零件裝配與結構組成

高壓柱塞式噴油泵主要組成和工作原理

 

噴油泵（又稱高壓油泵）是柴油發電機燃油供給系中最重要的部件之一，也被稱為柴油機的“心臟”。其作用是根據柴油機的工作要求及負荷，在規定的時刻將定量的柴油以一定的高壓送往噴油器。

 

一、噴油泵的基本要求

 

對噴油泵的基本要求主要有以下幾個方面。

①嚴格按照規定的供油時刻開始供油，并有一定的供油延續時間。

②根據柴油機負荷的大小供給相應的油量。負荷大時，供油量增多；負荷小時，供油量應相應地減少。

③根據柴油機燃燒室的形式和混合氣形成方式的不同，噴油泵必須向噴油器供給一定壓力的柴油，以獲得良好的噴霧質量。

④供油開始和結束要求迅速干脆，防止供油停止后噴油器滴油或出現不正常噴射，影響噴油器的使用壽命。

對于多缸柴油機的噴油泵，還要求各缸的供油次序應符合選定的發動機發火次序，各缸的供油時刻、供油量和供油壓力等參數盡量相同，以保證各缸工作的均勻性。

噴油泵的結構形式很多，按作用原理的不同，大體可分為四類：柱塞式噴油泵、分配式噴油泵、泵-噴嘴和PT泵。目前，在柴油發電機組中應用最廣泛的是柱塞式噴油泵。這種噴油泵結構簡單緊湊、便于維修、使用可靠、供油量調節比較精確。

 

二、柱塞式噴油泵的基本構造

 

柱塞式噴油泵是利用柱塞在柱塞套筒內做往復運動進行吸油和壓油。柱塞與柱塞套筒合稱為柱塞偶件（或柱塞副），每一柱塞副只向一個氣缸供油。根據其構造不同，柱塞式噴油泵又分為單體式和整體式兩種。單體式噴油泵的所有零件都裝在泵體中，其噴油泵凸輪通常和配氣凸輪做在一根軸上，調速器裝在機體內。這種噴油泵主要用于單缸或兩缸柴油機。整體式噴油泵是把幾組泵油元件（分泵）共同裝入一個泵體內，由一根噴油泵凸輪軸驅動所構成的總泵。柱塞式噴油泵通常由泵體、泵油機構、油量控制機構及傳動機構等組成。

 

圖1 柴油發電機柱塞式噴油泵分泵 1-出油閥緊座；2-出油閥彈簧；3-出油閥；4-出油閥座；5-墊片；6-柱塞套筒； 7-柱塞；8-柱塞彈簧；9-彈簧座；10-滾輪體；11-凸輪；12-滾輪； 13-調節臂；14-供油拉桿；15-調節叉；16-夾緊螺釘；17-墊片；18-定位螺釘

 

 

泵油機構是噴油泵的主體，在多缸泵中又稱為分泵，圖1為一個分泵的構造圖。泵油機構主要由柱塞偶件（柱塞7和柱塞套筒6）和出油閥偶件（出油閥3和出油閥座4）組成。柱塞為一光滑的圓柱體，在上部銑有斜槽，槽中鉆有徑向孔并與中心的軸向孔連通。柱塞下部固定有調節臂13，可通過它轉動柱塞。在柱塞套筒不同高度上鉆有兩個小孔，上面的為進油孔，下面的為回油孔。兩孔均與泵體中的低壓油腔相通。柱塞上部有出油閥3，由出油閥彈簧2壓緊在出油閥座4上。柱塞下端與裝在滾輪體10中的墊塊相接觸。柱塞彈簧8通過彈簧座9將柱塞推向下方，并使滾輪12保持與凸輪軸上的凸輪11相接觸。噴油泵凸輪軸由曲軸驅動。對于四沖程柴油機，曲軸轉兩周，噴油泵凸輪軸轉一周。

 

三、 柱塞式噴油泵的工作原理

 

①進油過程

當噴油泵凸輪軸由曲軸驅動旋轉時，如果凸輪的凸起部分尚未與滾輪相接觸，柱塞則在柱塞彈簧8的作用下處于最下端位置。這時柴油從低壓油腔經進油孔流入柱塞上方的柱塞套筒內。

②壓油與供油過程

隨著凸輪的凸起部分與滾輪相接觸，柱塞開始上移，直至柱塞上端面將進油孔完全遮蔽時，柱塞上部成為密閉的空間。隨著柱塞繼續上升，柴油受到壓縮，油壓迅速升高。柱塞上部的出油閥在油壓達到一定值時即被頂開，高壓的柴油即經高壓油管流向噴油器。當柱塞繼續上行，噴油泵繼續供油。

③停止供油過程

當柱塞上行到斜槽的上邊沿與回油孔的下邊沿相通時，供油過程即告結束。隨后回油孔與斜槽相通，柱塞上部的高壓油即通過柱塞中心的油孔和斜槽中的徑向孔流入低壓油腔，柴油壓力迅速降低，出油閥在出油閥彈簧2的作用下落入出油閥座，這時噴油泵停止向噴油器供油。當凸輪的最高點越過滾柱后，隨著凸輪的轉動，柱塞在柱塞彈簧8的作用下逐漸下落，當柱塞上端低于進油孔時，柴油又開始流入套筒內。

柱塞自開始供油到供油停止這一段距離稱為有效壓油行程，簡稱有效行程。顯然，改變有效壓油行程也就是改變了供油量。由噴油泵的工作過程可知：噴油泵凸輪軸每轉一轉，泵油機構通過噴油器可向燃燒室供油一次。

為了深入了解柱塞式噴油泵的工作原理與特點，下面逐項說明這種噴油泵是如何滿足柴油機的工作要求的。

（1）定時供油的保證

噴油提前角是影響柴油機性能的重要參數，不同類型的柴油機對噴油提前角的大小有不同的要求。噴油泵必須嚴格保證在規定的時刻開始供油。

噴油器一般在壓縮上止點前向燃燒室噴油。由于噴油器伸入燃燒室內，噴油時刻在一般條件下難以觀察和

測定，因此對于每種柴油機只規定供油提前角。所謂供油提前角是指噴油泵開始向高壓油管供油時刻至壓縮上止點這段時間，用曲軸轉角0（℃A）來表示。當轉動曲軸時，同時觀察出油閥出口處的油面，當油面開始波動的瞬間即為供油開始時刻。

從工作過程可知：供油開始是在柱塞上端面完全遮蔽進油孔時，此時所對應的曲軸轉角即為供油提前角。實際上這一角度主要取決于噴油泵凸輪軸上的齒輪與曲軸驅動齒輪的相對位置。通常在這兩個齒輪上做有記號，當噴油泵往機體上安裝時，必須將記號對準。

對于多缸噴油泵，如噴油泵凸輪軸位置已定，而有些缸的供油時刻有差別時，則需要對各分泵的調節機構進行調整。調整的方法因結構不同而異。

（2）供油量的調節

噴油泵向噴油器供給的柴油量主要取決于柱塞的有效行程和柱塞的直徑，其數值等于柱塞開始壓油時，回油孔處斜槽的下邊緣至回油孔下邊緣的距離（圖2中的h）。此距離愈長，有效行程愈長，則供油量愈大，而這一距離的長短則可通過轉動柱塞加以改變。油量控制機構就是根據柴油機負荷的大小，轉動柱塞來調節供油量，使其與負荷相適應。

油量控制機構有兩種形式：齒桿式和撥叉式。

 

圖2 柴油發電機改變供油行程示意圖

 

① 齒桿式油量控制機構

目前應用廣泛，其結構如圖3所示。柱塞下端有條狀凸塊伸入套筒2的缺口內，套筒2則松套在柱塞套筒5的外面。套筒2的上部用固緊螺釘6鎖緊一個可調齒圈3，可調齒圈3與齒桿4相嚙合。移動齒桿4即可改變供油量。當需要調整某缸供油量時，先松開可調齒圈3的固緊螺釘6，然后轉動套筒2，帶動柱塞相對于齒圈轉動一定角度，再將齒圈固定即可。這種油量控制機構傳動平穩、工作可靠，但結構較復雜。

 

圖3 柴油發電機齒桿式油量控制機構.

 

② 撥叉式油量控制機構

（如圖4所示）主要由供油拉桿5、調節叉10和調節臂1等組成。當供油拉桿5移動時，固定在拉桿上的調節叉10隨即撥動調節臂1，使柱塞2隨之一起轉動，從而改變供油量。柱塞2僅轉動很小角度就能使供油量改變很大，因此撥叉式油量控制機構對供油量的調節十分靈敏。其結構簡單、制造容易，適用于中小型柴油機。

在柱塞直徑一定時，有效行程愈長，供油量愈大，噴油延續時間愈長。噴油延續時間過長，則會由于后期噴入的燃料不能充分燃燒而使柴油機性能惡化。因此，供油量較大的柴油機，必須選用較大的柱塞直徑。

對于多缸噴油泵，如各缸的供油量不一致時，必須進行調整。調整的方法因結構不同而異。如采用撥叉式油量控制機構，則可通過改變調節叉在拉桿上的位置來調整供油量。

 

圖4 柴油發電機撥叉式油量控制機構

 

（3）供油壓力的保證

為了得到良好的霧化質量，柴油機的噴油壓力高達12～100MPa。要建立這么高的燃油壓力，柱塞上部油腔及與噴油器連通的部分必須有良好的密封性，這就要求柱塞與柱塞套筒之間有很高的配合精度，通常它們之間的間隙僅有0.0015～0.0025mm。因此，柱塞偶件（副）都是通過成對選配并進行研磨而成，偶件中的任一零不能與其他零件互換。

噴油泵柱塞偶件的密封性是保證較高供油壓力的基本條件，而實際的噴油壓力則由噴油器的調節彈簧所限定。調整該調壓彈簧的預緊力就可以改變噴油壓力的高低。

（4）供油干脆

供油干脆即供油迅速開始和斷然結束。在柱塞偶件的上端面上，裝有另一副精密偶件（出油閥與出油閥座），稱為出油閥副，其構造如圖5所示。出油閥的主要作用就是使噴油泵供油開始及時迅速而停油干脆利落。

 

圖5 柴油發電機出油閥及閥座

 

出油閥上部有一圓錐面，出油閥彈簧將此錐面壓緊在出油閥座上，使柱塞上部空間與高壓油管隔斷。錐面下部有一圓柱形的環帶3稱為減壓環帶，減壓環帶與出油閥座的內孔精密配合，也具有密封作用。減壓環帶下面的閥桿上銑有四個直槽，使斷面呈十字形。十字部分在出油閥升降時起導向作用，而四個溝槽則是柴油的通路。

當柱塞開始壓油至柴油壓力超過出油閥彈簧彈力時，出油閥開始升起，但并不出油，當出油閥升至減壓環帶下邊緣離開出油閥座孔時，高壓柴油才通過十字槽、高壓油管流向噴油器，使供油迅速開始。

當柱塞斜槽邊緣與回油孔接通時，高壓柴油即倒流入低壓油腔內。出油閥在出油閥彈簧及高壓柴油的共同作用下迅速下落，高壓油管中的油壓迅速降低。

當減壓環帶的下邊緣進入出油閥座的內孔時，柱塞上部的油腔即與高壓油管隔斷。隨著出油閥的繼續下落直至圓錐面落座，出油閥上方的高壓油腔讓出了一部分容積，因而高壓油管中的油腔容積突然增大，油壓又迅速降低，噴油立即停止，這就保證了噴油后期燃油的霧化質量，同時防止出現二次噴射和滴漏現象。此外，由于出油閥錐面與閥座配合嚴密，高壓油管中能保留一定量的柴油和保持一定的剩余壓力，使下次供油比較迅速，且供油量較為均勻穩定。如減壓環帶磨損或間隙過大，使密封不良，就會導致柴油機工作性能惡化。出油閥副也是成對進行選配并精細研磨而成的偶件，在使用時不能隨意更換。

 

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