電機孔式噴油器結構 1-回油管螺栓；2-襯墊；3-調壓螺釘護帽；4-墊圈；5-調壓螺釘；6-調壓彈簧墊圈；7-調壓彈簧；8-挺桿；9-噴油器體；10-緊固螺套；11-針閥；12-針閥體；13-銅錐體；14-定位銷；15-塑料護蓋；16-進油管接頭；17-濾芯；18-襯墊；19-膠木護套；20-針閥承壓錐面；21-針閥密封錐面；22-針閥體油孔 |
圖4 柴油發電機軸針式噴油器 1-罩帽；2-調壓螺釘；3-鎖緊螺母；4-彈簧罩；5-調壓彈簧；6-噴油器體；7-挺桿；8-噴油器螺母；9-針閥；10-針閥體；11-進油口；12-回油管接頭 |
3、噴油器型號的辨識
噴油器型號的辨識方法如圖4所示，實物如圖5所示。例如，PF110SL28噴油器表示的含義為：法蘭固定式、有效裝配長度為110mm、無放氣螺釘和有濾油器的噴油器。
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圖5 柴油發電機噴油器型號的辨識方法 |
圖6 PF110SL28噴油器實物圖 |
總結：
希望通過本文對柴油機噴油器的工作原理有了更深入的了解。柴油機作為一種重要的動力裝置，在發電領域有著廣泛的應用。噴油器作為柴油機燃燒系統中的核心部件，其工作原理的理解和掌握對于柴油機的維護和故障排除具有重要意義。通過不斷研究和創新，相信柴油機噴油器的性能和效率會進一步提升，為柴油機的可靠運行提供更強大的支持。
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