摘要： 单体泵是指每个气缸各设一个喷油泵。本文说明单体泵的整体结构，介绍柱塞与柱塞套筒这对精密偶件的结构特点与配合要求，按进油、压油、回油三个阶段说明柱塞的泵油过程，分析柱塞行程与有效行程的区别及改变有效行程的方法，进而说明由调节齿套与调节齿条组成的供油量调节机构，以及供油定时的调节方法与注意事项，并对终点调节式、始点调节式和始终点调节式三种油量调节方式的适用场合作出比较，最后说明组合式喷油泵的结构特点与供油提前角的确定方式。
一、单体泵的结构与柱塞偶件
1. 单体泵的基本结构
单体泵是指每个气缸各设一个喷油泵。柱塞式喷油器结构图如图1所示。
（1）结构组成
单体泵主要由柱塞、柱塞套筒、出油阀、柱塞弹簧、凸轮轴等部分组成，各缸独立配置，由同一根凸轮轴按发火次序驱动。
（2）结构特点
由于每缸单独设泵，单体泵的供油量调节与供油定时调整均可按缸单独进行，便于各缸供油均匀性的调整。
2. 柱塞与柱塞套筒偶件
（1）配合要求
柱塞与柱塞套筒是喷油器中的一对基本精密偶件，如图2所示。柱塞与柱塞套筒间的精密配合才得以实现对燃油的增压。一般柱塞偶件用优质合金钢制造，并进行热处理、精加工和配对研磨，使其配合间隙在0.0015～0.0025mm范围内。
（2）柱塞的结构
柱塞为光滑的圆柱体，在上部有铣好的螺旋槽，利用直切槽或中心孔使槽和柱塞上端的泵油室相通。柱塞下部有弹簧座和十字凸块，以便于柱塞能够上下往复运动，调节供油量。
（3）柱塞套筒的结构
柱塞套筒为光滑的圆柱形长孔，上部开有进油和回油的小孔，与喷油泵壳体上的低压进油室相通。柱塞套筒安装在喷油泵壳体座孔内，并用定位螺钉固定，以防止柱塞套筒转动，如图2所示。
（4）偶件不可互换
柱塞与柱塞套筒经配对研磨，具有不可互换性。检修时若需更换，必须成对更换，不可单独更换其中一件。
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图1 柱塞式喷油器结构图 |
图2 柱塞与柱塞套筒 |
二、柱塞的泵油过程
单体泵燃油系统的供油关键在于电磁阀的通电时刻决定喷油开始，通电时长决定喷油量，供给流程如图3所示。原理是柱塞的进油、压油、回油过程，柱塞在凸轮轴和柱塞弹簧的交替作用下，做往复的上下运动，也就是在上行和下行的过程中不停地进油，压油和回油，如图4所示。
1. 进油过程
（1）柱塞下行
柱塞在下行过程中，当柱塞的上端下行至进油孔时，在大气压及输油泵的作用下，进入柱塞套筒上部，直至下行过程完毕。
（2）进油结束的标志
当柱塞下行至最低点后转为上行，进油过程即告结束，此时柱塞套筒上部的泵油室充满燃油。
（3）进油量的影响因素
进油量取决于进油孔的通过能力与进油时间，若进油孔部分堵塞或输油泵供油不足，会使泵油室充油不满，进而影响循环供油量。
2. 压油过程
（1）柱塞上行封闭进油孔
柱塞上行时，当柱塞上端将进油孔关闭时，燃油压力升高，推开出油阀，将高压燃油压入高压油管，直至斜槽上行到进油孔时完毕。
（2）出油阀的作用
出油阀在压油过程中被高压燃油推开，使燃油进入高压油管；在回油过程开始时，出油阀在弹簧作用下回位，切断高压油路与泵油室的通路，防止高压油管中的燃油倒流。
（3）压油过程与喷油的关系
压油过程对应喷油器针阀开启、燃油喷入气缸的过程。压油过程过早或过晚，都会改变实际喷油时刻，影响燃烧质量。
3. 回油过程
（1）斜槽打开进油孔
当柱塞上斜槽上行到进油孔下边缘时，高压油通过柱塞上的直槽回流到低压油室，由于油压的瞬间降低，出油阀在弹簧的作用下回位，油泵停止供应。
（2）柱塞继续上行
此时柱塞继续上升，直至上升至最高点为止，都是回油过程。
（3）回油过程的意义
回油过程使泵油室与低压油室连通，压力迅速释放，喷油器针阀在弹簧作用下关闭，喷油终止。回油是否干脆利落，直接影响喷油结束时刻的准确性。
4. 柱塞行程与有效行程
（1）柱塞行程
柱塞由最低点移动到最高点所经过的距离称作柱塞行程，也就是喷油泵凸轮的最大升程。
（2）有效行程
由上述泵油过程可知，喷油泵并不是在整个柱塞行程内都供油，只是在柱塞顶面封闭柱塞套进油孔到柱塞斜槽打开柱塞套进油孔这段柱塞行程内供油。称这段柱塞行程为柱塞有效行程。
（3）有效行程与供油量的关系
显然，柱塞有效行程越大，供油的持续时间越长，喷油泵每一次的泵油量即循环供油量便越多。
（4）改变有效行程的方法
欲改变柱塞有效行程，只需转动柱塞，如图5所示柱塞要增大有效行程，将柱塞逆时针转动一定角度。
（5）有效行程与供油定时的关系
改变有效行程时，若供油始点不变而终点改变，则供油定时中的始点固定；若供油终点不变而始点改变，则供油提前角随供油量变化。这一差异正是三种油量调节方式的由来。
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图3 单体泵燃油系统供油流程图 |
图4 柱塞的泵油过程图 |
三、供油量的调节机构
1. 调节机构的组成
供油量调节机构的作用是执行调速器的指令，以适应柴油机转速负荷的变化，并且用来调节柴油机各个气缸的均匀性。如5图所示，喷油泵的油量调节机构，由调节齿套和调节齿条组成，调节齿套在柱塞套筒的下部，齿套下部的卡槽与柱塞下部的凸耳镶嵌，齿套上部的齿圈与调节齿条相啮合，从而通过拉动调节齿套从而调节供油量。
2. 供油定时的调节
（1）供油定时的定义
供油定时是指喷油泵对柴油机供油的正确时刻，而供油时刻用供油提前角表示。供油提前角是指柱塞上行关闭回油孔开始供油时，该缸曲柄距离上止点的曲轴角度。
（2）影响供油提前角的因素
这个角度的大小主要取决于凸轮在凸轮轴上圆周方向的安装位置、传动齿轮的安装位置，泵座垫片的厚度以及调节螺钉的旋出高度等，当然还受各个相对运动部件之间的相互磨损的影响。
（3）微调的必要性
由于凸轮在凸轮轴上圆周方向的安装位置、传动齿轮的安装位置的误差以及各个相对运动件间的磨损，喷油泵的供油提前角需要进行微调，以保证多缸喷油泵各缸供油提前角或供油间隔角相同。
（4）调节方法
调节时，旋出调整螺钉，柱塞位置升高，柱塞套油孔提前被封闭，供油提前，即供油提前角增大。拧入调整螺钉，则使供油迟后，供油提前角减小。对各缸的供油定时调整螺钉逐个调节之后，可以使各缸供油提前角或供油间隔角达到一致。
（5）调节的注意事项
但是也要注意，调节螺钉只能用来微调，若供油提前角过大，柱塞上行时会撞击到出油阀座造成损坏。
图5 油量调节机构
3. 单体泵的三种油量调节方式
当柴油机的工况发生改变时，喷油泵的供油量应随之改变，供油量的改变是通过改变柱塞的有效行程来实现，柱塞的有效行程由供油的始点和终点共同决定，因此通过改变供油始点或终点来改变供油量，因而可将油量调节的方式分为三种，即终点调节式、始点调节式和始终点调节式。
（1）终点调节式
终点调节式喷油泵柱塞的头部为平顶，斜槽在下面，如图6所示，通过转动柱塞改变供油终点，不改变供油的始点来改变供油量。在终点调节式喷油泵中，供油量越大，供油持续时间越长，供油终点越滞后。这种调节方式主要适用于转速恒定的发电柴油机。
终点调节式如图5所示。
（2）始点调节式
始点调节式喷油泵柱塞与终点调节式相反，它的斜槽在柱塞上面，如图7（左图）所示，通过改变供油提前角改变供油始点，不改变供油终点来改变供油量。在始点调节式喷油泵中，供油量越大，供油始点越提前，供油提前角越大。这种调节方式主要适用于转速经常改变的船舶主机。
始点-始终点调节式柱塞如图6所示。
（3）始终点调节式
始终点调节式喷油泵的柱塞头部上下各有一个斜槽，如图7（右图）所示，供油的始点和终点都随供油量的改变而改变，供油量减小时，供油始点延后，终点提前，反之相反。
（4）三种方式的比较
终点调节式供油始点固定，适用于转速恒定的场合；始点调节式供油终点固定，供油提前角随供油量变化，适用于转速经常变化的场合；始终点调节式两者均变化，适应范围较宽但结构相对复杂。发电用柴油机转速基本恒定，因此多采用终点调节式。
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图6 终点调节式 |
图7 始点-始终点调节式柱塞 |
四、组合式喷油泵
1. 基本结构与工作原理
（1）基本结构
组合式喷油泵是将各个气缸的单体泵集中安装到一个泵体内，供喷油用的凸轮也集中安装到一根凸轮轴上，里面的各个分泵通过高压油管连接到各个气缸的喷油器上。
（2）工作原理
其结构和工作原理与单体泵基本相同，各分泵的柱塞仍由同一根凸轮轴上的相应凸轮驱动，按发火次序依次完成进油、压油、回油过程，通过高压油管将高压燃油送往各缸喷油器。
（3）结构上的集中化
与单体泵相比，组合式喷油泵在结构上的主要变化是"集中"：泵体集中、凸轮轴集中、驱动集中，而各分泵的柱塞偶件、出油阀等仍保持独立。
2. 适用场合
（1）适用机型
组合式喷油泵多用于小型多缸高速柴油机。
（2）选用原因
小型多缸高速柴油机若采用单体泵，各缸单独设泵会使结构分散、驱动复杂、体积增大；采用组合式喷油泵可在保证各缸独立供油的同时，使整体结构更为紧凑。
（3）与其他型式的关系
组合式喷油泵与单体泵并非互相取代的关系，而是根据机型大小、缸数多少与转速高低选择的结构形式。
3. 供油提前角的确定与调整
（1）供油提前角的确定方式
组合式喷油泵的供油提前角由啮合齿轮的相对位置和可调联轴器来确定。
（2）各缸供油定时的调整
若各个气缸的供油定时不符合规定，则可以用适当厚度的垫片来调节。
（3）调整时的注意事项
调整垫片厚度时应对各缸逐一测量供油提前角或供油间隔角，确认调整后各缸一致。垫片厚度变化会同时影响供油提前角，调整后应重新测量验证。
4. 与单体泵的比较
（1）结构紧凑性
组合式喷油泵将多个单体泵集中于一个泵体，结构紧凑、便于统一驱动。
（2）调整灵活性
但各缸供油定时与供油量的单独调整不如单体泵灵活。单体泵可对每缸单独调整供油定时螺钉，而组合式喷油泵的调整更多依赖整体啮合位置与垫片。
（3）维修便利性
组合式喷油泵整体拆装相对集中，便于统一检修；但若某一分泵出现问题，往往需要拆解泵体，检修工作量相对较大。
（4）选用建议
缸数较少、转速较高的小型柴油机宜选用组合式喷油泵；缸数较多、对供油均匀性要求较高或需要逐缸精细调整的机型，宜选用单体泵。
总结
本文围绕柴油机单体泵的结构、泵油过程与供油量调节展开，说明单体泵是指每个气缸各设一个喷油泵，其核心是柱塞与柱塞套筒这对精密偶件，配合间隙在0.0015～0.0025mm范围内，且经配对研磨后不可互换。柱塞在凸轮轴与柱塞弹簧的交替作用下完成进油、压油、回油三个过程，柱塞行程中真正供油的只是从封闭进油孔到斜槽打开进油孔这一段有效行程，转动柱塞即可改变有效行程从而改变循环供油量。供油量调节机构由调节齿套与调节齿条组成，供油定时可通过调整螺钉微调，但调节量有限，过大时会损坏出油阀座。其意义在于：终点调节式、始点调节式与始终点调节式三种方式分别适用于转速恒定、转速经常变化与适应范围较宽的场合，发电用柴油机转速基本恒定，因此多采用终点调节式。组合式喷油泵将多个单体泵集中于一个泵体，结构紧凑、便于统一驱动，多用于小型多缸高速柴油机，其供油提前角由啮合齿轮的相对位置和可调联轴器确定，各缸供油定时可用适当厚度的垫片调节。理解柱塞偶件的结构与泵油过程，掌握供油量与供油定时的调节方法，有助于在机组出现供油不均、喷油定时偏差或各缸做功不一致时准确判断问题环节，并通过逐缸调整恢复各缸供油提前角与供油量的一致性，从而保障柴油机的动力输出与运行可靠性。
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