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柴油发电机喷油器的控制原理 |
摘要：燃油供给与调速系统的功用是根据柴油发电机的工作要求，在一定的转速范围内，将一定数量的柴油，在一定的时间内，以一定的压力将雾化质量良好的柴油按一定的喷油规律喷入气缸，并使其与压缩空气迅速而良好地混合和燃烧。它的工作情况对柴油发电机的功率和经济性有重要影响。其中燃油泵和喷油器是燃烧系统中的主要组成部分，其工作原理对于柴油机的正常运行至关重要。本文将详细介绍柴油机喷油器及燃油泵的工作原理。
一、燃油系统工作原理
柴油发电机应用最为广泛的是直列柱塞式喷油泵，燃油供给与调速系统的组成如图1所示。
1、燃油系统工作原理
直列柱塞式喷油泵一般由柴油发电机曲轴的正时齿轮驱动。固定在喷油泵体上的活塞式输油泵由喷油泵的凸轮轴驱动。当柴油发电机工作时，输油泵从柴油箱吸出柴油，经油水分离器除去柴油中的水分，再经柴油滤清器滤除柴油中的杂质，然后送入喷油泵，在喷油泵内柴油经过增压和计量之后，经高压油管输往喷油器，最后通过喷油器将柴油喷入燃烧室。喷油泵前端装有喷油提前器，后端与调速器组成一体。输油泵供给的多余柴油及喷油器顶部的回油均经回油管返回柴油箱。在有些小型柴油发电机上，往往不装输油泵，而依靠重力供油（柴油箱的位置比喷油泵的位置高）。
2、柱塞喷油泵的工作原理
当柱塞向上运动时，配油泵将燃油吸入柱塞内，当柱塞向下运动时，燃油被压缩，同时喷油嘴打开，将燃油喷入发动机燃烧室。柱塞的运动速度和行程由调速器控制，可以根据发动机的负荷和转速进行调整，以保证燃油的喷射量和喷射时间的准确性。
3、喷油器工作原理
喷油嘴位于气缸顶部，与气缸的燃烧室相连。当喷油泵将高压燃油送至喷油嘴时，喷油嘴会打开喷孔，燃油经喷孔喷射到气缸中。喷油嘴的结构设计非常关键，它需要能够将燃油雾化成细小的颗粒，并将其均匀地喷射到气缸中。喷油嘴的喷孔形状和大小、喷油角度等参数的设计都会影响到喷油效果和燃烧效率。总结起来，柴油机喷油器的工作原理主要包括喷油泵的高压输出、喷油嘴的喷射和喷油控制装置的调节。这三个部件相互协作，确保燃油以合适的压力和时间喷射到气缸中，从而实现柴油机的正常燃烧过程。只有喷油器工作正常，才能保证柴油机的高效、稳定运行。
柴油机喷油器的工作原理是现代柴油机技术中的重要组成部分，它的性能和稳定性直接影响着柴油机的工作效率和排放性能。随着科学技术的发展，喷油器的结构和控制方式也在不断改进，以适应更高效、更清洁的柴油机需求。通过不断优化喷油器的工作原理和结构设计，可以实现柴油机燃烧过程的更加精确控制，提高柴油机的燃烧效率和经济性，同时也减少了对环境的污染。
4、喷油控制原理
喷油控制装置通过控制喷油泵的运动，来调节喷油量和喷油时间，如图2所示。喷油控制装置通常由喷油泵上的凸轮或凸轮轴驱动，通过机械或电子控制方式来实现。喷油控制装置可以根据发动机的工作状态，如转速、负荷等参数，来调整喷油量的大小和喷油时间的长短，从而实现最佳的燃烧效果和燃油经济性。
（1）油路供给
喷油器通过燃油系统从燃油箱或燃油泵中获取燃油。燃油经过滤和调压处理后，被送入喷油器的油路中。
（2）喷油雾化
喷油器通过喷油嘴将燃油以高速喷出，并通过特殊的设计和形状使燃油在空气中形成细小的雾状颗粒，即燃油的雾化过程。这样可以增加燃油与空气的接触面积，提高燃烧效率。
柱塞喷油泵是一种高效、精确、可靠的喷油装置，它的原理是利用柱塞在泵体内的上下运动，将燃油压缩后喷出，可以满足不同负荷和转速的发动机的需求，是现代发动机中不可或缺的重要部件。
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图1 柱塞式喷油泵柴油机燃油供给与调速系统 |
图2 喷油器控制原理 |
二、喷油器的类型
柴油发电机的燃料是在压缩过程接近终了时喷入气缸内的。喷油器的作用是将燃料雾化成细粒，并使它们适当地分布在燃烧室中，形成良好的可燃混合气。因此，对喷油器的基本要求是有一定的喷射压力、一定的射程、一定的喷雾锥角，喷雾良好，在喷油终了时能迅速停油，不发生滴油现象。目前，中小功率柴油发电机常采用闭式喷油器。闭式喷油器在不喷油时，喷孔被一个受强力弹簧压紧的针阀所关闭，将燃烧室与高压油腔隔开。在燃油喷入燃烧室前，一定要克服弹簧的弹力，才能把针阀打开。也就是说，燃油要有一定的压力才能开始喷射。这样才能保证燃油的雾化质量，能够迅速切断燃油的供给，不发生燃油滴漏现象。这对于低速小负荷运转时尤为重要。其主要类型有孔式和轴针式两种。
1、孔式喷油器
孔式喷油器主要用于直接喷射式柴油发电机中。由于喷孔数可有几个且孔径小，因此，它能喷出几个锥角不大、射程较远的喷注。一般喷油孔的数目为2～8个，喷孔直径为0.15～0.50mm。喷孔数目与方向取决于各种燃烧室对于雾化质量的要求与喷油器在燃烧室内的布置。例如6缸机G型柴油发电机的燃烧室是ω形，混合气的形成主要是将燃油直接喷射在燃烧室空间而实现的，故采用4孔闭式喷油器。喷孔直径为0.35mm，喷射角为150°，针阀开启压力为17.5MPa，喷注形状与ω形燃烧室相适应。
孔式喷油器的结构如图3左图所示。主要由针阀、针阀体、挺杆、调压弹簧、调整螺钉和喷油器体等零件组成。
喷油器的主要零件是用优质合金钢制成的针阀和针阀体，两者合称为针阀偶件（又称喷油嘴偶件）。针阀上部的圆柱表面与针阀体相应的内圆柱表面作高精度的滑动配合，配合间隙约为0.001～0.0025mm。此间隙必须在规定的范围内。若间隙过大，则可能产生漏油而使油压下降，影响喷雾质量；若间隙过小，则针阀不能自由滑动。针阀中下部的锥面全部露出在针阀体的环形油腔中，其作用是承受由油压造成的轴向推力而使针阀上升，所以此锥面称为承压锥面。针阀下端的锥面与针阀体上相应的内锥面配合，以实现喷油器内腔的密封，称为密封锥面。针阀上部的圆柱面及下端的锥面同针阀体上相应的配合面是经过精磨后再相互研磨而保证其配合精度的。因此，选配和研磨好的一副针阀偶件是不能互换的。
装在喷油器体上部的调压弹簧通过挺杆使针阀紧压在针阀体的密封锥面上，使其喷孔关闭。只有当油压上升到足以克服调压弹簧的弹力时，针阀才能升起而开始喷油。喷射开始时的喷油压力取决于调压弹簧的弹力，它可用调压螺钉调节。
高压燃油从进油管接头经滤芯、喷油器体中的油道进入针阀体上端的环形槽内。此槽与针阀体下部的环状空间用两个斜孔连通。流经下部空腔的高压柴油对针阀锥面产生向上的轴向推力，当此力克服了调压弹簧和针阀与针阀体间的摩擦力（此力很小）后，针阀上移，开启喷孔［如图3（右）所示］，于是高压燃油便从针阀体下端的喷孔喷入燃烧室内。针阀的升程受到喷油器体下端面的限制，这样有利于很快地切断燃油。当喷油泵停止供油时，由于高压油管内油压急剧下降，针阀在调压弹簧的作用下迅速将喷孔关闭，停止供油。
在喷油器工作期间会有少量燃油从针阀和针阀体的配合面间的间隙漏出。这部分燃油对针阀可起润滑作用，并沿着挺杆周围的空隙上升，通过回油管螺栓1上的孔进入回油管，流回到燃油箱中。为防止细小杂物堵塞喷孔，在高压油管接头上装有缝隙式滤芯。
喷油器用两个固定螺钉固定在气缸盖上的喷油器座孔内，用铜锥体密封，防止漏气。安装时，喷油器头部应伸出气缸体平面一段距离（各种机器均有具体规定）。为此，可在铜锥体与喷油器间加垫片或用更换铜锥体的方法来调整。
国产135系列柴油发电机均采用孔式喷油器。其特点是：喷孔直径小，雾化质量好，但其精度要求高，给小孔加工带来一定困难，使用中喷孔容易被积炭阻塞。
2、轴针式喷油器
轴针式喷油器多用于涡流室式和预燃室式柴油发电机中，其结构如图4所示。这种喷油器的工作原理与孔式喷油器相似。其结构特点是针阀在下端的密封锥面以下伸出一个倒圆锥体形的轴针。轴针伸出喷孔外面，使喷孔呈圆环状的狭缝。这样，喷油时喷注将呈空心的圆锥形或圆柱形［如图4（b）（c）所示］。喷孔断面大小与喷注的角度形状取决于轴针的形状和升程，因此要求轴针的形状加工得很精确。
常见的轴针式喷油器大多只有一个或两个喷孔，喷孔直径一般为1～3mm，由于喷孔直径较大，喷油压力较低，一般喷油压力在10～13MPa，便于制造加工，同时工作中轴针在喷孔内往复运动，可清除孔中的积炭，提高了工作可靠性。
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图3 柴油发电机孔式喷油器结构 1-回油管螺栓；2-衬垫；3-调压螺钉护帽；4-垫圈；5-调压螺钉；6-调压弹簧垫圈；7-调压弹簧；8-挺杆；9-喷油器体；10-紧固螺套；11-针阀；12-针阀体；13-铜锥体；14-定位销；15-塑料护盖；16-进油管接头；17-滤芯；18-衬垫；19-胶木护套；20-针阀承压锥面；21-针阀密封锥面；22-针阀体油孔 |
图4 柴油发电机轴针式喷油器 1-罩帽；2-调压螺钉；3-锁紧螺母；4-弹簧罩；5-调压弹簧；6-喷油器体；7-挺杆；8-喷油器螺母；9-针阀；10-针阀体；11-进油口；12-回油管接头 |
3、喷油器型号的辨识
喷油器型号的辨识方法如图4所示，实物如图5所示。例如，PF110SL28喷油器表示的含义为：法兰固定式、有效装配长度为110mm、无放气螺钉和有滤油器的喷油器。
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图5 柴油发电机喷油器型号的辨识方法 |
图6 PF110SL28喷油器实物图 |
总结：
希望通过本文对柴油机喷油器的工作原理有了更深入的了解。柴油机作为一种重要的动力装置，在发电领域有着广泛的应用。喷油器作为柴油机燃烧系统中的核心部件，其工作原理的理解和掌握对于柴油机的维护和故障排除具有重要意义。通过不断研究和创新，相信柴油机喷油器的性能和效率会进一步提升，为柴油机的可靠运行提供更强大的支持。
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