摘要：柴油发电机经长期运行后，其润滑系统的各零部件因磨损、蚀损或堵塞等会产生各类故障。机油泵作为润滑系统中最核心的部件，其零件磨损会导致出油量和出油压力降低；各密封面、阀门蚀损、变形、弹簧弹力减弱、油管破裂、凹瘪及接头损坏会造成漏油。因此，应定期对润滑系统进行检查和性能试验，以测量机油泵泵出流量随转速、油压和油温变化的特性关系，评估机油泵是否存在气蚀风险，分析泄压阀特性，从而提前发现机油泵的功能隐患。本文系统阐述齿轮式机油泵的结构与原理、检查方法、性能试验流程及结果分析，为柴油发电机机油泵的维护与故障诊断提供技术参考。
一、机油泵结构和原理
机油泵的作用是将油底壳里的机油压送到滤清器，并使机油经过滤清器后仍能可靠地输送到各个润滑油道和各运动件的摩擦表面。目前，柴油机上采用的机油泵有齿轮式和转子式两种，其中齿轮式机油泵因结构简单、工作可靠、制造方便、使用寿命长等优点，在中大型柴油发电机上得到了最为广泛的应用。本文以齿轮式机油泵为例，其外形如图1所示，结构如图2所示。
1. 齿轮式机油泵的结构
齿轮式机油泵主要由主动齿轮、从动齿轮、泵体、机油泵盖、从动轴、主动轴推力轴承和传动齿轮等零件组成。
主动轴经半圆键安装在主动齿轮上，主动轴由泵体与机油泵前盖上的铜基粉末冶金衬套或滚针轴承支撑。从动齿轮套装在从动轴上，从动轴压装在泵体内（部分机型从动轴在泵体内可浮动）。泵体与泵盖之间的配合由两个定位销精确定位，在两者之间装有纸质或金属复合垫片，并可通过改变垫片厚度的方法来调整齿轮端面与泵盖之间的轴向间隙。
该轴向间隙是影响机油泵容积效率的关键参数——若间隙过大，高压腔机油通过端面缝隙向低压腔泄漏量增加，导致机油压力降低、泵油效率下降；反之，若间隙过小，则会导致机油泵转动时摩擦阻力增大，加速齿轮端面和泵盖的磨损，甚至造成咬死故障。在正常情况下，泵体与泵盖之间的间隙应在0.05～0.115 mm之间（视具体机型而异）。
传动齿轮通过半圆键和锁紧螺母固定在主动轴的前端，主动轴的后端安装有钢丝挡圈或卡环，以防止主动轴在运转中轴向脱出。传动齿轮与泵盖之间装有推力轴承（或耐磨垫片），以承受齿轮啮合时产生的轴向推力，减少主动轴端面的磨损。泵体上还设有限压阀（调压阀），当出油压力超过规定值时，限压阀开启，部分机油直接回流至泵的吸油腔或油底壳，以维持系统压力在安全范围内。
2. 齿轮式机油泵的工作原理
当柴油机运转时，曲轴前端的驱动齿轮通过中间惰齿轮带动机油泵传动齿轮旋转，机油泵内部的主动齿轮随主动轴同向转动，同时带动从动齿轮以相反方向旋转。主动齿轮与从动齿轮的齿牙相互啮合，将泵体内部隔成两个独立的密封空间——进油腔（吸油腔）和出油腔（压油腔）。
随着齿轮的高速转动，进油腔处啮合的轮齿逐渐脱离，齿间容积由小变大，产生局部真空，油底壳内的机油在大气压力作用下经集滤器吸入并充满齿槽；轮齿间携带的机油沿着泵壳内壁的月牙形通道被强制输送到出油腔一侧；在出油腔处，轮齿逐渐进入啮合，齿间容积由大变小，机油被挤压，压力升高并从出油口压送出去，进入主油道。如此连续运转，机油泵便实现了不间断的吸油和压油过程。
机油泵的输油压力由机油滤清器上的限压阀（或称调压阀）控制。当出油压力超过限定值时（通常为0.4～0.6 MPa，视机型而定），限压阀克服弹簧力开启，使部分机油直接流入油底壳或泵的吸油侧，以防止油路压力过高导致滤清器破损、密封件泄漏或机油泵过载。
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图1 机油泵等测模型图 |
图2 齿轮式机油泵结构示意图 |
二、机油泵的检查
柴油发电机润滑系统的检查要点和程序即用目视、听觉和手摸等简单的方法进行外观检查，检查时既要检查局部也要注意设备整体。在检查中发现的异常情况，对妨碍润滑系统继续工作的应作应急处理；对其他的则应仔细观察并记录，到定期维护时予以解决。润滑系统的异常现象和故障，应在泵的起动前后和停机前的时刻检查，这时检查最容易发现问题。在起动时润滑设备的操作必须十分注意，特别在冬天的寒冷地区等低温状态起动和长期停机后起动更要密切注意。机油泵的定期检查应在发动机大修或出现油压异常（过低、过高或不稳定）时进行，检查内容包括齿轮配合间隙、端面间隙、齿顶间隙、限压阀状态以及轴与衬套的配合等五个关键部位，每个部位的检查标准和维修方法如下。
1. 主动轴与衬套配合间隙的检查
主动轴与泵体衬套的配合间隙直接影响机油泵的运转稳定性和密封性。检查时，用千分尺测量主动轴轴颈的外径，用内径千分表测量衬套内径，两者之差即为配合间隙。正常配合间隙一般为0.03～0.08 mm（视具体机型而定）。若间隙超过0.15 mm（极限值），机油将从轴与衬套之间的缝隙大量泄漏，造成出油压力下降，此时应更换衬套（重新铰孔或镗孔后压入新衬套）或更换主动轴。从动轴与从动齿轮孔的配合间隙也应按同样方法检查，一般为0.03～0.082 mm。
2. 检查主动、从动齿轮的齿侧间隙
机油泵主、从动齿轮的正常齿侧间隙为0.15～0.35 mm，极限值为0.75 mm。检查时将泵体上的泵盖螺栓卸下，取下泵盖，用厚薄规在主、从动齿轮相隔120°的三个啮合点上测量其间隙，取平均值。若超过规定的极限值，应更换主、从动齿轮（须成对更换，以保证正确的啮合关系）。若主动和从动齿轮的齿面如有毛刺、轻微点蚀或局部划痕，应用细油石轻轻磨光，注意保持齿廓形状，去除毛刺后应彻底清洗齿轮，防止磨屑残留在油道中。
3. 检查齿轮端面与泵盖的轴向间隙
机油泵解体后，用直尺和塞尺检查齿轮或转子端面到泵盖端面的间隙（如图3所示）。测量时，将直尺紧贴在泵体端面上，用塞尺分别测量齿轮端面与直尺之间的间隙，取最大值。在不解体时，可测量泵轴的轴向移动量获得此间隙，此间隙不得超过0.12 mm（标准值通常在0.05～0.11 mm之间）。若间隙超过规定值，可用减少泵体与泵盖之间垫片厚度的方法进行调整。注意：减少垫片后应重新转动齿轮，确认无卡滞现象后方可最终装配。若垫片已减至最薄仍达不到要求，则应更换泵体或齿轮。
4. 检查齿轮顶面与泵壳之间的径向间隙
用厚薄规插入齿轮顶面与泵壳内壁之间进行测量检查（如图4所示）。测量时，将齿轮齿顶压向泵壳内壁一侧，用塞尺测量另一侧的间隙。正常间隙约为0.075～0.15 mm，若超过0.1 mm（部分机型为0.25 mm极限值），说明泵体内壁严重磨损或齿轮齿顶磨损，应更换新配件。该间隙过大时，高压油会从齿顶与泵壳之间回流至吸油腔，显著降低容积效率，尤其在机油温度升高、黏度下降后，油压下降尤为明显。
5. 检查限压阀装置
限压阀是控制机油系统最高压力的关键元件。主要检查以下项目：
（1）弹簧检查：测量弹簧的自由长度和外径，与标准值对比。若自由长度缩短超过3%，或弹簧出现明显歪斜、锈蚀，表明弹簧弹力衰退，应予更换。
（2）钢球（或柱塞）检查：钢球式限压阀的钢球不应有磨损、失圆、麻点或锈蚀。若钢球表面出现可见磨损痕迹，应更换同规格钢球，并检查阀座密封带是否完好。柱塞式限压阀应检查柱塞与阀孔的配合间隙（正常为0.015～0.035 mm），柱塞应能在阀孔内靠自重缓慢滑落，无卡滞现象。
（3）阀座密封性：若阀座密封带不连续或有刻痕，可用研磨棒进行轻度研磨修复，严重时需更换泵体。
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图3 机油泵外转子与泵体间隙 |
图4 机油泵齿顶间隙检查 |
三、机油泵性能试验
1. 试验准备
（1）试验前测量相关的机油泵部件，零件测量参数：转子外径、转子厚度、机油泵转子腔内径、轴承销直径、衬套直径、泄压阀尺寸（柱塞直径、套桶直径和自由长度）；总成测量参数：端面间隙、转子与齿轮腔径向间隙、泄压阀弹簧安装长度。
（2）必须考虑产品公差的影响。如果需要，可以采用中等间隙的或特定间隙的机油泵样品。为了估计最严重的机油泵内部泄漏（例如：怠速低压）而需要采用最大间隙机油泵。
（3）试验用油必须是柴油机要用的机油或适合原柴油机的机油，可以考虑采用柴油机运行后的机油（例如在磨合后的柴油机中再加入后运行50到100小时的机油）。
（4）因为本试验不考虑机油泵的耐久性，机油泵不需要链条、皮带或齿轮驱动系统而直接驱动。所以必须算出曲轴和机油泵之间的速比。
（5）最好采用原柴油机的机油收集系统从储油罐中抽机油。如果没有可能，试验台的机油收集系统尽可能接近地模拟原柴油机的部件。根据最少装油量的柴油机原状态来确定机油泵与储油罐中机油液面之间的距离。
（6）根据机油泵试验原理框图（如图5所示）和压力分布曲线（如图6所示），并按照以下步骤进行试验。
2. 测量方法
从柴油机转速500 rpm开始到柴油机最大转速 每隔500 rpm测量一组机油泵压力、流量关系。柴油机的额定转速（）和50%的额定转速也应包括进测量转速点内。
柴油机转速：
油泵出油压力从 到 以1 bar为间隔进行变化调节：
最小出油压力 可由变流量控制阀全开的最低压力得到，如果主管工程师没有提出特别要求值，最大出油压力 为6 bar。
机油泵流量和压力关系要进行下面3种油温的测量：
注意：最高温度 ，只能在不违反部件和机油的规定的情况下才能采用。
在测试过程中进入机油收集器的机油温度 稳定在规定值。在每个规定的油温和机油泵转速下将机油泵出油压力从 调整到 而完成一次测定。在记录了下面量的稳定值之后，再次通过变流量控制阀的逐步关闭而继续得到新的稳定值：
—— 机油温度
—— 油泵转速
—— 吸油压力
—— 出油压力
—— 流量
—— 扭矩（如果测试机油泵效率）
—— 油泵出口动态压力
通常从最低油温开始测完所有转速后再重新测下一油温是效率比较高的。
（2）泄压阀特性
测试可以对内部带泄压阀的机油泵的泄压阀静态特性进行评估。这样要采用下面特定的试验条件进行试验：
泄压阀的作用限制了最大的输出压力。当 以0.10 bar为幅度增加）。当变流量控制阀完全关闭（100%闭锁流量）或出油压力达到一个很高的限定值时达到最高的流动阻力。
（3）体积效率和机油泵总效率
按下面公式计算体积效率：
理论泵流量：
根据机油泵的形状进行计算。
为了计算机油泵的效率，驱动机油泵的机械功：
液体输出动能：
总效率为下面的比值：
（4）压力波动
在机油泵高压出油管路直接装上一个合适的石英压力传感器用来监测机油泵动态压力的波动 。
注意：试验台的设计，特别是管路或油泵后空腔对机油泵压力波动的测试影响较大。如果试验台没有模拟柴油机条件进行设计，机油泵动态压力的波动的测量只能作为注意事项和不同机油泵设计的比较值。
对带内部泄压阀的机油泵必须按下面所述对变流量控制阀进行调节，以得到相应的机油泵出口压力：
① 在额定转速下将变流量控制阀打开到有30%的分路流量。
② 在额定转速下将变流量控制阀打开到有70%的分路流量。
分路流量百分比是测得的流量与泄压阀不开启的转速下情况测得流量值直线拟合到坐标轴的流量值之比。
注意：①和②的测试经常减少到只测最高的油温，因为相对最小的机油粘度对出口机油压力波动的阻尼最小。
3. 试验结果的内容
报告必须包括：部件的清单、部件的测量结果、总成的测量结果、试验设备的草图及按下面作出试验结果。
（1）机油泵流量：画出不同转速和油温下的流量压力曲线，如果测量了驱动力矩，用类似的方法画出机械功 曲线。
（2）泄压阀特性：按（1）的方法进行绘图，但对不同的油温分别进行绘曲线。
（3）稳定出油压力的速度图：对于每一个温度用一幅图绘出流量 和吸油压力 相对于转速的曲线。将流量转速曲线与线性变化相比较得到增量，负增量随着转速和温度急剧增大说明机油泵有气蚀。如果出现气蚀，吸油压力在额定功率和90 ℃的油温下将降到0.05～0.15 bar之内，必须重新设计机油集滤器。
（4）机油泵容积效率：按（3）规定有机油泵容积效率相对柴油机转速的曲线，为在机油温度 测试不同输出压力。
（5）机油泵效率：对每一个机油温度，见（4）规定，用一个不同转速下的机械功、液体动能、机油泵容积效率和总效率的曲线图来表示。
（6）压力波动：选用合适的比例来画出机油压力的波动情况（例如：RMS值）。按4.5规定按温度不同画出压力波动-转速曲线。对于压力波动大的高转速画出合适的一段时间范围的压力-时间曲线。如果有合适的软件，绘出 的Fourier因子与转速、频率的三维图。
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图5 机油泵试验原理框图 |
图6 柴油机机油泵压力分布曲线图 |
总结
机油泵是柴油机的重要组成部分，它能够将机油从油底壳吸入，并通过管路送至柴油机各部位，确保各部位良好润滑，减少摩擦损失，延长柴油机使用寿命。然而，随着柴油机使用时间的增加，机油泵内部的零部件就会磨损、老化，导致机油泵流量不足、压力降低、噪音变大等问题，甚至出现完全不能工作的情况。通过对机油泵进行系统的检查（主动轴衬套间隙、齿侧间隙、端面间隙、齿顶间隙、限压阀）和台架性能试验（流量-压力特性、泄压阀特性、体积效率、压力波动分析），可以准确评估机油泵的技术状态，提前发现气蚀风险、内部泄漏等潜在隐患。当出现性能下降时，应及时对机油泵进行修理或更换，以确保柴油发电机润滑系统的正常运行。性能试验数据的积累还可用于机油泵的选型优化和柴油机润滑系统的匹配设计。
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