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燃料供给与调节装置


一、柴油机调速 二、RFD调速器的工作过程 三、最高转速调速
四、怠速稳定调速 五、部分负荷调速 六、起动调速
七、全负荷调速 八、柴油机停机 九、冒烟限制器
十、供油正时提前器 十一、连接器 十二、BF6M1013EC调速器

燃料供给与调节装置

柴油机燃料供给系统与汽油机燃料供给系统不同。在汽油机中,燃油和空气都能控制,化油器式汽油机靠节流阀(油门)控制进气量的同时控制汽油量,电控汽油喷射式汽油机在控制节流阀的同时电控汽油量,因此汽油机无需特殊控制就能较好的适合于汽车上的使用。而柴油机的进气量不受油门控制,油门只控制油量,如果不进行调节控制不能在汽车上使用。

柴油机本身主要有三个方面不利于直接使用:容易飞车、扭矩太大和怠速不稳。所谓飞车,就是柴油机在大油门时突然卸掉负荷,其转速就会自动迅速增高,转速无限制地增高,使飞轮齿圈的离心力增大到甩出来打碎飞轮壳。例如汽车在上下坡路行驶,上坡时柴油机油门很大,一下子转为下坡,如果油门收的较慢,就可能飞车,这是非常危险的,必须加以控制。扭矩太大是指柴油机的扭矩几乎不随转速的升高而向较低方向变化,这就使汽车速度不易控制,为使汽车速度稳定,需要随时调整油门,也是做不到的。怠速不稳是指柴油机怠速时转速忽高忽低,容易熄火,不控制也不行。控制柴油机稳定工作的最好的办法是给柴油机装上调速器,对柴油机转速进行调节和控制,使其能够像汽油机那样正常工作。调速器做得比较简单,又能起调速作用,也不是一件容易的事。调速器必须工作正常,一旦失灵,柴油机不能正常工作时,也要保证不发生飞车事故。因此在柴油机维修中,必须懂得调速器的工作原理,以及调速器的使用维修方法,才能修好柴油机。

一、柴油机调速

柴油机调速分为全程调速和两极调速。全程调速是柴油机从低速到最高转速的全部转速范围内都能随转速的变化调节供油量,使柴油机在任何转速下都能稳定工作;两极调速是柴油机只在怠速和最高转速的两极起调速作用,在怠速时防止柴油机熄火,高速时防止柴油机飞车,中间转速主要由驾驶员控制。

柴油机调速又可分为电脑控制调速器和电脑+机械控制调速器以及机械式调速器三种形式。其中前两种调速形式已在德国道依茨柴油机中得到应用,电脑控制调速器是电脑控制柴油机各缸喷油器的各个齿条,达到控制负荷和转速的目的,不但是使柴油机而且是使柴油机的各个缸都工作在最佳转速的最佳负荷状态;而电脑+机械控制调速器是由电脑控制柴油机各缸公用齿条动作,只能达到柴油机全程转速控制的目的,而不能保证各缸均工作在最佳状态,但这也是柴油机控制的一种先进的方法。这两种调速器都能以电脑的形式随时测量柴油机的转速和负荷的变化调节供油量,当柴油机接近额定转速时,会自动地关小油门;在怠速时会按照规定的怠速转速使柴油机稳定运转;在中间的任何转速下,都能把柴油机的特性改变成随转速上升扭矩迅速变小的适合于汽车需要的软特性,在汽车匀速行驶时,只要驾驶员控制油门不动,汽车速度就不会改变。

机械式调速器主要是靠机械离心式控制来完成的,这是一种较为精密的离心式自动控制装置,属于两极控制器,但又有兼顾全程调速器的某些功能,它的校正器能把部分负荷的扭矩改变为有一定限度的软特性。目前6110型柴油机和BM1013EP柴油机主要采用这种调速器。

6110型柴油机的调速器直接装在喷油泵的后面,如5-16所示,调速器中的离心重块随喷油泵的凸轮轴一起转动,并直接控制着喷油泵齿条,齿条的运动行程位置就是柴油机的油门的位置。而驾驶员脚下的油门踏板不是与这个喷油泵齿条直接相连,而是通过调速器的调节机构与这个齿条间接相连。这样一来,柴油机的油门可以通过驾驶员脚下的油门来控制,又由于调速器是随柴油机转速变化的离心重块来控制,前者是人为地控制,后者是自动地控制,柴油机和喷油泵正是在二者的控制下完成其调速功能的,以达到基本适应于驱动汽车正常工作的效果。[top]

RFD调速器的工作过程

6110型柴油机装用RFD型两极式机械调速器,兼有部分全程式调速器的功能,

RFD型调速器的结构原理图,如5-16所示。在调速器中,喷油泵凸轮轴2是由柴油机曲轴带动旋转的,其转速为曲轴转速的1/2。装在喷油泵凸轮轴2上的一对离心重块1随凸轮轴一起转动,离心重块1通过滑套23、滑套顶块22、浮动杆6、导杆7、起动弹簧5以及节点AOMR等与喷油量控制齿条3相连,达到控制喷油量的目的。当凸轮轴转速逐渐升高时,离心重块1离心力加大向外动作,推动滑套顶块22、滑套顶块22向后移动,通过浮动杆6和导杆7将喷油量控制齿条3向后拉动,减小油门;当转速逐渐降低时,离心重块向内动作,通过杆系的连动动作,将齿条向前推动,增大油门。而驾驶员脚下的油门踏板的踏压动作通过拨叉杆21、浮动杆6、导杆7、起动弹簧5和节点MOR等与喷油量控制齿条3相连,达到脚控制喷油量的目的。驾驶员踏下油门踏板时,N点不动,M点向后移动,浮动杆6O点转动,使R点向前移动,推动喷油量控制齿条3向前移动加大油门;抬起油门时,M点向前移动,R点向后移动,拉动喷油量控制齿条3向后移动,减小油门。对于柴油机和喷油泵的控制,驾驶员要控制油门,离心重块也要控制油门,正是靠一根浮动杆6将两者协调在一起的。

由此可见“浮动杆”6的一端(R)拉着喷油量控制齿条3,起动弹簧5使之加大油门;而另一端由驾驶员的脚控制M点的前后位置,中间的一点O由离心重块控制。当发动机转速稳定在某一转速时,O点不动;这时如果驾驶员想加速,脚踏下油门踏板,M点就会向后移动,于是R点就向前推齿条,喷油泵加大了供油量,发动机发出更多的动力,所以汽车就加速了。当驾驶员觉得车速已经够高了,于是便停住了脚,M点不动了;如果发动机转速还在上升,离心重块1被甩得向外分开,这时A点会带动O点向后移,把齿条拉向后,减小了油门,发动机也就保持在这一转速不动了。从而达到稳定转速控制的目的。同样调速器里的其他机构也起到控制齿条动作的作用。[top]

、最高转速调速

柴油机最高转速调速就是保证不飞车,要保证发动机不飞车就全靠N点向后移动。若驾驶员把油门踏板踩到了底,变速箱挂低档上大坡,如果坡中有凹坑,则发动机会迅速提高转速。如果转速超过最高转速,离心重块会甩开到足以使滑套顶块22B端压紧张紧杆上的怠速弹簧13和扭矩校正弹簧15,并进一步将张紧杆一起推动,使之离开张紧杆限位大头螺钉17。于是N点后移,而K点已是在最后端的极限位置不能再动了(由全负荷限位螺钉18限定的位置),迫使M点向前移动,把R点撬向后,减小了油门。这样,发动机的转速便得到了控制,从而保证了发动机不会飞车。如5-17所示。

关键是离心重块用多大的力才能推动张紧杆10,这要看调速弹簧11的拉紧程度。调速杆9就是用来控制调速弹簧拉紧程度的。调速器出厂前,已在试验台上调好调速杆的位置,并用调速杆高速限位螺钉8和它对面的调速杆9从两面把杆夹紧,打好铅封,不准再调动。这个位置能保证当喷油泵凸轮轴的转速升到发动机规定的最高转速的一半时,即发动机达到规定的最高转速时,离心重块的离心力就会增大到足以迫使滑套顶块推动张紧杆10,使之起限速作用。[top]

、怠速稳定调速

当驾驶员的脚抬起,甚至离开了座位,油门踏板抬起时,5-18中的负荷控制杆19就会靠在调好的怠速限位螺钉20上。于是K点处在最前方的极限位置不动。N点也不动,M点便不会动。由于刚放开踏板,发动机的惯性使其转速仍比齿条位置规定的转速高。本来,在调整怠速时,当滑套顶块22B端把怠速弹簧13压缩一少半时,齿条的位置恰能保持规定的怠速转速。而现在,怠速弹簧处于压缩一多半的状态,显然齿条所处的油门太小,所以转速仍在下降。随着转速的下降,怠速弹簧逐渐伸长,推动A点前移,微微地加大油门,直到发动机发出的动力与离心重块所规定的发动机转速下的摩擦力相平衡时,转速便稳定不变了。这就是原来调定的怠速转速,此时,怠速弹簧刚好压缩大约一少半。如果,有某种原因使发动机的转速在上升,则离心重块会被略多甩开些,迫使A点和R点向后移动,减小油门,限制发动机的转速上升。当然,也会同时把怠速弹簧13多压缩一点点,这一点点压缩量就是下一步使发动机转速降回规定怠速转速的原动力。如果有某种原因使发动机转速下降,则离心重块会随着收拢,A点和R点都会在怠速弹簧13的作用下向前移动,加大油门使转速回到规定的怠速转速为止。这样,发动机就只能在调好的怠速转速上稳定地运转,转速上升或下降都会被随时校正。

机构中的弹簧5软而长,齿条移动了很多,而它的弹力变化仍很小,不起作用;而怠速弹簧13行程很小,弹力大小合适,才能起到稳定转速的作用。实际结构中,怠速弹簧13包含内外两根弹簧,弹力变化的特性才符合要求。如果只靠起动弹簧5,怠速时会“游车”,游到转速太低时就会熄火。[top]

五、部分负荷调速

RFD型调速器中包含有校正器(5-19中由141516组成的部件),它能做到有限度地控制部分负荷工况下发动机转速的稳定性,并把这一工况叫做校正工况。当驾驶员将踏板踩到中间的某一个位置时,负荷控制杆19即不靠着怠速限位螺钉20,也不靠在全负荷限位螺钉18上。如果驾驶员的脚不动,则K点的位置也不会动了。此时发动机的转速当然比怠速高,套筒顶块的B端早已把怠速弹簧压过了一多半,怠速弹簧顶杆的尾部(T)碰到了扭矩校正弹簧顶杆,把扭矩校正弹簧也压缩了一些。这时,如果说发动机是在某一转速下运转,汽车也会在相应的某一车速下稳定行驶。若是道路上有凸包或凹坑,车速会不会产生很大的变化呢?如果没有校正器,车速一定会大幅度变化。有了校正器,就不同了。例如,前面遇到了土包,前进阻力变大,车速会降低,发动机转速也随着下降。与此同时,离心重块的转速也降低,离心力减小,校正弹簧推动滑套迫使离心重块收拢,A点和R点都向前移,使油门加大,抵制转速的下降,保持车速。这就是说,有了校正器,只要驾驶员的脚不动,车速变化就很小。在机构中,怠速弹簧13较软,主要是扭矩校正弹簧15起校正器作用。而扭矩校正弹簧的压紧力要靠扭矩校正弹簧调整螺钉16来调整,而后者的位置(预紧力)根据发动机扭矩校正特性设定。[top]

六、起动调速

与汽油机相似,柴油机起动时也需要浓混合气。所以,柴油机起动时要把喷油量控制齿条推到前端供油量最大的位置上,如5-20所示。

起动时,驾驶员将油门踏板踏到底,使负荷控制杆19靠在全负荷限位螺钉18上,即可使电动机起动发动机。这时,拨叉杆21的销轴K点在最后端的位置上,M点自然也是在最后端的位置上,如果以O点为支点,M点的位置是把R点和齿条推向最大油门一边。又因为发动机不转动,离心重块并拢收缩,不推动滑套,起动弹簧5会轻松地把喷油量控制齿条3拉到最前端的最大供油量位置上,这就是柴油机在起动时应有的最大供油量位置。[top]

七、全负荷调速

5-21所示为油门处于最大位置时调速器的全负荷工况,负荷控制杆19靠在全负荷限位螺钉18上。当汽车上坡时,驾驶员将油门踏板踏到底,车速较低时,发动机也没有达到最高转速。与起动工况相似,M点处在最后端的位置上,通过浮动杆推动齿条向加大油门方向移动。此时齿条的位置由O点和A点的位置来决定。当发动机转速较低时,车速也较低,齿条就被推向加大油门的一边;发动机提高转速,提供高动力;当转速提高时,离心重块离心力加大,推动A点向后移动,将齿条略向后移动,相应地减少一点油门,发动机仍发出高动力。齿条略向后移动,不是为了减小动力,而是为了避免排气冒黑烟,要加装冒烟限制器来完成。[top]

、柴油机停机

汽油机运转靠电能点火,只要用点火钥匙把电源断开,发动机就停止运转了。柴油机靠喷油压燃,只有断油才能使发动机停机。因此,平头汽车在仪表板上也设有“钥匙”(即起动开关),不过它控制的不是电路,而是一条拉线,用来转动“停油拨叉”4。当驾驶员“关断钥匙”时,拉线便转动停油拨叉4,拨叉就强行把喷油泵喷油量控制齿条3拉向后端,使喷油泵停止供油,完成停机动作,如5-22所示。[top]

九、冒烟限制器

5-23所示为冒烟限制器,装在调速器控制齿条的端头,对齿条的最大行程位置起限制作用,防止供油量过大柴油机冒黑烟。同时冒烟限制器中的限位弹簧对齿条又起到减振作用。[top]

十、供油正时提前

5-24所示为供油正时提前器,装在喷油器前端与连接器相连。在运转中靠飞铁2的离心力作用能够自动地调整喷油正时角度的大小。

柴油机的喷油提前角不是固定的,它随转速变化而改变。因为,从喷油到发火燃烧的时间虽然能随转速上升而略有缩短,但不如提前角所对应的时间反比于转速上升而缩短得那么快。因此,转速越高,喷油提前角应适量增大。

当发动机转速升高时,喷油泵转速同时随着升高,固定在喷油泵凸轮轴前端的提前器外壳也随着升高。两个销轴带动飞铁转动,飞铁甩开的角度便随转速上升而变大。飞铁上的滚轮推动从动盘相对提前器外壳按凸轮轴转动的方向转动一个角度,壳体中的阻尼柴油,可以缓冲飞铁的运动,这个角度便是增大的提前角,它随转速的上升正比增大。[top]

一、连接器

5-25所示为喷油泵驱动用连接器,实际上是一个角度变化很小的万向联轴节。安装时要求驱动端与喷油泵凸轮轴端中心线同心度不大于0.3mm,摆角不大于0.5°,伸长或压缩误差不大于±0.5mm

二、BF6M1013EC调速器

5-26BM1013EC柴油机装用的调速器简图。与6110柴油机分立式喷油泵的调速器装在喷油泵的后端不同,BF6M1013EC调速器是装在柴油机的后端的曲轴正上方的飞轮壳——齿轮室壳的外侧,由柴油机的正时齿轮轮系的调速器齿轮驱动。因此在调速器中,调速器驱动齿轮7为主动部分,由齿条及弹簧9控制柴油机各喷油泵,能够自动地改变喷油泵的供油量,从而改变柴油机的负荷,维持柴油机平稳运转。在调速器中,加装有起动加浓电磁阀和停车电磁阀等电气装置,从而减化了机械调速结构,调速更加可靠。[top]


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