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柴油发电机燃油泵、喷油器及柱塞偶件实验调试方法 |
摘要：柴油发电机柱塞式喷油泵调整和偶件的密封性试验能帮助更深入地理解操作背后的逻辑，保证喷油泵能精确、可靠地向气缸供给高压柴油，从而确保柴油发电机稳定、高效、经济地运行。为了调整和试验工作的顺利进行，康明斯公司特在本文详述柴油发电机组燃油系统的调试调试条件、方法、程序、质量要求，用于指导燃油系统安装结束后的分系统试运行，以确认系统及辅助装置安装无误, 并满足柴油发电机组下一步调试和启动需要。
一、调整和试验的目的
柴油发电机燃油供给系统的功用是根据柴油发电机的工作要求，定时、定量、定压地将雾化质量良好的柴油按一定的喷油规律喷入燃烧室内，并使其与空气迅速而良好地混合和燃烧。柴油发电机燃油供给系统，特别是喷油泵、喷油器和调速器等性能的好坏，对柴油发电机的工作有很大的影响。有人把喷油泵比作柴油发电机的心脏，可见它在柴油发电机中的重要地位。柴油发电机燃油供给系统中有不少精密零件，各精密件之间的配合要求极高，而且承受着较大的机械负荷与热负荷，所以柴油发电机燃油供给系统的使用与维修具有其独特之处。为保证柴油发电机工作良好和延长供油系统各主要零件的使用寿命，有必要掌握柴油发电机燃油供给系统的正确使用、易损零件及原因、维修方法等，以便在修理时检查准确，方法得当，修复迅速。
1、喷油泵调整的目的
调整主要解决“量”和“时”的精准问题，直接关系到发动机的动力输出和运行品质。
（1）保证供油正时，实现最佳燃烧：确保喷油泵在活塞压缩冲程的精确时刻开始供油。供油过早会导致发动机工作粗暴、敲缸；过晚则会导致燃烧不完全、冒黑烟、功率下降、油耗增加。其目的是实现平稳、高效、充分的燃烧。
（2）均衡各缸供油量，确保运转平稳：对于多缸柴油发电机，必须保证每个气缸的供油量基本一致。供油量不均会导致发动机运转不平稳、抖动、个别气缸过载或不做功，严重时甚至损坏发动机。其目的是实现发动机的平稳运转，发挥出全部设计功率。
（3）控制额定供油量，保护发动机：调整并设定最大供油量限位，防止在额定工况下供油过多。供油过量的后果是燃烧恶化、排气管冒黑烟、排气温度过高，甚至可能烧坏活塞、气门等部件。其目的是防止发动机超负荷运行，保护其长期安全。
（4）实现怠速稳定，防止熄火或飞车：调整怠速供油量，使其能在最低稳定转速下维持运转。供油量过小，发动机容易熄火；过大则怠速过高，浪费燃油。其目的是保证发动机在怠速工况下稳定、低油耗运行。
2、偶件密封性试验的目的
试验主要解决“压”和“漏”的问题，它是喷油泵能否建立高压燃油的基础。
（1）验证建立高压的能力：柱塞和出油阀偶件需要极精密的配合间隙（通常为微米级）才能产生20MPa以上的高压。密封性试验正是为了验证这个关键性能。其目的是确认偶件是否能有效地将燃油增压至喷油压力。
（2）判断偶件磨损程度：随着使用时间增加，偶件会因磨损导致配合间隙增大，密封性下降。密封性试验是量化判断其技术状态的唯一标准。其目的是精确诊断偶件是否已到寿命极限，避免过早更换或过晚使用导致的故障。
（3）诊断启动困难、功率不足等故障：当柴油发电机出现启动困难、功率不足、怠速不稳时，很可能是喷油压力无法建立。偶件密封性试验是最直接的诊断手段，可以快速定位问题根源。其目的是为常见运行故障提供科学、可靠的诊断依据。
二、喷油泵的调整方法
喷油泵的调整主要包含供油正时调整（解决“什么时候喷油”的问题）和供油量调整（解决“喷多少油”的问题）两大核心内容。下面分别介绍具体的操作方法。
1、供油正时调整
供油正时的目标是让喷油泵在活塞压缩冲程的精确时刻开始供油。此方法需在专用喷油泵试验台上进行，用于精确校准各缸供油的一致性。
（1）操作步骤：
① 将喷油泵安装在试验台上，加入适量润滑油，油温控制在40℃左右；
② 以第一缸为基准，安装行程表；
③ 转动凸轮轴，观察标准喷油器回油管，以每秒一滴为基准判断开始供油时刻；
④ 行程表记录的数值即为预行程；
⑤ 通过挺柱体的调节垫片或正时螺钉调整预行程至标准值；
⑥ 以第一缸为基准，依次检查其余各缸与第一缸的供油夹角，允许误差在±30′以内；
⑦ 若超出范围，通过调节正时螺钉的高低或增减垫片进行修正。
（2）两种调整机构的区别：
① 垫片调节式：适用于转速1400转/分钟以上的油泵，通过增减滚轮体垫片调整；
② 螺钉调节式：适用于转速1400转/分钟以下的油泵，通过旋动滚轮体上的正时螺钉调整。
2、供油量调整
供油量的核心原理是通过旋转柱塞，改变其螺旋斜槽与套筒回油孔的相对位置，从而改变有效行程——有效行程越长，供油量越大。
（1）额定转速供油量调整
这是最重要的调整项目，直接决定发动机功率输出。操作步骤如下：
① 将喷油泵转速升至额定转速，油门操纵臂置于最大供油位置；
② 在转速表上预置供油次数为200次；
③ 按下计数按钮开始供油，200次后读取各量油筒油量；
④ 计算各缸供油不均匀度：（最大供油量-最小供油量）/平均供油量×100%，标准要求为不均匀度小于3%。若不符合，松开齿圈（或拨叉）紧固螺钉，将柱塞控制套筒相对于齿圈转动一个角度。
向供油减少方向转动→拉动调节齿杆向停油方向
向供油增加方向转动→操作相反
⑤ 调整后重新锁紧螺钉，复查确认
（2）怠速供油量调整：喷油泵在怠速转速下运转，预置供油次数200次，缓慢向增加供油方向扳动旋转臂，至标准喷油器开始滴油时固定。测量各缸供油量，标准要求不均匀度不大于20%~30%，调整方法同额定转速。
（3）启动供油量调整：试验台转速调至180r/min，操纵臂置于最大供油位置，测量各缸供油量。标准要求启动供油量一般为额定供油量的150%以上。
三、柱塞偶件的调试
主要检查柱塞偶件的密封性和变形情况，常用滑动性试验检查其损伤和变形，用压气和真空吸力检查密封性。
1、滑动性实验
将柱塞偶件浸泡在清洁的柴油中，把柱塞在柱塞套内来回抽动清洗后，将柱塞偶件倾斜45°，抽出柱塞配合的圆柱面的1/3或柱塞全长的2/3长度，并将柱塞旋转一下，如图1所示，放手后柱塞能无阻滞地靠自重缓慢滑进柱塞套内为正常。再将柱塞抽出，转动任一角度后，用同样的方法作滑动试验，其结果应该相同。
柱塞在柱塞套内滑动过快，说明二者配合间隙过大，若滑动发生阻滞，说明配合间隙过小、柱塞有微量弯曲、柱塞受到严重划伤、柱塞螺旋槽或斜直槽处有毛刺、柱塞套变形等。使用这种柱塞偶件会影响油量调节齿杆移动的灵活性，更严重时，会发生咬死现象。因此，除毛刺有时可以修复外，这类柱塞偶件一般必须予以更换。
图1 柴油机喷油泵柱塞偶件滑动性试验
2、密封性试验
（1）柱塞偶件径部密封性试验：一般应在密封试验台上进行。为了方便其见，也可用简易密封比较法进行。用左手食指、大拇指和中指分别堵住柱塞套顶面出油口、进油孔和回油孔，右手轻轻拉出柱塞，以不露出下肩为限。在拉出柱塞过程中，若感到有明显吸力，并放松柱塞后能很快吸回到原来位置，如图2所示，说明磨损较小，配合良好。
（2）用压气法进行柱塞偶件密封性试验：转动柱塞，使柱塞斜槽使用段(柱塞回油槽偏离柱塞套上的回油孔)对准回油孔位置，用手指堵住柱塞套顶面出油口和进油孔，将柱塞抽出10mm用力将柱塞推进，当柱塞顶面到达回油孔上边缘时观察回油孔，若没有油沫及气泡冒出，如图3所示，为密封性良好。将柱塞推进柱塞套后，保持5s，然后放开柱塞，柱塞能缓慢自动弹出为正常；否则，为密封不良。
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图2 柴油机喷油泵柱塞偶件径部密封试验图示 |
图3 柴油机喷油泵柱塞偶件密封性检查 |
（3）检查柱塞与柱塞套的密封性：
在喷油泵上试验时，将各缸出油阀取出，出油阀座与衬垫保留在孔内，装上出油阀紧座，放尽空气。将喷油器试验器的高压油管接在出油阀紧座上，如图4所示。移动调节齿条或拉杆，使柱塞处于最大供油位置，并转动喷油泵凸轮轴，使被检查柱塞上升到供油行程中间位置。操纵喷油器试验器，使油压达到20MPa时停止泵油，此后油压从20MPa下降到10MPa所需的时间(s)在下述公式计算范围内为合格。
上限=93-8×(柱塞直径，mm)
下限=48-4×(柱塞直径，mm)
在维修时，根据各单位的具体情况和要求，可规定时间少于16s～29s者应予更换。在保养中，时间少于2s者才予更换。
① 用一只29.4MPa的压力表，逐次接到柴油发电机喷油泵高压油管接头上，转动喷油泵凸轮轴并压动柱塞，当喷油泵油压升高至24.5MPa时，停止转动凸轮轴，此时，若其油压能保持3min～5min无明显下降，则说明柱塞偶件密封性良好。
② 用一个不通孔的螺母，将喷油泵上的高压油管堵死，然后用一撬扛均匀地撬起喷油泵挺柱，使喷油泵柱塞顶部柴油处于压缩状态，若此时总是撬动不用多大劲，感到阻力不很大，说明柱塞偶件磨损严重，密封性差，不宜继续使用，须更换或修理。
图4 柴油机喷油泵柱塞柱塞与柱塞套的密封性
总结：
柴油发电机柱塞式喷油泵调整和偶件的密封性试验共同终极目的是保证可靠运行、提高经济性、延长寿命、满足排放要求，通过精确调整和良好密封，使柴油充分燃烧，降低燃油消耗率。同时避免因供油系统故障导致发电机无法启动或工作中突然停机，以及过热、拉缸、烧蚀等严重机械损伤。简单概括就是调整是为了“用得准”，试验是为了“压得住”，两者共同保证了喷油泵这颗“心脏”能有力而精确地泵出血液（柴油），让发电机“身体”保持健康。
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