康明斯动力设备（深圳）有限公司

 

零件装配与结构组成

柴油机柱塞式喷油泵的工作原理和结构图

 

摘要：柴油机高压燃油供给系统主要由喷油泵、喷油器等组成，其结构形式很多。喷油泵按其结构和工作大体可分为三类：柱塞式喷油泵、喷油泵一喷油器和分配式喷油泵。柱塞式喷油泵性能良好，使用可靠耐久，维修方便，为目前大多数柴油机所采用。康明斯公司在本节中主要介绍柱塞式喷油泵。

 

一、喷油泵的功能与基本要求

 

      喷油泵（又称高压油泵）是柴油机的“心脏”，是柴油机燃料供给系统中的最重要的部件。其功能是提高柴油机的压力，并根据柴油机工作过程的要求，定时、定量地向燃烧室输送燃油。

1、喷油泵的作用

（1）提高油压（定压）：

      将输油泵送来的低压油提高到一定的压力，然后通过高压油管输送到喷油器，以获得良好的喷雾质量。喷油压力一般为10MPa～20MPa。

（2）控制喷油时间（定时）：

      规定的时间喷油和停止喷油。

（3）控制喷油量（定量）：

      根据柴油机的工作情况，改变喷油量的多少，以调节柴油机的转速和功率。

2、对喷油泵的基本要求

（1）根据柴油机工作循环要求，定时供给燃油。

（2）根据柴油机工作负荷大小，定量供给燃油，负荷大时供油量增多，反之则减少，并保证各缸供油均匀，一般要求各缸差别不超过3%。

（3）供油既要求能急速开始，又能保证停油迅速，避免喷油器产生滴漏现象。喷油泵的结构形式很多，目前常用的喷油泵是利用柱塞上下运动来泵送柴油，故称柱塞式喷油泵。

 

二、喷油泵的构造

 

      图1所示是喷油泵构造示意图。柱塞式油泵是利用柱塞在套筒内上下移动来泵油的。套筒为一光滑的圆柱筒，上部有进油孔。套筒装在油泵壳体内，油孔与泵体内的低压油道相通。柱塞为一光滑的圆柱体，它的上部开有直槽和螺旋槽，下端有凸块和小头。柱塞装在套筒内，两者之间配合精度高、间隙小（一般为0.0015～0.0025mm）。为了保证获得高压，又要保证柱塞偶件间必要的润滑间隙，柱塞偶件都经过研磨选配成对，不能互换。

1、出油阀

（1）出油阀作用

      出油阀的功用是保证喷油泵供油急速开始，又能立即停止，以避免因动作迟缓造成喷油器出现滴漏现象。 

（2）出油阀的结构

      出油阀的结构如图3所示。它是一个单向阀，装在柱塞偶件上面。出油阀和阀座为精密偶件，在弹簧的弹力作用下，出油阀上部圆锥面与阀座紧密配合。其功能是在停止供油时，将高压油管与柱塞上端空腔隔绝，防止高压油管内的油液倒流至喷油泵内。锥面下部为一圆柱形的减压环带，下面铣有油槽，是出油阀的导向部分。油槽断面呈十字形，柴油可经油槽流过。

（3）工作过程

      当喷油泵套筒内柴油达到一定压力后，将出油阀推开，使减压环带离开座孔，柴油经油槽进入高压油管，使喷油器喷油。供油结束时，泵油室内压力迅速下降，出油阀在弹簧压力作用下迅速下降。当减压环带进入座孔时，使高压油管和泵油室隔绝，再继续下降，直到与密封锥面相接触。由于减压环带所让出的容积使高压油管内容积增大压力迅速下降，喷油器立即停止喷油，防止喷孔出现滴油现象。

      出油阀偶件经过研磨加工，选配成对，使用时不能互换。

2、凸轮轴

      喷油泵的驱动机构包括凸轮轴和挺柱组件。凸轮轴的前、后端通过滚动轴承支承在喷油泵体上。凸轮轴上凸轮的数目与喷油泵的柱塞偶件数相同，各凸轮间的夹角与配套柴油机的气缸数有关，并与气缸工作顺序相适应。

      凸轮轴一般由曲轴定时齿轮驱动，四冲程柴油机喷油泵凸轮轴的转速是曲轴转速的一半，以实现在凸轮轴一转之内向各气缸供油一次。挺柱体部件安装在喷油泵体上的挺柱孔内。 柱塞在供油时产生的高压对凸轮的作用力最大，应力最高。在一定负荷下，与滚轮相接触的凸轮表面曲率半径越小，其产生的接触应力越大。为了防止凸轮顶部小圆接触应力过大而产生早期损坏，一般要求柱塞供油结束点要落在小圆弧之前，并保证供油终点时柱塞的升程与最大速度时柱塞的升程之差S大于0.3mm。因此，在油泵的调试中，如果不能保证规定的供油起始角，而把起始角调整得过小，就有可能使供油终点落到凸轮小圆弧段上，这样不但影响柴油机的性能，而且还会使凸轮的寿命降低。

      凸轮轴的功能是保证喷油泵按一定顺序和规律供油。凸轮轴由凸轮、输油泵偏心轮和轴颈等组成。它通过本身的齿轮由曲轴齿轮或中间齿轮等传动装置带动而工作，其转速为发动机曲轴转速的一半，凸轮的排列顺序和发动机的工作次序相同，它的间隔角度为发动机做功间隔角度的一半。为了保证供油准时，维修时不致弄错，在凸轮轴与曲轴齿轮或齿轮之间都做有正时位置的记号。

 

图3 喷油泵出油阀结构图

图4  柱塞式喷油泵的构造组成（凸轮位置）

 

 

三、喷油泵工作原理与特点

 

1、工作过程

① 进油过程。

      喷油泵凸轮由曲轴带动，当凸轮尖离开推杆时，柱塞在弹簧的作用下向下移动，套筒上部空间增大，形成真空。当柱塞下移让开套筒进油孔时，柴油被吸入并充满柱塞上部空间，这个过程即为进油过程，如图2（a）所示。

② 压油过程。

      当凸轮继续转动，顶起推杆时，柱塞上行。当套筒上的油孔被柱塞封闭时，柴油开始受压缩，油压逐渐升高。当达到一定压力时将出油阀顶开，高压柴油经油管送到喷油器。这个过程称为压油过程（亦称供油过程），如图2（b）所示。

③ 回油过程。

      当柱塞上行至一定高度，柱塞上的螺旋槽与套筒上的油孔相对时，套筒内柱塞上部空间的柴油便通过油槽流回油孔，造成回油，压力立即下降，出油阀在弹簧的作用下迅速下落，关闭出油口，停止供油。这时虽然柱塞继续上行，但是不供油，如图2（c）所示。柱塞从供油开始到供油结束时的行程叫柱塞有效行程，如图2（d）所示。

2、供油特点

      从上述过程中，可以看出柱塞式喷油泵的供油过程具有以下两个特点：

① 柱塞往复运动总行程L是不变的，由凸轮的升程所决定。

② 柱塞每循环的供油量大小决定于有效行程，即决定于柱塞顶面至回油孔上缘所对斜槽边缘的距离。因为切槽是斜的，所以推动柱塞就可以改变供油行程。

 

图1 单体式高压油泵结构图

图2 柱塞式喷油泵的工作原理图

 

 

总结：

      根据柴油机单缸功率范围对供油量的不同要求，以几种柱塞行程为基础，把喷油泵分成几种系列，再分别配以不同直径的柱塞，组成若干种循环供油量不等的喷油泵，使喷油泵系列化，以满足柴油机不同功率机型的要求，有利于喷油泵的制造与维修。国产I、II、II号系列泵已大批生产，并广泛应用于中、小型柴油机。

 

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