零件裝配與結(jié)構(gòu)組成

高壓柱塞式噴油泵主要組成和工作原理

 

噴油泵（又稱(chēng)高壓油泵）是柴油發(fā)電機(jī)燃油供給系中最重要的部件之一，也被稱(chēng)為柴油機(jī)的“心臟”。其作用是根據(jù)柴油機(jī)的工作要求及負(fù)荷，在規(guī)定的時(shí)刻將定量的柴油以一定的高壓送往噴油器。

 

一、噴油泵的基本要求

 

對(duì)噴油泵的基本要求主要有以下幾個(gè)方面。

①嚴(yán)格按照規(guī)定的供油時(shí)刻開(kāi)始供油，并有一定的供油延續(xù)時(shí)間。

②根據(jù)柴油機(jī)負(fù)荷的大小供給相應(yīng)的油量。負(fù)荷大時(shí)，供油量增多；負(fù)荷小時(shí)，供油量應(yīng)相應(yīng)地減少。

③根據(jù)柴油機(jī)燃燒室的形式和混合氣形成方式的不同，噴油泵必須向噴油器供給一定壓力的柴油，以獲得良好的噴霧質(zhì)量。

④供油開(kāi)始和結(jié)束要求迅速干脆，防止供油停止后噴油器滴油或出現(xiàn)不正常噴射，影響噴油器的使用壽命。

對(duì)于多缸柴油機(jī)的噴油泵，還要求各缸的供油次序應(yīng)符合選定的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)火次序，各缸的供油時(shí)刻、供油量和供油壓力等參數(shù)盡量相同，以保證各缸工作的均勻性。

噴油泵的結(jié)構(gòu)形式很多，按作用原理的不同，大體可分為四類(lèi)：柱塞式噴油泵、分配式噴油泵、泵-噴嘴和PT泵。目前，在柴油發(fā)電機(jī)組中應(yīng)用最廣泛的是柱塞式噴油泵。這種噴油泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、便于維修、使用可靠、供油量調(diào)節(jié)比較精確。

 

二、柱塞式噴油泵的基本構(gòu)造

 

柱塞式噴油泵是利用柱塞在柱塞套筒內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行吸油和壓油。柱塞與柱塞套筒合稱(chēng)為柱塞偶件（或柱塞副），每一柱塞副只向一個(gè)氣缸供油。根據(jù)其構(gòu)造不同，柱塞式噴油泵又分為單體式和整體式兩種。單體式噴油泵的所有零件都裝在泵體中，其噴油泵凸輪通常和配氣凸輪做在一根軸上，調(diào)速器裝在機(jī)體內(nèi)。這種噴油泵主要用于單缸或兩缸柴油機(jī)。整體式噴油泵是把幾組泵油元件（分泵）共同裝入一個(gè)泵體內(nèi)，由一根噴油泵凸輪軸驅(qū)動(dòng)所構(gòu)成的總泵。柱塞式噴油泵通常由泵體、泵油機(jī)構(gòu)、油量控制機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。

 

圖1 柴油發(fā)電機(jī)柱塞式噴油泵分泵 1-出油閥緊座；2-出油閥彈簧；3-出油閥；4-出油閥座；5-墊片；6-柱塞套筒； 7-柱塞；8-柱塞彈簧；9-彈簧座；10-滾輪體；11-凸輪；12-滾輪； 13-調(diào)節(jié)臂；14-供油拉桿；15-調(diào)節(jié)叉；16-夾緊螺釘；17-墊片；18-定位螺釘

 

 

泵油機(jī)構(gòu)是噴油泵的主體，在多缸泵中又稱(chēng)為分泵，圖1為一個(gè)分泵的構(gòu)造圖。泵油機(jī)構(gòu)主要由柱塞偶件（柱塞7和柱塞套筒6）和出油閥偶件（出油閥3和出油閥座4）組成。柱塞為一光滑的圓柱體，在上部銑有斜槽，槽中鉆有徑向孔并與中心的軸向孔連通。柱塞下部固定有調(diào)節(jié)臂13，可通過(guò)它轉(zhuǎn)動(dòng)柱塞。在柱塞套筒不同高度上鉆有兩個(gè)小孔，上面的為進(jìn)油孔，下面的為回油孔。兩孔均與泵體中的低壓油腔相通。柱塞上部有出油閥3，由出油閥彈簧2壓緊在出油閥座4上。柱塞下端與裝在滾輪體10中的墊塊相接觸。柱塞彈簧8通過(guò)彈簧座9將柱塞推向下方，并使?jié)L輪12保持與凸輪軸上的凸輪11相接觸。噴油泵凸輪軸由曲軸驅(qū)動(dòng)。對(duì)于四沖程柴油機(jī)，曲軸轉(zhuǎn)兩周，噴油泵凸輪軸轉(zhuǎn)一周。

 

三、 柱塞式噴油泵的工作原理

 

①進(jìn)油過(guò)程

當(dāng)噴油泵凸輪軸由曲軸驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，如果凸輪的凸起部分尚未與滾輪相接觸，柱塞則在柱塞彈簧8的作用下處于最下端位置。這時(shí)柴油從低壓油腔經(jīng)進(jìn)油孔流入柱塞上方的柱塞套筒內(nèi)。

②壓油與供油過(guò)程

隨著凸輪的凸起部分與滾輪相接觸，柱塞開(kāi)始上移，直至柱塞上端面將進(jìn)油孔完全遮蔽時(shí)，柱塞上部成為密閉的空間。隨著柱塞繼續(xù)上升，柴油受到壓縮，油壓迅速升高。柱塞上部的出油閥在油壓達(dá)到一定值時(shí)即被頂開(kāi)，高壓的柴油即經(jīng)高壓油管流向噴油器。當(dāng)柱塞繼續(xù)上行，噴油泵繼續(xù)供油。

③停止供油過(guò)程

當(dāng)柱塞上行到斜槽的上邊沿與回油孔的下邊沿相通時(shí)，供油過(guò)程即告結(jié)束。隨后回油孔與斜槽相通，柱塞上部的高壓油即通過(guò)柱塞中心的油孔和斜槽中的徑向孔流入低壓油腔，柴油壓力迅速降低，出油閥在出油閥彈簧2的作用下落入出油閥座，這時(shí)噴油泵停止向噴油器供油。當(dāng)凸輪的最高點(diǎn)越過(guò)滾柱后，隨著凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，柱塞在柱塞彈簧8的作用下逐漸下落，當(dāng)柱塞上端低于進(jìn)油孔時(shí)，柴油又開(kāi)始流入套筒內(nèi)。

柱塞自開(kāi)始供油到供油停止這一段距離稱(chēng)為有效壓油行程，簡(jiǎn)稱(chēng)有效行程。顯然，改變有效壓油行程也就是改變了供油量。由噴油泵的工作過(guò)程可知：噴油泵凸輪軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，泵油機(jī)構(gòu)通過(guò)噴油器可向燃燒室供油一次。

為了深入了解柱塞式噴油泵的工作原理與特點(diǎn)，下面逐項(xiàng)說(shuō)明這種噴油泵是如何滿足柴油機(jī)的工作要求的。

（1）定時(shí)供油的保證

噴油提前角是影響柴油機(jī)性能的重要參數(shù)，不同類(lèi)型的柴油機(jī)對(duì)噴油提前角的大小有不同的要求。噴油泵必須嚴(yán)格保證在規(guī)定的時(shí)刻開(kāi)始供油。

噴油器一般在壓縮上止點(diǎn)前向燃燒室噴油。由于噴油器伸入燃燒室內(nèi)，噴油時(shí)刻在一般條件下難以觀察和

測(cè)定，因此對(duì)于每種柴油機(jī)只規(guī)定供油提前角。所謂供油提前角是指噴油泵開(kāi)始向高壓油管供油時(shí)刻至壓縮上止點(diǎn)這段時(shí)間，用曲軸轉(zhuǎn)角0（℃A）來(lái)表示。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸時(shí)，同時(shí)觀察出油閥出口處的油面，當(dāng)油面開(kāi)始波動(dòng)的瞬間即為供油開(kāi)始時(shí)刻。

從工作過(guò)程可知：供油開(kāi)始是在柱塞上端面完全遮蔽進(jìn)油孔時(shí)，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角即為供油提前角。實(shí)際上這一角度主要取決于噴油泵凸輪軸上的齒輪與曲軸驅(qū)動(dòng)齒輪的相對(duì)位置。通常在這兩個(gè)齒輪上做有記號(hào)，當(dāng)噴油泵往機(jī)體上安裝時(shí)，必須將記號(hào)對(duì)準(zhǔn)。

對(duì)于多缸噴油泵，如噴油泵凸輪軸位置已定，而有些缸的供油時(shí)刻有差別時(shí)，則需要對(duì)各分泵的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整的方法因結(jié)構(gòu)不同而異。

（2）供油量的調(diào)節(jié)

噴油泵向噴油器供給的柴油量主要取決于柱塞的有效行程和柱塞的直徑，其數(shù)值等于柱塞開(kāi)始?jí)河蜁r(shí)，回油孔處斜槽的下邊緣至回油孔下邊緣的距離（圖2中的h）。此距離愈長(zhǎng)，有效行程愈長(zhǎng)，則供油量愈大，而這一距離的長(zhǎng)短則可通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)柱塞加以改變。油量控制機(jī)構(gòu)就是根據(jù)柴油機(jī)負(fù)荷的大小，轉(zhuǎn)動(dòng)柱塞來(lái)調(diào)節(jié)供油量，使其與負(fù)荷相適應(yīng)。

油量控制機(jī)構(gòu)有兩種形式：齒桿式和撥叉式。

 

圖2 柴油發(fā)電機(jī)改變供油行程示意圖

 

① 齒桿式油量控制機(jī)構(gòu)

目前應(yīng)用廣泛，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。柱塞下端有條狀凸塊伸入套筒2的缺口內(nèi)，套筒2則松套在柱塞套筒5的外面。套筒2的上部用固緊螺釘6鎖緊一個(gè)可調(diào)齒圈3，可調(diào)齒圈3與齒桿4相嚙合。移動(dòng)齒桿4即可改變供油量。當(dāng)需要調(diào)整某缸供油量時(shí)，先松開(kāi)可調(diào)齒圈3的固緊螺釘6，然后轉(zhuǎn)動(dòng)套筒2，帶動(dòng)柱塞相對(duì)于齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，再將齒圈固定即可。這種油量控制機(jī)構(gòu)傳動(dòng)平穩(wěn)、工作可靠，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。

 

圖3 柴油發(fā)電機(jī)齒桿式油量控制機(jī)構(gòu).

 

② 撥叉式油量控制機(jī)構(gòu)

（如圖4所示）主要由供油拉桿5、調(diào)節(jié)叉10和調(diào)節(jié)臂1等組成。當(dāng)供油拉桿5移動(dòng)時(shí)，固定在拉桿上的調(diào)節(jié)叉10隨即撥動(dòng)調(diào)節(jié)臂1，使柱塞2隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)，從而改變供油量。柱塞2僅轉(zhuǎn)動(dòng)很小角度就能使供油量改變很大，因此撥叉式油量控制機(jī)構(gòu)對(duì)供油量的調(diào)節(jié)十分靈敏。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易，適用于中小型柴油機(jī)。

在柱塞直徑一定時(shí)，有效行程愈長(zhǎng)，供油量愈大，噴油延續(xù)時(shí)間愈長(zhǎng)。噴油延續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)由于后期噴入的燃料不能充分燃燒而使柴油機(jī)性能惡化。因此，供油量較大的柴油機(jī)，必須選用較大的柱塞直徑。

對(duì)于多缸噴油泵，如各缸的供油量不一致時(shí)，必須進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整的方法因結(jié)構(gòu)不同而異。如采用撥叉式油量控制機(jī)構(gòu)，則可通過(guò)改變調(diào)節(jié)叉在拉桿上的位置來(lái)調(diào)整供油量。

 

圖4 柴油發(fā)電機(jī)撥叉式油量控制機(jī)構(gòu)

 

（3）供油壓力的保證

為了得到良好的霧化質(zhì)量，柴油機(jī)的噴油壓力高達(dá)12～100MPa。要建立這么高的燃油壓力，柱塞上部油腔及與噴油器連通的部分必須有良好的密封性，這就要求柱塞與柱塞套筒之間有很高的配合精度，通常它們之間的間隙僅有0.0015～0.0025mm。因此，柱塞偶件（副）都是通過(guò)成對(duì)選配并進(jìn)行研磨而成，偶件中的任一零不能與其他零件互換。

噴油泵柱塞偶件的密封性是保證較高供油壓力的基本條件，而實(shí)際的噴油壓力則由噴油器的調(diào)節(jié)彈簧所限定。調(diào)整該調(diào)壓彈簧的預(yù)緊力就可以改變噴油壓力的高低。

（4）供油干脆

供油干脆即供油迅速開(kāi)始和斷然結(jié)束。在柱塞偶件的上端面上，裝有另一副精密偶件（出油閥與出油閥座），稱(chēng)為出油閥副，其構(gòu)造如圖5所示。出油閥的主要作用就是使噴油泵供油開(kāi)始及時(shí)迅速而停油干脆利落。

 

圖5 柴油發(fā)電機(jī)出油閥及閥座

 

出油閥上部有一圓錐面，出油閥彈簧將此錐面壓緊在出油閥座上，使柱塞上部空間與高壓油管隔斷。錐面下部有一圓柱形的環(huán)帶3稱(chēng)為減壓環(huán)帶，減壓環(huán)帶與出油閥座的內(nèi)孔精密配合，也具有密封作用。減壓環(huán)帶下面的閥桿上銑有四個(gè)直槽，使斷面呈十字形。十字部分在出油閥升降時(shí)起導(dǎo)向作用，而四個(gè)溝槽則是柴油的通路。

當(dāng)柱塞開(kāi)始?jí)河椭敛裼蛪毫Τ^(guò)出油閥彈簧彈力時(shí)，出油閥開(kāi)始升起，但并不出油，當(dāng)出油閥升至減壓環(huán)帶下邊緣離開(kāi)出油閥座孔時(shí)，高壓柴油才通過(guò)十字槽、高壓油管流向噴油器，使供油迅速開(kāi)始。

當(dāng)柱塞斜槽邊緣與回油孔接通時(shí)，高壓柴油即倒流入低壓油腔內(nèi)。出油閥在出油閥彈簧及高壓柴油的共同作用下迅速下落，高壓油管中的油壓迅速降低。

當(dāng)減壓環(huán)帶的下邊緣進(jìn)入出油閥座的內(nèi)孔時(shí)，柱塞上部的油腔即與高壓油管隔斷。隨著出油閥的繼續(xù)下落直至圓錐面落座，出油閥上方的高壓油腔讓出了一部分容積，因而高壓油管中的油腔容積突然增大，油壓又迅速降低，噴油立即停止，這就保證了噴油后期燃油的霧化質(zhì)量，同時(shí)防止出現(xiàn)二次噴射和滴漏現(xiàn)象。此外，由于出油閥錐面與閥座配合嚴(yán)密，高壓油管中能保留一定量的柴油和保持一定的剩余壓力，使下次供油比較迅速，且供油量較為均勻穩(wěn)定。如減壓環(huán)帶磨損或間隙過(guò)大，使密封不良，就會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)工作性能惡化。出油閥副也是成對(duì)進(jìn)行選配并精細(xì)研磨而成的偶件，在使用時(shí)不能隨意更換。

 

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