船舶柴油机喷油器的结构和工作原理

船舶柴油机喷油器的结构和工作原理

船舶柴油机的喷油器是燃油喷射系统中的关键组件，其作用是将高压燃油以雾状喷入气缸，形成可燃混合气。喷油器的性能直接影响柴油机的燃烧效率和排放水平。本文将详细介绍喷油器的结构和工作原理，帮助读者深入了解这一重要部件的工作机制。

一、喷油器的作用和分类

（一）喷油器的作用

在柴油机燃油喷射系统中，喷油泵负责向喷油器输送定时、定压、定量的燃油。喷油器的主要作用是将这些高压燃油以雾状喷入气缸，促进燃油与空气的充分混合，形成可燃混合气。为了实现这一目标，喷油器需要满足以下三个要求：

1. 雾化质量好：喷出的燃油颗粒要足够细小。
2. 油束形状合理：避免油束过长过宽，防止喷到燃烧室内壁。
3. 喷油开始和结束利落：无滴漏和二次喷射现象。

（二）喷油器的种类

喷油器主要分为开式和闭式两大类：

• 闭式喷油器：采用液压起阀式设计，核心部件是针阀和针阀体。这种喷油器在燃油压力达到一定值时才会开启针阀开始喷油，不喷油时能有效隔绝燃油和燃烧室。闭式喷油器雾化质量好，应用广泛。

• 开式喷油器：没有针阀控制燃油压力，通常在喷孔后装有止回阀，以防止烟气回流。这种喷油器结构简单，但由于缺乏针阀控制，容易出现滴油现象，雾化和喷射性能较差，目前在船用柴油机中已很少使用。

根据喷孔数目，喷油器还可分为单孔式和多孔式：

• 多孔式喷油器：喷出的油粒细、锥角大，适用于大型低速柴油机。
• 单孔喷油器：多为轴针式设计，孔位于喷嘴中央，启阀压力较低，雾化质量较差，主要用于小型高速柴油机。

此外，根据调压弹簧的位置，喷油器还可分为弹簧上置式和弹簧下置式。其中，弹簧下置式喷油器由于针阀运动惯性小，应用更为广泛。

二、喷油器的结构

喷油器主要由以下几部分组成：

1. 喷油嘴：包含精密偶件（针阀和针阀套）和喷油器座，通过螺母固定在喷油器本体上。
2. 喷油器本体：承载喷油嘴和其他组件。
3. 调压件：控制喷油压力。
4. 针阀：控制燃油喷射的关键部件。
5. 针阀体：与针阀配合工作。
6. 弹簧：提供针阀关闭时的预紧力。
7. 止推座：支撑针阀运动。
8. 止回阀体：防止燃油回流。

三、喷油器的工作原理

1. 传统结构喷油器工作原理

柱塞在凸轮和滚轮、弹簧的共同作用下上下往复运动。当柱塞上行至供油行程时，压缩燃油产生高压，打开出油阀，燃油经高压油管进入喷油泵。燃油作用在喷油泵针阀的锥面上，克服针阀弹簧的压力，打开针阀，燃油经喷油孔喷射入气缸。

喷油器的回油主要来自两个方面的泄漏：针阀与针阀体之间的磨损泄漏，以及针阀体与喷油器本体断面的划痕或破坏导致的泄漏。这些泄漏的燃油通过顶杆和内部孔道，最终经回油管返回油箱。

2. 典型结构喷油器工作原理

典型结构喷油器的工作过程可分为三个阶段：

1. 当喷油泵未供高压燃油时（进油油压为0.7~0.8MPa），燃油通过回油管回流，止回阀关闭，针阀关闭。
2. 当喷油泵提供高压燃油（2MPa ≤ P < 30MPa）时，止回阀打开，但针阀仍处于关闭状态。
3. 当燃油压力达到30MPa以上时，止回阀和针阀同时打开，燃油喷射入气缸。值得注意的是，止回阀先于针阀开启，而针阀先于止回阀关闭，这种设计有助于提高喷油的精确性和控制性。