船舶柴油机重点复习资料

模块三 燃油喷射与燃烧

重点：喷油设备的工作原理、结构组成、检查调整、主要故障及管理。

难点：供油规律、喷油规律及影响因素，回油阀调节式喷油泵的检查与调整，燃烧过程、影响因素及控制措施。

对柴油机燃烧的要求可概括为及时（在上止点前后发火并燃烧完毕）、完全、平稳（燃烧过程柔和无敲缸现象）和空气利用率高。影响燃烧的因素有：燃油品质及喷射、空气（数量与涡动）和压缩温度。

单元一 燃油

一、燃油的成分及组成

碳

燃油大量来自石油产品。石油 故称为烃类化合物 氢

提炼燃油工艺： 蒸馏、裂化、催化裂化、加氢裂化。 常压蒸馏：（360-370° ）可分离汽油、煤油、轻柴油、重柴油。 蒸馏

减压蒸馏：（410°） 分离出重柴油和润滑油。 脂肪烃 自燃温度低，自燃性能好，易燃烧。

烃 环烷烃 自燃温度较脂肪烃高，自燃性能也比脂肪烃差。 芳香烃 自燃温度最高，自燃性能差，易结碳，不宜作为燃料。 二、燃油的理化性能指标及其影响因素

影响燃油燃烧性能指标（十六烷值、柴油指数、馏程、发热值、密度和粘度）； 燃油的质量指标 影响燃烧产物构成指标（硫分、灰分、沥青分、残炭值、钒和钠的含量）； 影响燃理工作指标（粘度、密度、闪点、凝点、浊点、倾点、水分、机械杂质）。 1．十六烷值

表示自燃性能的指标。十六烷值越高，其自燃性能越好，但应适当。

十六烷值过低，会使燃烧过程粗暴，甚至在起动或低速运转时难以发火； 十六烷值过高，易产生高温分解而生成游离碳，致使柴油机的排气冒黑烟。

通常高速柴油机使用的燃油十六烷值在40～60之间，中速机在35～50之间，低速机十六烷值应不低于25。 2．柴油指数 3．馏程

馏程就是在某一温度下燃油所能蒸发掉的百分数，它表明了燃油的蒸发性，也表明燃油轻重馏分的组成。轻馏分的蒸发速度比重馏分快，能与空气较快混合，滞燃时间短，燃烧较快。

4．粘度

粘度表示流体的内摩擦，即燃油流动时分子间阻力的大小。燃油的粘度通常以动力粘度、运动粘度、条件粘度等表示。

接绝对粘度： 动力粘度和运动粘度 粘度

恩氏粘度

相对粘度 雷氏粘度 塞氏粘度

燃油的粘度对于燃油的输送、过滤、雾化和燃烧有很大影响。粘度过高，不但输送困难、而且不利燃油雾化，使燃烧不良；粘度过低，则会造成喷油泵柱塞偶件、喷油器针阀偶件润滑不良而加快磨损。压力和温度对燃油的

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粘度影响很大，压力增加，粘度增加；温度增加，粘度下降。 5．热值

lkg燃油完全燃烧时所放出的热量称为燃油的热值。重油的基准低热值Hu=42000kJ/kg，轻油的Hu=42700kJ/kg。 6．硫分

（1）液态下对燃油系统的部件有腐蚀作用；（2）燃烧产物中的SO2和SO3，在高温下呈气态，直接与金属作用发生气体腐蚀；（3）SO3和水蒸气在缸壁温度低于它们的露点时会生成硫酸附在缸壁表面，产生“低温腐蚀”。 7．灰分

8．钒、钠含量

钒、钠等金属燃烧后生成的低溶点的化合物，当缸壁和排气阀表面温度过高而超过这些化合物的熔点时，它们就会熔化附着在金属表面上，并与金属发生氧化还原反应而腐蚀金属，形成“高温腐蚀”。 9．机械杂质和水份

机械杂质可使喷油器的喷孔堵塞。致使供油中断，加剧油泵的磨损。 水分会降低燃油发热值 10．沥青分

燃油中沥青重量的百分数叫沥青分。沥青难燃烧，使排气冒黑烟，易积炭。 11．残炭值

表示燃油在燃烧过程中形成炭渣的倾向。并不表示结碳的数值。结碳使热阻增加，引起过热、磨损。 12．闪点

闪点有开口和闭口两种。开口闪点要比闭口闪点高20～30％。船用柴油机燃油的闪点一般为60-65°。 13．凝点、浊点、倾点： 表明低温流动性的指标。 凝点：燃油冷却到失去流动性时的最高温度 浊点：燃油开始变得混浊时的温度 倾点：油尚能保持流动性的最低温度

一般燃油的倾点高于凝点3～5℃，浊点高于凝点5～10℃。燃油的最低使用温度应高于浊点3～5℃。浊点＞倾点＞凝点

14．密度

相对密度：燃油在20℃时的密度与4℃时水的密度之比。 密度对燃油使用的意义：（1）在装载燃油时可根据燃油密度和油舱容积计算装载量。（2）可根据燃油密度正确选择分油机的比重环。一般分油机允许的最高分离密度为0.991g/cm3（3）当换用不同密度的燃油时，由于喷油泵的循环供油量不同（油量调节机构不变）柴油机转速将相应变化。 三、燃油牌号与选用

1．国内： 轻柴油：按凝点不同分为10号、0号、-10号、-20号及-35号 重柴油：按凝点不同分为10号、20号及30号

燃料油：按37.8℃时的雷氏一号粘度值区分其牌号 渣油： 按80℃时的运动粘度作为其牌号 2．国外： 船用轻柴油 应急发电机和救生艇柴油机

船用柴油 作副柴油机和主机机动操纵时 中间燃料油 用于各类大功率中速机及低速机。

船用燃料油 用作新型低、中速主机的燃油及船用锅炉燃油 四、燃油燃烧的热化学

1．完全燃烧1kg燃料的理论空气需要量

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2．过量空气系数

实际供给的空气与理论空气需要量的比值称燃烧过量空气系数。即：

显然，柴油机在正常工况时总是大于1。

是一个很重要的燃烧过程性能指标、工作参数，它对性能的影响表现在：

（1）小，表示相对一定的气缸进气量，气缸喷油量较多，因而气缸强化程度高，单位气缸工作容积作功能力大，平均有效压力Pe较高，但气缸热负荷大，排温高，经济性下降。当气缸容积、进气状态和扫气系数s一定时，每循环充入气缸的空气量一定。小，意味着每循环能燃烧的油量多，发出的功率也大。因此，柴油机在标定工况下能以较小的良好运转，说明气缸容积的利用程度高，混合质量好。

（2）不同机型 值不同：高速机值＜低速机；

增压机值＞非增压机； 四冲程机＜二冲程机。

增压、低速、二冲程的值最大。

（3）燃烧室内不同地区的值不同：油束内部：≈0

油束内部 外部周边，值逐渐增加。 燃烧室周边无油区 ∞

思考题：

1．值的概念。

2．燃油的理化性能指标及其影响因素有哪些？

单元二 燃油的喷射和雾化

一、燃油的喷射系统

LL0

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1．燃油的喷射系统的类型及要求 1）对喷射系统的要求 （1）定时喷射 （2）定量喷射 （3）定质喷射 2）类型

柱塞泵式 现代船舶上最常见最基本的一种。 直接作用式 泵-喷油器式

类型 分配式 液压伺服式

间接作用式 高压泵系统 电子喷射系统

燃油喷射系统的作用，是在一定的时刻以很高压力将一定数量的燃油迅速地喷入气缸，使之雾化。 喷射系统的主要组成是喷油泵、喷油器和连接它们的高压。 二、燃油的喷射过程

图为喷射过程的示波图。图中a)为喷油泵出口压力曲线；b)为喷油器进口压力曲线；而c)则为喷油器针阀升程曲线；横坐标均为曲柄转角。按喷射过程的特征可将其分为喷射延迟、主要喷射及滴漏三个阶段。

1．喷射过程的三个阶段 1）．喷射延迟阶段

从喷油泵供油始点（OH）到喷油始点（Ou）为止的第Ⅰ阶段为喷射延迟阶段。

喷油泵供油始点，喷油器并未抬起喷油，直到喷油器内压力升高到启阀压力时，燃油才喷入气缸。因此喷油提前角小于供油提前角。

喷油提前角：喷油器开始喷油瞬时曲轴与上止点之间的夹角。对机燃烧过程有直接影响。 供油提前角：喷油泵开始供油瞬时曲轴与上止点之间的夹角。能进行检查和调整。

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造成喷射延迟的原因：（1）燃油的可压缩性（2）高压的弹性（3）高压系统的节流。影响喷射延迟阶段长短的主要因素是：高压特性参数、喷油器针阀的启阀压力、柴油机的工况以及喷油泵出油阀和喷油器针阀的结构特点等。 2）．主要喷射阶段

从喷油始点（Ou）到供油终点（KH）的第Ⅱ阶段为主要喷射阶段。

本阶段内喷油压力继续升高，燃油是在不断升高的高压下喷入气缸，本阶段的长短主要取决于柴油机负荷，负荷愈大，本阶段愈长。 3）．滴漏阶段

从供油终点（KH）到喷油终点（Ku）的第Ⅲ阶段为滴漏阶段。

在这阶段中，喷油器中的压力从最高喷油压力pφmax一直下降到针阀落座压力pK。燃油是在不断下降的压力作用下喷入气缸，使燃油雾化不良，甚至产生滴漏现象。因此应力求使此阶段缩短到最小限度。 2．喷射过程的压力波

在喷射过程中，喷射系统中将发生很大的压力变化，形成较强的压力波，造成喷射过程中燃油压力波的原因有：

（1）喷射过程是高压系统内压力巨变的过程（2）燃油的可压缩性（3）高压的弹性产生容积变化。 三、供油规律和喷油规律

燃油的喷射质量通常可从燃油的雾化质量及喷油规律两个方面来评价，而喷油规律主要由供油规律来控制。 1．概念： 喷油器单位凸轮转角的喷油量dgn/dφ 随凸轮轴转角的变化规律。

喷油泵单位凸轮转角的供油量dgn/dφ 随凸轮轴转角的变化规律。 2．影响喷油规律的因素 （1）凸轮型线和有效工作段

在柱塞有效行程和供油始点相同的情况下，凸轮外形越陡，油压上升越快，供油速度越大，喷油延迟角和喷油持续角就越小。

当凸轮外形确定后，就要选择凸轮有效工作段的位置。为了获得较短的喷油时间和必需的喷油压力，一般将凸轮的有效工作段选在柱塞运动的高速部分，以减小喷油持续角，提高雾化质量。 （2）柱塞直径和喷孔直径

在不改变柱塞行程和供油量而增大柱塞直径时，供油速度增大，喷油延迟角和持续角均减小，当喷油器的喷孔数不变而喷孔直径减小时，由于喷油阻力的增加使喷油持续角增大，而每度凸轮转角的喷油量减小。此时，由于高压中的压力增高，容易产生重复喷射。 （3）高压尺寸

高压愈长，喷油延迟角大而喷油持续角基本不变。为了使各缸喷油规律一致，应尽可能使各缸的高压长度相同。

（4）柴油机负荷与转速

当柴油机转速及喷油定时不变时，若增大负荷，其喷油始点基本不变而喷油终点改变，并且增加了后半期的喷油量。

当柴油机负荷及喷油定时不变而改变转速时，随着转速的增加，相应每度凸轮转角的时间缩短，故喷油延迟角和喷油持续角均加大，而每度凸轮转角的喷油量减少。 四、异常喷射

正常：一个工作循环，针阀只启闭一次，针阀升曲线呈梯形，高压中剩余压力基本相同。 1．重复喷射（二次喷射）

1）概念：当喷油泵供油结束，喷油器针阀落座后又重新被油压抬起的喷射现象称为重复喷射，又叫二次喷射。

2）原因：（1）高转速大负荷工况（2）喷油器喷孔部分堵塞，（3）出油阀卸载容积不足，（4）换用了内径和

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长度较大或刚性较小的高压（5）喷油器启阀压力较低。

3）危害：会使喷油持续角变大，雾化质量降低，致使燃烧恶化、后燃严重、排温升高、机件过热、燃烧室结碳、排气冒黑烟等，从而降低了柴油机的经济性和可靠性。

4）防止措施 2．断续喷射

1）概念：在喷油泵的一次供油期间，喷油器针阀断续启闭的喷射过程。

2）原因：断续喷射容易发生在低转速低负荷工况。此时供油泵的供油量小于喷油器的喷油量和充填针阀上升空间所需油量之和。

3）危害：增加针阀偶件磨损。 3．不稳定喷射和隔次喷射

1）概念：是指喷油泵持续工作，但各循环的喷油量不均的情况。其极端情况是隔次喷射，即喷油泵每供两次油喷油器才喷一次油。 2）原因：（1）低速低负荷工况。（2）喷油设备偶件过度磨损

3）危害：转速不稳定，造成低速运转时自动停车。 4．滴漏

五、最低稳定转速

能使柴油机各缸均匀发火的最低转速。

船用柴油机：低速机：≤30％nb，中速机：≤40％nb，高速机：≤45％nb。 六、燃油雾化

1．概念：燃油在很大压差作用下，高速流经喷孔，由于喷孔的扰动作用及缸内压缩空气的阻力作用，使喷出的燃油成由细小的油粒组成的圆锥形油束，这些油粒在燃烧室内进一步分散与细化的过程称为雾化。由此可知，影响燃油雾化的因素主要是喷出燃油的强烈扰动与缸内压缩空气对燃油的阻力。 

油束射程 油束的几何形状 油束锥角 表征喷柱的油束特性 雾化细度 雾化质量 雾化均匀度 2．影响油束特性的主要因素

影响雾化的主要因素有喷油压力、喷油器喷孔直径〖和孔数〗、燃油粘度和喷射背压。 1）喷油压力

喷油压力增大，雾化细度及均匀度提高，油束锥角β和射程L增大，雾化质量提高。 2）喷孔直径 喷孔直径增大，雾化细度和均匀度均下降，但油束射程L增大而锥角β减小。相反，当喷孔直径减小时，雾化细度及均匀度提高，油束锥角增大而射程减小。

在喷油嘴总通流面积不变的情况下，喷孔孔数越多，其直径越小。雾化细度和均匀性提高、油束锥角增大，但射程下降。 3）燃油粘度

当燃油粘度增加时，由于其流动性差，较困难，故雾化不良。为保证雾化良好，当使用粘度较高的燃油时应采取预热措施以降低燃油粘度。 4）喷射背压

当喷射背压增加时，即缸内压缩空气的密度增加，燃油喷射时受到的阻力增加，因此雾化质量提高，锥角β变大，而射程L缩短。

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思考题：

1．对燃油喷射系统有何要求？

2．造成燃油喷射延迟的主要原因有哪些？

3．何谓二次喷射？有何危害？造成二次喷射的原因有哪些？ 4．什么叫雾化？表征喷柱的油束特性的指标有哪些？ 5．为什么柴油机在高速时较稳定，而在低速时易不稳定？

单元三 可燃混合气的形成

一、可燃混合气的形成方法 1．空间雾化混合法： 2．油膜蒸发混合法：

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3．影响混合气形成的因素

（1）燃油的雾化质量。对低速机影响大，主要是采用油雾法混合。

（2）燃烧室空气涡流。对小型高速机影响大，主要是采用空气扰动。 （3）压缩终点的缸内热状态。 （5）燃烧室类型。

二、缸内空气扰动涡动的形式 1．进气涡流 2．挤压涡流 3．压缩涡流 4．燃烧涡流 三、燃烧室

燃烧室分为直喷式与分隔式两大类。直喷式包括开式与半开式两类，而分隔式有涡流室和预燃室两种。

开式

直喷式

燃烧室 半开式

涡流室

分隔式

预燃室

1．直喷式燃烧室

1）开式燃烧室：适用于大、中低速机

开式燃烧室如图所示。适用于缸径D≥160mm的柴油机，船舶主机、发电副机均采用这种燃烧室。

上图a中为平顶活塞、倒钟形气缸盖，适用于大型低速二冲程弯流扫气式柴油机；图b为浅盅形凹活塞、倒盅形气缸盖，适用于大型低速二冲程直流扫气式柴油机；图c和d分别为浅盆形和浅ω形活塞顶、平低气缸盖，适用于大、中型四冲程柴油机； （1）可燃混合气形成的特点

①采用油雾法（空间雾化）可燃混合气形成可燃混合气。 ②）一般不组织空气涡动。 ③喷注形状与燃烧室很好配合。 （2）开式燃烧室的特点是：

①燃烧室结构简单，相对散热面积F/V小，经济性好。 ②起动性能好。

③燃烧室中机械负荷大和热负荷大，工作较粗暴、噪音大。 ④对燃油品质及转速较敏感。

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⑤）过量空气系数α必须较大。 2）半开式燃烧室：适用于小型高速机 （1）可燃混合气形成的特点

一方面利用喷雾，另一方面利用进气涡流和挤压涡流

（2）半开式燃烧室的特点是：经济性好、动力性好，过量空气系数α小，不同程度克服开式燃烧室机械负荷大和热负荷大的缺点。

（3）球型燃烧室可燃混合气形成属油膜蒸发混合，其特点是： ①工作柔和、排烟少、性能指标好。 ②空气利用率高，过量空气系数较低，。

③冷起动比较困难。因为空间雾化燃油量少，起动时燃烧室壁温低，壁面上蒸发混合的燃油少，对起动不利。 ④对增压适应性差。因增压后每循环供油量大使油膜变厚，影响可燃混合气形成的速度。

⑤在大缸径柴油机上应用困难。因为当缸径增大时每循环供油量增多，而燃烧室的相对表面积减小，这样使油膜变厚，影响混合气形成的速度。 2．分隔式燃烧室

在分隔式燃烧室，燃烧室的容积分成两个部分：一部分在气缸盖与活塞顶之间，称为主燃烧室；另一部分位于气缸盖内，称为涡流室或预燃室（付燃室）。

分隔式燃烧室的特点：

（1）因空气流速高，燃油与空气混合良好，空气利用率高，因此过量空气系数小，烟色较好。 （2）主燃烧室内压力升高率较低，工作平稳，噪音较低。 （3）对转速与燃油品质不敏感。

（4）散热损失，节流损失均较大，经济性差，冷起动困难。

思考题：

1．什么叫空间雾化混合法？缸内空气涡动有哪几种形式？ 2．开式和球形燃烧室各有何特点？

单元四燃油的燃烧

一、可燃混合气的着火 着火的两个条件：（1）混合气浓度在一定范围内（2）混合气必须到达某一临界温度。

在柴油机缸内首先着火的部位是在油束核心与外圆之间混合气浓度适当（=1）和温度适当处，由于缸内符合此要求的部位不止一处，所以可能是多点同时发火，且各循环的着火点也不尽相同。

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当火核形成之后，火焰即向四周传播，形成稳定的燃烧，传播的路径与速度取决于可燃混合气形成的状态以及空气的扰动。 二、燃烧过程

在燃烧过程中，气缸内气体的压力和温度不断变化，这个压力及温度是综合反映燃烧进行情况的最重要的参数，可以用来分析燃烧过程的进展情况，其随曲柄转角的关系如图所示。

图中曲线0是温度曲线T-图、曲线1是压力曲线p-图、曲线2是针阀升程曲线h-图、曲线3是喷油器针阀腔压力pn-图，而曲线4是喷油泵燃油压力pH-图、曲线5为纯压缩线。图中a点为油泵腔压力为剩余压力的点，b点为油泵出油阀开启点（供油点），c点为着火点，d为针阀开启点（即为喷油点），e点为油泵油压力开始升高点（几何供油点），y点为缸内压力最高点，而z点为缸内温度最高点。

根据油泵供油、喷油器喷油及气缸压力温度的变化特点，可将燃烧过程分为滞燃期、急燃期、缓燃期及后燃期等四个阶段。 1．滞燃期

从喷油开始（d点）到缸内发火点（c点）为止称滞燃期，又称着火延迟期。

（1）滞燃期的特点：燃油没有明显的燃烧，气缸内的压力基本上与纯压缩线相重合。喷入气缸的燃油主要进行一系列的物理和化学准备，包括燃油的雾化、加热、蒸发、扩散与空气混合等物理准备阶段，以及着火前的预氧化等化学准备阶段。

（2）滞燃期对燃烧过程的影响：在滞燃期内的喷油量均经充分的物理和化学准备，而且此时活塞已接近上止点，气缸容积很小，一旦发火燃烧，这些可燃混合物会瞬时燃烧，使缸内的压力迅速升高到最高爆炸压力，如滞燃期过长，因参与瞬时燃烧的可燃混合气过多，压力升高过快，使柴油机工作粗暴，发生敲缸和机件损坏因此应力求缩短滞燃期。

（3）滞燃量：滞燃期内喷入的燃油量。

低速机Δi=（15-30）％Δg i，高速机Δi=（80-100）％Δg i 。 2．急燃期

从着火点（c点）开始到缸内气体压力最高点（y点）为止，称为急（速）燃期。 （1）特点：①近似等容燃烧，缸内压力升高最高爆炸压力。②是不可控燃烧。

（2）主要问题：燃烧过程速度过快，使平均压力升高率ΔP/Δ过大，而产生燃烧敲缸。ΔP/Δ是表示燃烧过程的柔和性，一般＜0.4 Mpa/˚CA。 3．缓燃期

从缸内气体压力最高点（y点）到缸内气体温度最高点（Z点）为止，称为缓燃期，

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（1）特点：①近似等压燃烧， ②是可控燃烧(负荷大小)。在缓燃期内缸内达到最高温度,，燃烧速率逐渐降低。 （2）主要矛盾：油气得到氧分子的速度赶不上燃烧速度的需要而发生不完全燃烧。为改善此阶段的燃烧质量应设法加强燃烧室内的空气扰动以及加速混合气的形成。

急燃期+缓燃期=主燃烧期 4．后燃期

缸内气体温度最高点（Z点）以后发生的燃烧过程，称为后燃期。

（1）后燃的危害：①排气温度的升高，热负荷增加，燃烧室等部件过热、可靠性降低②可靠性效率降低，油耗率增加，经济性降低。③可能引起烟囱着火造成火灾。因此应尽量缩短后燃期。（2）形成后燃的主要原因：

①喷油提前角太小②超负荷运行，喷油结束太迟。③喷油雾化不良甚至产生滴漏现象④气缸密封不好⑤燃油品质不好或雾化预热温度太低。 三、影响燃烧过程的因素

1．燃油品质

十六烷值愈高，自燃着火性能愈好，滞燃时间i愈短，燃烧过程愈平稳。但过高的十六烷值，使燃油容易在高温下裂化分解为游离碳，造成燃烧不完全，柴油机冒黑烟；十六烷值过低，会使滞燃期变长，燃油着火滞后，造成缸内最高燃烧压力和压力升高率变高，使柴油机工作变得粗暴。因此燃油的十六烷值要适当。当燃油品质发生变化时，应适当调整柴油机的参数。如当换用十六烷值较低的燃油时，应根据需要适当增大供油提前角。由柴油改烧重油时，应适当加大供油提前角。

2．换气质量

换气质量好，进入气缸的新鲜空气量多，直接影响进入气缸内的新鲜空气量多，滞燃期缩短，燃烧完全。换气质量差，则进入气缸内的新鲜空气量减少，如此时不减少喷油量，则会引起燃烧恶化，排气温度上升，严重时会冒黑烟。

3．气缸热状态

压缩终点的压力和温度高，则会使发火前的物理和化学准备过程加速，滞燃期缩短，使柴油机工作柔和；若压缩终点的压力和温度太低，则会产生着火困难并阻碍燃烧的进行。

4．燃油雾化质量

雾化质量好，将使燃烧前的准备时间缩短，i就短，柴油机工作平稳。而且，燃油细粒能与空气充分混合，容易燃烧完全，后燃期短。

5．喷油提前角

喷油提前角对柴油机的燃烧过程有直接影响。如提前角太大，则由于喷油时气缸内的压力和温度较低而使滞燃期延长，最大爆发压力及压力升高率增大，从而使柴油机工作粗暴，功率下降；若提前角太小，则会使燃烧后移，气缸内的压力和温度已下降而使滞燃期延长，并使后燃增加，热效率降低。因此每一种柴油机都有一个最佳的喷油提前角，使燃烧过程比较合理，既有较高的经济性和动力性，又能平稳运转。

同一柴油机不同负荷时有不同的最佳喷油提前角。负荷较小时，pmax较低，柴油机承受机械负荷的能力没有充分发挥，把喷油提前角适当加大，可使ge降低。

同一柴油机燃用不同的燃油，最佳喷油提前角也不同。由柴油改烧重油时，由于重油燃烧缓慢，pmax下降，主要燃烧阶段延后，后燃加重。应适当加大供油提前角，提高pmax，减少后燃，可使ge降低。】

6．柴油机的转速和负荷

柴油机转速上升，气缸漏气及散热损失减少，压缩温度和压力将上升。同时，转速升高能使喷油压力提高，燃油雾化变好，加速了着火准备过程。此外，转速升高时，燃烧室内的空气扰动加剧，促使油气混合。综上所述，转速升高能提高混合气形成的速度，使滞燃时间i有所缩短。

柴油机的负荷对滞燃期i也有间接影响。当负荷增加时，每循环喷油量增加，气缸内的总发热量也随之增加，

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使燃烧室壁温提高，使滞燃期i稍有缩短。但是在负荷增加时，因每循环喷油量增多和喷油过程的延长，总的燃烧持续期几乎是成比例增长的，其最大燃烧压力提高，后燃加剧。

四、改善燃烧质量的措施 1．运转管理方面

（1）确保换气质量良好。 （2）确保燃油喷射正常。 （3）关注所使用燃油的品质。 （4）确保气缸压缩温度。 2．日常航行管理 （1）观看排气颜色。 （2）察看各缸排气温度。 （3）测量气缸最高爆发压力。

（4）测取各缸压缩压力，可以判断各缸的压缩状态。 （5）测取各缸示功图。

（6）观看各缸冷却水出口温度。

五、柴油机排气冒烟 1．排气冒白烟 2．排气冒黑烟 1．排气冒蓝烟

思考题：

1．什么叫后燃？后燃有何危害？形成后燃的主要原因有哪些？ 2．什么叫滞燃期？滞燃期有何特点？滞燃期对燃烧过程有何影响？ 3．柴油机运行中如何判断气缸内燃烧质量的好坏？ 4．什么叫速燃期？速燃期有何特点？ 5．一个完善的燃烧过程有哪些特点？

6．柴油机不正常的排烟有几种？各是由哪些原因引起的？

单元五 喷油设备

现代船舶柴油机的燃油喷射系统绝大多数采用直接作用机械驱动式（简称直接作用式或直接喷射式），即由喷油泵排出的高压燃油直接作用于喷油器并喷入气缸。此外，还有一种间接作用式（蓄压式）喷射系统，由喷油泵排出的高压燃油，先储存在一个蓄压器内，并保持恒定压力，然后再由蓄压器分配至相应的喷油器。这种系统结构复杂，〖可靠性又差，所以未得到广泛应用〗。 直接作用式喷油设备中的喷油泵为高压柱塞泵，根据调节机构的不同，高压柱塞泵又分为回油孔调节式和回油阀调节式两大类。而喷油器均为液压启阀式。

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一、喷油泵

喷油泵分回油孔式喷油泵也称布许（Bosch）油泵和回油阀式喷油泵。 1、回油孔式喷油泵 （1） 结构：

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1- 柱塞；2- 套筒；3-调节齿套；4-调节齿条；5-弹簧下座；6-弹簧；7-导筒；8- 出油阀座；9-出接头；10-泵本体；11-定位钉；12-进接头；13-出油阀；14-出油阀弹簧；15-放气螺钉；16-卡簧；18-销钉

①柱塞和套筒偶件，两者间隙为0.0015--0.0025mm，柱塞上有直槽和斜槽，套筒上开有进油孔和回油孔 ②出油阀和出油阀座偶件 ③油量调节机构 齿条和齿套 ④传动机构 凸轮轴和凸轮 (2)工作原理

1）充油：当柱塞下行至最低位置时，套筒上的油孔被打开，燃油自进油腔被吸入套筒内腔，

2）回油：当柱塞从最低位置被喷油泵凸轮顶动开始泵油行程时，部分燃油经回油孔流回进油空间，直到柱塞上部端面将回油孔关闭，燃油才开始受压缩，如图中b）所示，这就是喷油泵的“几何供油始点”。

3）供油：柱塞继续上行，当柱塞斜槽打开回油孔时，柱塞上部的高压燃油即经柱塞头部的直槽和环形槽与回油孔相通而流回进油空间，如图中c）所示，这就是喷油泵的“几何供油终点”。 此后，柱塞再上行至行程最高位置，燃油则流回进油空间。

柱塞的有效行程：从供油始点到供油终点柱塞上行的供油行程（从柱塞上边缘遮住回油孔开始到其斜槽的下边缘又打开回油孔为止的这一段行程）。因此柱塞的斜槽与套筒上回油孔的相对位置决定了喷油量，同时也决定了喷油时间。而柱塞每转动一个位置，就有一个有效行程，故转动柱塞可以改变喷油量。

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（3）供油量的调节

转动柱塞，改变柱塞斜槽与回油孔的相对位置，从而改变供油量的大小。

回油孔式喷油泵的供油量调节有三种不同的方式：终点调节式、始点调节式及始终点调节式。回油孔式喷油泵柱塞头部因此有不同线型，

①终点调节式：喷油泵的柱塞头部结构，平顶且斜槽向下。特点是供油始点不变，终点均随负荷改变。负荷大时，供油终点滞后；负荷小时，供油终点提前。

②始点调节式：喷油泵的柱塞头部结构，平底且斜槽向上。特点是供油终点不变，始点随负荷改变。负荷大时，供油始点提前，负荷小时，供油始点滞后 ③始终点调节式：喷油泵的柱塞头部结构，有向上及向下的两条斜槽。特点是供油始点与终点均随负荷改变。负荷大时，供油始点提前，供油终点滞后；负荷小时，供油始点滞后，供油终点提前。 （4）出油阀

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出油阀的作用有蓄压、止回及减压三方面。按出油阀的卸载方式，可分为等容卸载出油阀及等压卸载出油阀两种。

①等容卸载出油阀：等容知载出油阀的优点是结构简单、性能稳定。其主要特点是，在任何转速工况下，卸载容积恒定，高压中的剩余压力随负荷的变化而变化，在低负荷时，因卸载过多，产生穴蚀。

②等压卸载出油阀：等压卸载出油阀没有减压环带，如图5-11b）所示，而是在阀的内部设有一个由卸载弹簧控制的锥形卸压阀。其主要特点是卸载压力恒定，高压中的剩余压力不随负荷的变化而变化，这样既能防止重复喷射，又能防止产生穴蚀。

（5）回油孔式喷油泵特点：结构简单，工作可靠，广泛应用于大、中、小型机上，但密封性差，柱塞易产生单面磨损。

2、回油阀式喷油泵

（1）结构特点：回油阀式喷油泵的特点是柱塞上没有斜槽，泵中设有进、回油阀，进、回油阀由柱塞通过摆杆驱动。

（2）工作原理：

（3）三种调节方法的比较与应用：

①始点调节：供油始点可调，终点不变。其供油始点速度可变，接近最大上升速度，而供油终点速度为零，因而供油始点的喷油压力足够高，供油终点的喷油压力低。应用于主机上。

②终点调节：供油始点不变，终点改变。其供油始点速度为零，而供油终点速度接近最大值，因而供油始点的喷油压力较低，而供油终点的喷油压力较高。应用于发电柴油机及高增压主机上。

③始终点调节：供油始点、终点均随负荷改变，其相应的柱塞速度均接近最大值，因而其喷油压力也足够高，具有最好的供油特性。应用于高增压主机上。 （4）回油阀式喷油泵的优缺点

与回油孔式喷油泵相比，回油阀式喷油泵有下列优点：

①密封性能好。由于其柱塞与套筒有较长的密封，故密封性能较好，足以保证较高的喷油压力。 ②耐磨性好。由于柱塞上没有斜槽。不承受测推力，所以柱塞及套筒磨损比较均匀，使用寿命较长。 3、可变喷油正时机构

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（1）VIT机构的作用：VIT机构在负荷改变时，随着喷油泵供油量改变的同时自动调整其供油提前角以保证柴油机在部分负荷运转时仍有交稿的最高爆炸压力，改善部分负荷运转时的经济性，在高负荷时控制最高爆炸压力，使之不超过标定爆压，因而VIT机构是当代新型船用柴油机采用的一种行之有效的节能措施。 （2）L-MC型柴油机的VIT机构

这种VIT机构的调节特性：

①在50% Pb负荷以下，该VIT机构失效，供油提前角θ基本不变。

②当负荷50% Pb＜P＜78% Pb时，θ递渐增大，当P=78% Pb时，PZ最大，θ也最大。 ③当负荷78% Pb＜P＜100% Pb时，PZ=Pmax，θ递渐减小。 （3）SULZER RTA型柴油机的VIT机构

这种VIT机构的调节特性：当负荷P=85% Pb时，PZ=Pmax，θ=θmax。 二、喷油器

1．作用：把喷油泵排出的高压燃油以雾状喷入气缸并与缸内空气混合形成可燃混合气。 2．要求：（1）保证良好的雾化质量和合理的油束形状。

（2）喷油开始和结束应干净利落，无滴漏和二次喷射现象。

3．工作原理：当针阀腔内的燃油压力P达到针阀开启压力P1时，作用在针阀有效面积π（D2-d2）/4上的燃油压力大于调节弹簧弹力F，此时针阀开启，由于针阀腔与油嘴的压力室相通，容积突然增大，油压瞬间有微小下降，但由于柱塞继续上升以及高压压力波的传递作用，使针阀腔内的燃油压力立即回升。针阀开启后整个针阀导杆截面为πD2/4，承受燃油压力使针阀继续上升至顶点的块处。此时燃油压力继续上升到最大喷射压力P2（为P1的2～3倍）。当喷油泵柱塞开始泄油时，燃油压力下降到P3，针阀受力面积πD2/4上小于调节弹簧弹力F时，针阀关闭，所以针阀关闭压力P3小于启阀压力P1（抬起针阀的燃油最低压力）。 4．结构型式： （1）按喷孔数目分

①单孔式：只有一个喷孔，位于喷油嘴，喷孔直径相对较大，启阀压力较低，雾化质量较差，油束分布不良，多用于小型高速机且对喷射质量要求不高的分隔式燃烧室。

②多孔式：有多个喷孔，可在喷油嘴顶端均布（用于弯流扫气）或置于喷油嘴顶端单侧（用于直流）。喷孔直径相对较小，启阀压力较高，雾化质量较好，其喷柱形状与燃烧式形状相适应，多用于中、低速机且开式燃烧室。 （2）按是否采用强制冷却分：

①冷却式：冷却介质为淡水或柴油，多用于中低速机上。 ②非冷却式：多用于小型高速机上。 （3）按调节弹簧的位置分：

①上置式：调节弹簧位于喷油器的顶端，弹簧预紧力经长顶杆作用在针阀上，因而针阀的运动惯性较大。 ②下置式：调节弹簧位于喷油器的下端，其间无长顶杆，因而针阀的运动惯性较小。 5．典型喷油器

（1）单孔式喷油器：

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主要部件：针阀与针阀体偶件、喷油嘴、针阀弹簧及喷油器本体等 启阀压力由弹簧预紧力保证，由调节螺钉调节。 （2）多孔式喷油器：

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这种喷油器的主要特点是无冷却，在柴油机运转时，燃油在喷油器体内循环，带走气缸燃气家给喷油器的热量，从而实现有效的冷却。同时循环的燃油还具有携带燃油喷射系统中的空气作用，备车期间可对喷油器进行预热。

燃油由喷油器顶部进入。当燃油压力小于2MPa时，止回阀关闭，滑阀6封闭燃油下行通道，滑阀顶部将止推座7的旁通孔开启，燃油经此旁通孔在喷油器体内循环后排出。当喷油期间油压大于2MPa时，止回阀开启，旁通孔关闭，燃油向下进入针阀3的油腔内。在燃油压力达到启阀压力时，针阀开启燃油喷入气缸。喷油器启阀压力由弹簧4预紧力即有关零件尺寸预先确定，使用中不能进行调节。 三、主要零件及其故障 1．柱塞与套筒偶件 （1）过度磨损

原因：①偶件材料②燃油品质，如粘度过低，柱塞润滑不良，燃油含硫量过大使柱塞加剧腐蚀。

危害：①会使密封性下降，造成偶件漏油、喷油压力下降、雾化不良、燃烧恶化。②各缸喷油量不均匀③喷油提前角会变小④循环供油量降低，柴油机转速下降。 （2）柱塞卡紧和咬死

原因：①燃油净化不良，油中仍有杂质颗粒②安装不正确或间隙过小③油温突变。 危害：油泵不能供油而使气缸停止工作。 2．出油阀和阀座偶件 （1）密封面磨损

危害：①密封性下降，使高压中的剩余压力下降，影响雾化质量及燃烧过程②喷油压力下降③喷油提前角会变小，④循环供油量降低，柴油机转速下降。

原因：①燃油中有杂质、②燃油的酸性腐蚀、③撞击或阀面扭曲变形等。 （2） 阀杆卡紧和咬死

原因：①润滑不良、受热不均，②阀杆及导套变形。

危害：这时将会因阀不能正确动作而发生相应的故障。例如，阀杆在阀开启位置卡死，则回油阀不能关闭，使喷油泵停止供油。 3．针阀与针阀体偶件

（1）磨损：针阀磨损的部位有两处：一是密封锥面，二是针阀柱面 ①密封锥面磨损

原因：同出油阀座磨损

危害：引起燃油滴漏，喷孔结碳。当阀座磨损而下沉时会使密封面压强变小，燃油流经锥面时的节流损失增大，使雾化质量变差。 ②柱面磨损 原因：油质不佳

危害：喷油压力下降，雾化质量变差，缸喷油量不均匀，转速不稳。 （2）针阀卡紧和咬死

原因：①燃油中大机械杂质进入针阀偶件之间②喷油器冷却不良③油温突变

危害：①针阀在关闭位置咬死，则使喷射系统中油压剧增，高压脉动强烈，高压接头漏油或破裂，喷油器发热并有异常响声。柴油机排温降低，转速降低

②针阀在开启位置咬死，则高压无脉动，燃油未经雾化即喷入气缸，燃烧恶化。柴油机排温升高，转速降低 4．喷油嘴 （1）喷孔堵塞

原因：①结碳引起。喷孔内外结碳主要是由雾化头过热引起的。喷孔内外结碳使孔径减小，射程缩短，致使燃烧

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更接近雾化头，雾化头温度更高，造成恶性循环，以致喷孔堵塞。

②燃油中的机械杂质。

危害：①使燃油雾化不良，燃烧恶化

②严重使各缸喷油量不均，转速不稳，后燃加剧。 （2）磨损

原因：①燃油中的杂质和酸性腐蚀 ②高压燃油冲刷

危害：喷孔直径增加，喷柱锥角减小，雾化不良，燃烧恶化 （3）裂纹 主要是由于受高温作用引起 5．喷油设备的穴蚀 （1）机理

在燃油喷射系统中，当某处的燃油压力下降到低于或等于该温度下的燃油汽化压力时，该处燃油就汽化而产生气泡，随后气泡在压力波的作用下破裂，并激发出很强的冲击力，作用在金属壁面上。这样反复地侵蚀，就会引起金属表面的穴蚀破坏，使喷油系统零件损坏。（2）部位

①柱塞斜槽的上方宽度为回油孔直径区域，②出油阀与阀座的密封处，③高压内壁④喷油器针阀密封处。 （3）防止措施

①选择具有合适型式和参数的出油阀，如采用更压卸载。

②合理控制卸载速度 如低压系统中的穴蚀，可通过提高进油腔的燃油压力或在回油系统中设置缓冲器的方法来解决。

四、喷油设备的检查与调整 1．喷油泵的检查与调整 （1）密封性的检查

喷油泵密封性主要检查柱塞套筒偶件、出油阀偶件及进、出油阀。

①综合检查 在排接头处装上压力表，用手摇动杠杆泵油，当油压达到说明书规定的压力时，停止泵油，保持柱塞位置。观看压力表的压力。如果在说明书规定的时间（一般为30s）内压力保持不变，则可认为喷油泵密封性良好。否则，则为密封性不良.

当发现喷油泵密封性不良时，应根据喷油泵的构造，分别对出油阀和进、回油阀以及柱塞偶件进行检查。 ②出油阀检查 出油阀的密封性检查的步骤与综合检查相同，只是在油压达到说明书规定的压力时，让柱塞自然下行，以便专门检查出油阀的密封性。

③取出出油阀检查 取出出油阀后，按综合检查的步骤进行检查，主要检查柱塞偶件及进、回油阀的密封性。

（2）供油定时的检查

①冒油法：A首先拆下第一缸供油泵上的高压B将燃油手柄置于标定供油位置C缓慢盘车至高压刚刚有油溢出立即停止盘车D此时飞轮上指针指示的刻度值即为供油提前角。对于多缸机应按法火顺序依次进行检查。

②照光法：对大型回油孔 终点调节式喷油泵，若套筒上有同样高的进、回油孔，可用照光法测量定时，如图所示。拆下泵体上与进回油孔相对应的螺钉，缓缓盘车，从油孔处用手电筒照明。当柱塞上行刚好将回油孔遮住而看不到光线时，马上停止盘车，此时飞轮上指针所指示的刻度即为该油泵的供油始点，亦即供油提前角。

③刻度线法：有些柴油机喷油泵的供油始点在泵体上装有固定和滑动标

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记。盘车时，当从窗口处看标记重合的瞬间，即为喷油泵的供油始点。此时飞轮上指针所指示的刻度即为供油提前角。

（3）供油定时的调整

1）转动凸轮法：顺着凸轮轴转动方向转动凸轮一个α角，则供油提前角由原来的β变为β+2α 逆着凸轮轴转动方向转动凸轮一个α角，则供油提前角由原来的β变为β-2α 特点：凸轮有效工作段、柱塞有效行程、供油规律均未变

2）升降柱塞法：柱塞升高，则供油提前角变大。反之，则供油提前角变小。 特点：柱塞有效行程不变、凸轮有效工作段及供油规律均改变

3）升降套筒法：套筒升高，则供油提前角变小。反之，则供油提前角变大。 特点：柱塞有效行程不变、凸轮有效工作段及供油规律均改变 升降套筒的途径：①套筒上端设有一组调节垫片，减少垫片即升高套筒②泵体下方设置多个调节垫片增加垫片即升高套筒③在套筒下部设螺旋套，用定时齿条拉动使套筒升降。

（4）供油量的检查与调整

①停油位置的检查与调节（零位检查）

停油位置检查是为了当加油手柄放在停车位置时，各喷油泵的供油量应为零，以保证实现可靠的停车。 1）回油孔式喷油泵的零位检查与调整

当燃油手柄放在停车位置时，各缸喷油齿条应处于刻度“0-2”-刻度内处。若不符合要求，应调整齿条与油量

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调节杆连接处的调节螺钉。

2）回油阀式喷油泵的零位检查与调整 Ⅰ.拆去进、回油阀和柱塞上面的零件

Ⅱ.将燃油手柄置于停车位置。盘车使凸轮位于最高位置。装在进油阀上方装千分表并调“0”（ 进油阀在关闭位）。 Ⅲ.盘车直到滚轮回到凸轮基圆上。在柱塞和回油阀上各装一个千分表并将两表读数调为零，（ 回油阀在关闭位） Ⅳ.盘车，当进油阀上方表的读数达到0.02mm时，停止盘车。（ 进油阀在关闭位）。 Ⅴ.若此时回油阀上方表的读数在0.8mm以上，表示喷油泵零位是正确的。

Ⅵ.若此时间回油阀上方表的读数在0.8mm以下，则应调节进、回油阀杆下方的调节螺钉。 ②供油量均匀性的检查和调整

1）回油孔式喷油泵供油量均匀性的检查与调整

在油泵试验台上，将油泵调节齿条或调节拉杆拉至标定供油位置，测量泵油100次或200次的供油量，观察测量值是否符合要求，每缸供油量是否相同。若不符合要求，应根据具体情况进行调整。 2）回油阀式喷油泵供油量均匀性的检查与调整

将油门手柄置于标定油门，测各缸测量柱塞的有效行程加于判断。现仍以RND-M型柴油机喷油泵为例来说明回油阀式喷油泵供油量均匀性的检查和调节方法。

Ⅰ.按上述零位检查中Ⅰ、 Ⅱ、Ⅲ步骤，在进、回油阀及柱塞上方装千分表并调零。

Ⅱ正车盘车，当进油阀上部的千分表读数为0.02mm（供油始点）时停止盘车，记下柱塞上部千分表的读数S1（无效行程）及飞轮上的读数β1。

Ⅲ继续盘车，至回油阀上方的表读数为0.02mm（供油终点）时停止盘车，记下此时柱塞上方表的读数S2

和飞轮上的读数β2。

Ⅳ柱塞有效行程Se=S2-S1，β1是供油提前角，而β2为供油终点角。若各缸柱塞的有效行程一样(小于0.02mm)，则各缸的供油量是一致的。若各缸柱塞的有效行程不一样，则可通过转动回油阀杆下的调节螺钉改变阀下顶杆长度来调节。 

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2．喷油器的检查与调整 （1）启阀压力的检查与调整

（2）密封性检查：包括针阀与针阀体柱面及针阀与针阀体锥面检查。

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（3）雾化质量的检查：雾化三要素：①雾化均匀，象春天的雾一样②经多次喷射，喷嘴只能有潮湿，不能有油滴存在③断油干脆利落，并有“吱吱”的响声。 五、喷油设备的维护与管理

1．对喷油设备需要适时进行拆检和试验，查出隐患和缺陷，及时排除。拆检时须注意清洁，清洗只准使用轻柴油（或煤油），擦拭时不得使用棉纱。装复时注意正确定位，注意各密封面处的结合，注意有关装配记号。 2．备车时应对各缸油泵逐个进行手动泵油，以便润滑柱塞偶件，检查喷油泵油量调节机构动作的准确性和可靠性。

3．长期停车之后或喷油设备经拆检重新装复之后，应注意喷油设备及燃油系统放气。 4．运转中应注意高压的脉动状态。（1）脉动突然增强，喷油泵有异响发出，则多为喷油器喷孔堵塞或针阀在关闭位置咬死所致；（2）若高压无脉动或脉动微弱，则系柱塞或针阀在开启位置咬死或喷油器弹簧折断所致；（3）若脉动频率或强度不断变化，则柱塞有卡滞现象。

5．运转中如需单缸停油，则应使用专门停油机构抬起该油泵柱塞。不可关闭喷油泵燃油进口阀，以免柱塞偶件断油缺乏燃油润滑而卡死。

6．应注意喷油器冷却状况，防止过热。

7．喷油器装入气缸盖前应检查其与缸盖配合座面的密封性，喷油器在缸盖上的固紧螺母不可预紧过度，应按说明书规定的预紧力固紧。

8．注意缸内燃烧过程的变化。如从排烟颜色、排气温度、示功图等加于判断。

思考题：

1．出油阀有何作用？

2．何谓启阀压力？平时应对喷油器进行哪些项目检查？如何检查？

3．若柴油机某缸压缩压力正常而最高爆发压力降低，排温升高，应如何进行正确调整？为什么？如本机使用终点调节式回油孔喷油泵，在上述调整之后，其供油始点、终点与柱塞的有效行程有何变化？

4．某四冲程柴油机，喷油定时检查时发现某缸喷油定时滞后60CA，该机凸轮端面有240个齿，现欲恢复其正常定时，应如何进行调整？

5．柴油机喷油设备中哪些部件容易发生穴蚀？其原因是什么？主要采取的预防措施有哪些？

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