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零件装配与结构组成

高压柱塞式喷油泵主要组成和工作原理

 

喷油泵（又称高压油泵）是柴油发电机燃油供给系中最重要的部件之一，也被称为柴油机的“心脏”。其作用是根据柴油机的工作要求及负荷，在规定的时刻将定量的柴油以一定的高压送往喷油器。

 

一、喷油泵的基本要求

 

对喷油泵的基本要求主要有以下几个方面。

①严格按照规定的供油时刻开始供油，并有一定的供油延续时间。

②根据柴油机负荷的大小供给相应的油量。负荷大时，供油量增多；负荷小时，供油量应相应地减少。

③根据柴油机燃烧室的形式和混合气形成方式的不同，喷油泵必须向喷油器供给一定压力的柴油，以获得良好的喷雾质量。

④供油开始和结束要求迅速干脆，防止供油停止后喷油器滴油或出现不正常喷射，影响喷油器的使用寿命。

对于多缸柴油机的喷油泵，还要求各缸的供油次序应符合选定的发动机发火次序，各缸的供油时刻、供油量和供油压力等参数尽量相同，以保证各缸工作的均匀性。

喷油泵的结构形式很多，按作用原理的不同，大体可分为四类：柱塞式喷油泵、分配式喷油泵、泵-喷嘴和PT泵。目前，在柴油发电机组中应用最广泛的是柱塞式喷油泵。这种喷油泵结构简单紧凑、便于维修、使用可靠、供油量调节比较精确。

 

二、柱塞式喷油泵的基本构造

 

柱塞式喷油泵是利用柱塞在柱塞套筒内做往复运动进行吸油和压油。柱塞与柱塞套筒合称为柱塞偶件（或柱塞副），每一柱塞副只向一个气缸供油。根据其构造不同，柱塞式喷油泵又分为单体式和整体式两种。单体式喷油泵的所有零件都装在泵体中，其喷油泵凸轮通常和配气凸轮做在一根轴上，调速器装在机体内。这种喷油泵主要用于单缸或两缸柴油机。整体式喷油泵是把几组泵油元件（分泵）共同装入一个泵体内，由一根喷油泵凸轮轴驱动所构成的总泵。柱塞式喷油泵通常由泵体、泵油机构、油量控制机构及传动机构等组成。

 

图1 柴油发电机柱塞式喷油泵分泵 1-出油阀紧座；2-出油阀弹簧；3-出油阀；4-出油阀座；5-垫片；6-柱塞套筒； 7-柱塞；8-柱塞弹簧；9-弹簧座；10-滚轮体；11-凸轮；12-滚轮； 13-调节臂；14-供油拉杆；15-调节叉；16-夹紧螺钉；17-垫片；18-定位螺钉

 

 

泵油机构是喷油泵的主体，在多缸泵中又称为分泵，图1为一个分泵的构造图。泵油机构主要由柱塞偶件（柱塞7和柱塞套筒6）和出油阀偶件（出油阀3和出油阀座4）组成。柱塞为一光滑的圆柱体，在上部铣有斜槽，槽中钻有径向孔并与中心的轴向孔连通。柱塞下部固定有调节臂13，可通过它转动柱塞。在柱塞套筒不同高度上钻有两个小孔，上面的为进油孔，下面的为回油孔。两孔均与泵体中的低压油腔相通。柱塞上部有出油阀3，由出油阀弹簧2压紧在出油阀座4上。柱塞下端与装在滚轮体10中的垫块相接触。柱塞弹簧8通过弹簧座9将柱塞推向下方，并使滚轮12保持与凸轮轴上的凸轮11相接触。喷油泵凸轮轴由曲轴驱动。对于四冲程柴油机，曲轴转两周，喷油泵凸轮轴转一周。

 

三、 柱塞式喷油泵的工作原理

 

①进油过程

当喷油泵凸轮轴由曲轴驱动旋转时，如果凸轮的凸起部分尚未与滚轮相接触，柱塞则在柱塞弹簧8的作用下处于最下端位置。这时柴油从低压油腔经进油孔流入柱塞上方的柱塞套筒内。

②压油与供油过程

随着凸轮的凸起部分与滚轮相接触，柱塞开始上移，直至柱塞上端面将进油孔完全遮蔽时，柱塞上部成为密闭的空间。随着柱塞继续上升，柴油受到压缩，油压迅速升高。柱塞上部的出油阀在油压达到一定值时即被顶开，高压的柴油即经高压油管流向喷油器。当柱塞继续上行，喷油泵继续供油。

③停止供油过程

当柱塞上行到斜槽的上边沿与回油孔的下边沿相通时，供油过程即告结束。随后回油孔与斜槽相通，柱塞上部的高压油即通过柱塞中心的油孔和斜槽中的径向孔流入低压油腔，柴油压力迅速降低，出油阀在出油阀弹簧2的作用下落入出油阀座，这时喷油泵停止向喷油器供油。当凸轮的最高点越过滚柱后，随着凸轮的转动，柱塞在柱塞弹簧8的作用下逐渐下落，当柱塞上端低于进油孔时，柴油又开始流入套筒内。

柱塞自开始供油到供油停止这一段距离称为有效压油行程，简称有效行程。显然，改变有效压油行程也就是改变了供油量。由喷油泵的工作过程可知：喷油泵凸轮轴每转一转，泵油机构通过喷油器可向燃烧室供油一次。

为了深入了解柱塞式喷油泵的工作原理与特点，下面逐项说明这种喷油泵是如何满足柴油机的工作要求的。

（1）定时供油的保证

喷油提前角是影响柴油机性能的重要参数，不同类型的柴油机对喷油提前角的大小有不同的要求。喷油泵必须严格保证在规定的时刻开始供油。

喷油器一般在压缩上止点前向燃烧室喷油。由于喷油器伸入燃烧室内，喷油时刻在一般条件下难以观察和

测定，因此对于每种柴油机只规定供油提前角。所谓供油提前角是指喷油泵开始向高压油管供油时刻至压缩上止点这段时间，用曲轴转角0（℃A）来表示。当转动曲轴时，同时观察出油阀出口处的油面，当油面开始波动的瞬间即为供油开始时刻。

从工作过程可知：供油开始是在柱塞上端面完全遮蔽进油孔时，此时所对应的曲轴转角即为供油提前角。实际上这一角度主要取决于喷油泵凸轮轴上的齿轮与曲轴驱动齿轮的相对位置。通常在这两个齿轮上做有记号，当喷油泵往机体上安装时，必须将记号对准。

对于多缸喷油泵，如喷油泵凸轮轴位置已定，而有些缸的供油时刻有差别时，则需要对各分泵的调节机构进行调整。调整的方法因结构不同而异。

（2）供油量的调节

喷油泵向喷油器供给的柴油量主要取决于柱塞的有效行程和柱塞的直径，其数值等于柱塞开始压油时，回油孔处斜槽的下边缘至回油孔下边缘的距离（图2中的h）。此距离愈长，有效行程愈长，则供油量愈大，而这一距离的长短则可通过转动柱塞加以改变。油量控制机构就是根据柴油机负荷的大小，转动柱塞来调节供油量，使其与负荷相适应。

油量控制机构有两种形式：齿杆式和拨叉式。

 

图2 柴油发电机改变供油行程示意图

 

① 齿杆式油量控制机构

目前应用广泛，其结构如图3所示。柱塞下端有条状凸块伸入套筒2的缺口内，套筒2则松套在柱塞套筒5的外面。套筒2的上部用固紧螺钉6锁紧一个可调齿圈3，可调齿圈3与齿杆4相啮合。移动齿杆4即可改变供油量。当需要调整某缸供油量时，先松开可调齿圈3的固紧螺钉6，然后转动套筒2，带动柱塞相对于齿圈转动一定角度，再将齿圈固定即可。这种油量控制机构传动平稳、工作可靠，但结构较复杂。

 

图3 柴油发电机齿杆式油量控制机构.

 

② 拨叉式油量控制机构

（如图4所示）主要由供油拉杆5、调节叉10和调节臂1等组成。当供油拉杆5移动时，固定在拉杆上的调节叉10随即拨动调节臂1，使柱塞2随之一起转动，从而改变供油量。柱塞2仅转动很小角度就能使供油量改变很大，因此拨叉式油量控制机构对供油量的调节十分灵敏。其结构简单、制造容易，适用于中小型柴油机。

在柱塞直径一定时，有效行程愈长，供油量愈大，喷油延续时间愈长。喷油延续时间过长，则会由于后期喷入的燃料不能充分燃烧而使柴油机性能恶化。因此，供油量较大的柴油机，必须选用较大的柱塞直径。

对于多缸喷油泵，如各缸的供油量不一致时，必须进行调整。调整的方法因结构不同而异。如采用拨叉式油量控制机构，则可通过改变调节叉在拉杆上的位置来调整供油量。

 

图4 柴油发电机拨叉式油量控制机构

 

（3）供油压力的保证

为了得到良好的雾化质量，柴油机的喷油压力高达12～100MPa。要建立这么高的燃油压力，柱塞上部油腔及与喷油器连通的部分必须有良好的密封性，这就要求柱塞与柱塞套筒之间有很高的配合精度，通常它们之间的间隙仅有0.0015～0.0025mm。因此，柱塞偶件（副）都是通过成对选配并进行研磨而成，偶件中的任一零不能与其他零件互换。

喷油泵柱塞偶件的密封性是保证较高供油压力的基本条件，而实际的喷油压力则由喷油器的调节弹簧所限定。调整该调压弹簧的预紧力就可以改变喷油压力的高低。

（4）供油干脆

供油干脆即供油迅速开始和断然结束。在柱塞偶件的上端面上，装有另一副精密偶件（出油阀与出油阀座），称为出油阀副，其构造如图5所示。出油阀的主要作用就是使喷油泵供油开始及时迅速而停油干脆利落。

 

图5 柴油发电机出油阀及阀座

 

出油阀上部有一圆锥面，出油阀弹簧将此锥面压紧在出油阀座上，使柱塞上部空间与高压油管隔断。锥面下部有一圆柱形的环带3称为减压环带，减压环带与出油阀座的内孔精密配合，也具有密封作用。减压环带下面的阀杆上铣有四个直槽，使断面呈十字形。十字部分在出油阀升降时起导向作用，而四个沟槽则是柴油的通路。

当柱塞开始压油至柴油压力超过出油阀弹簧弹力时，出油阀开始升起，但并不出油，当出油阀升至减压环带下边缘离开出油阀座孔时，高压柴油才通过十字槽、高压油管流向喷油器，使供油迅速开始。

当柱塞斜槽边缘与回油孔接通时，高压柴油即倒流入低压油腔内。出油阀在出油阀弹簧及高压柴油的共同作用下迅速下落，高压油管中的油压迅速降低。

当减压环带的下边缘进入出油阀座的内孔时，柱塞上部的油腔即与高压油管隔断。随着出油阀的继续下落直至圆锥面落座，出油阀上方的高压油腔让出了一部分容积，因而高压油管中的油腔容积突然增大，油压又迅速降低，喷油立即停止，这就保证了喷油后期燃油的雾化质量，同时防止出现二次喷射和滴漏现象。此外，由于出油阀锥面与阀座配合严密，高压油管中能保留一定量的柴油和保持一定的剩余压力，使下次供油比较迅速，且供油量较为均匀稳定。如减压环带磨损或间隙过大，使密封不良，就会导致柴油机工作性能恶化。出油阀副也是成对进行选配并精细研磨而成的偶件，在使用时不能随意更换。

 

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