性能特點(diǎn)和作用說明

柴油機(jī)分配式噴油泵結(jié)構(gòu)、原理及調(diào)試

 

摘要：分配式噴油泵簡稱分配泵，也叫VE泵（VE是分配泵的德語縮寫簡稱）。相比較于傳統(tǒng)的A型，B型和P型直列噴油泵，VE型分配泵是驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分配式噴油泵，這種類型的分配泵大體可以分成轉(zhuǎn)子式和單柱塞式兩種類型。VE型分配泵作為小型柴油機(jī)普遍選擇，其本身具有較多優(yōu)勢，在使用過程中所表現(xiàn)出來的特點(diǎn)讓VE型分配泵得到廣大使用者的青睞。VE型分配泵具有較為簡單的結(jié)構(gòu)，并且其零件較少，體積較小，較輕的質(zhì)量在使用中不會(huì)造成較大的負(fù)擔(dān)，除此之外，VE型分配泵在使用過程中還具有較小的故障發(fā)生率，維修較為簡單。本文簡要分析柴油機(jī)VE型分配泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作過程，通過對工作過程的探究，可以更好的實(shí)現(xiàn)對柴油機(jī)工作狀況的控制。

 

一、柴油機(jī)分配泵的工作過程

 

      在柴油發(fā)電機(jī)上，除了直列柱塞泵燃油噴射系統(tǒng)，還廣泛使用VE分配泵的燃油噴射系統(tǒng)（圖1），主要分為轉(zhuǎn)子式和單柱塞式兩大類。轉(zhuǎn)子分配泵不僅往復(fù)泵油，同時(shí)又連續(xù)旋轉(zhuǎn)配油，并配有適當(dāng)?shù)恼{(diào)速器對供油時(shí)間、油量和供油過程進(jìn)行控制。VE泵為單柱塞供油（結(jié)構(gòu)模型如圖2所示），并通過分配器，將燃油分別供給各個(gè)燃燒室進(jìn)行燃燒。

1、進(jìn)油過程

      當(dāng)平面凸輪盤的凹下部分轉(zhuǎn)至與滾輪接觸時(shí)，柱塞彈簧將分配柱塞由右向左推移至柱塞下止點(diǎn)位置，這時(shí)分配柱塞上的進(jìn)油槽與柱塞套的進(jìn)油孔連通，柴油自噴油泵體的內(nèi)腔經(jīng)進(jìn)油道進(jìn)入柱塞腔和中心油孔內(nèi)。

2、泵油過程

      當(dāng)平面凸輪盤由凹下部分轉(zhuǎn)至凸起部分與滾輪接觸時(shí)，分配柱塞在凸輪盤的推動(dòng)下由左向右移動(dòng)。在進(jìn)油槽轉(zhuǎn)過進(jìn)油孔的同時(shí)，分配柱塞將進(jìn)油孔封閉，這時(shí)柱塞腔內(nèi)的柴油開始增壓。與此同時(shí)，分配柱塞上的燃油分配孔轉(zhuǎn)至與柱塞套上的一個(gè)出油孔相通，高壓柴油從柱塞腔經(jīng)中心油孔、燃油分配孔、出油孔進(jìn)入分配油道，在經(jīng)出油閥和噴油器噴入燃燒室。

      平面凸輪盤每轉(zhuǎn)一周，分配柱塞上的燃油分配孔依次與各缸分配油道接通一次，即向柴油機(jī)各缸噴油器供油一次。

3、停油過程

      分配柱塞在平面凸輪盤的推動(dòng)下繼續(xù)右移，當(dāng)柱塞上的泄油孔移出油量調(diào)節(jié)套筒并與噴油泵體內(nèi)腔相通時(shí)，高壓柴油從柱塞腔經(jīng)中心油孔和泄油孔流進(jìn)噴油泵體內(nèi)腔，柴油壓力立即下降，供油停止。

      從柱塞上的燃油分配孔與柱塞套上的出油孔相通的時(shí)刻起，至泄油孔移出油量調(diào)節(jié)套筒的時(shí)刻止，這期間分配柱塞所移動(dòng)的距離為柱塞有效行程。顯然，有效供油行程越大，供油量越多。移動(dòng)油量調(diào)節(jié)套筒即可改變有效供油行程，向左移動(dòng)油量調(diào)節(jié)套筒，停油時(shí)刻提早，有效供油行程縮短，供油量減少；反之，向右移動(dòng)油量調(diào)節(jié)套筒，供油量增加。油量調(diào)節(jié)套筒的移動(dòng)由調(diào)速器控制。

4、壓力平衡過程

      分配柱塞上設(shè)有壓力平衡槽，在分配柱塞旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)過程中，壓力平衡槽始終與噴油泵體內(nèi)腔相通。在某一氣缸供油停止之后，且當(dāng)壓力平衡槽轉(zhuǎn)至與相應(yīng)氣缸的分配油道連通時(shí)，分配油道與噴油泵體內(nèi)腔相通，于是兩處的油壓趨于平衡。在柱塞旋轉(zhuǎn)過程中，壓力平衡槽與各缸分配油道逐個(gè)相通，致使分配油道內(nèi)的壓力均衡一致，從而可以保證各缸供油的均勻性。

      綜上所述，VE泵的工作原理簡單的可述為：傳動(dòng)軸由柴油機(jī)定時(shí)齒輪驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)油泵中的輸油泵工作，使油泵內(nèi)充油并保持一定的壓力；油壓隨轉(zhuǎn)速升高而增大并使提前器工作；同時(shí)傳動(dòng)軸帶動(dòng)飛錘座部件旋轉(zhuǎn)，飛錘旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的張力推動(dòng)調(diào)速滑套升壓調(diào)速支架部件，使調(diào)速支架上的球頭銷產(chǎn)生位移，從而拔動(dòng)控制套來回移動(dòng)以達(dá)到控制供油量大小的目的；而傳動(dòng)軸的叉形又帶動(dòng)端面凸輪在滾輪座上作旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使柱塞產(chǎn)生高壓油并向各缸分配燃油。

 

圖1  柴油機(jī)普通VE分配泵供油系統(tǒng)

圖2  柴油機(jī)VE型分配泵工作過程模型圖

二、燃油分配泵的結(jié)構(gòu)

 

      VE型轉(zhuǎn)子分配泵是一種軸向壓縮式單柱塞泵，結(jié)構(gòu)如圖3和圖4所示。VE型轉(zhuǎn)子分配泵的左端為傳動(dòng)傳動(dòng)及滑片式輸油泵，中間由傳動(dòng)齒輪、滾輪及滾輪座、平面凸輪等組成，右端有控制套筒、柱塞、電磁閥等。泵的上部為調(diào)速器，下部為供油提前角調(diào)節(jié)器。VE分配泵可以實(shí)現(xiàn)供油分配、噴油量調(diào)節(jié)、噴油提前角調(diào)整、停機(jī)功能。VE分配泵內(nèi)部主要零件的結(jié)構(gòu)與作用：

1、傳動(dòng)軸

      傳動(dòng)軸將柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速減速為1/2，是通過主驅(qū)盤來驅(qū)動(dòng)凸輪盤的。

2、凸輪盤

       凸輪盤具有與柴油發(fā)電機(jī)氣缸相同數(shù)量的平面凸輪，通過轉(zhuǎn)子固定器固定的轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)后，進(jìn)行相當(dāng)于凸輪升降器的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。并且在凸輪盤中泵柱塞是由頂銷和柱塞彈簧組成的，在與凸輪盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。因此，四氣缸柴油發(fā)電機(jī)的情況下，轉(zhuǎn)子固定器中有四個(gè)轉(zhuǎn)子，凸輪盤中有四個(gè)平面凸輪，凸輪盤和活塞在一個(gè)旋轉(zhuǎn)中進(jìn)行四次往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

3、柱塞

      柱塞與分配套筒和控制套筒共同組成燃油吸入、壓送及燃油流量的調(diào)整裝置（圖5和圖6），柱塞開口及分配套筒輸出管道的數(shù)量與氣缸數(shù)量相同。并且，將柱塞部的缺口與凸輪盤背面的銷釘安裝在一起，通過柱塞彈簧壓入凸輪盤。隨著傳動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)，通過主驅(qū)盤連接的平面凸輪盤及嵌入其中的柱塞開始旋轉(zhuǎn)。并且，與主驅(qū)盤連接的凸輪盤面中有與氣缸數(shù)量相等的平面凸輪，這些平面凸輪與主驅(qū)盤連接的同時(shí)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，所以柱塞進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和復(fù)兩種運(yùn)動(dòng)。柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的是將燃油施加高壓，并向噴油器壓送的工作，而旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過柱塞的前端部分、中央部分和中心部分設(shè)計(jì)的開口和孔，來完成向各氣缸的噴油器分配燃油的工作。

4、調(diào)壓閥

      調(diào)壓閥是控制輸油泵的輸油壓力的裝置，燃油泵的輸出壓力超過規(guī)定值后，活塞壓縮閥內(nèi)的彈簧上升，因?yàn)槿加屯放c吸入側(cè)相連，輸出壓力下降，從而來控制輸出的油壓。因此，燃油泵的輸油壓力是由調(diào)壓閥的彈簧的彈力決定的。

5、溢流閥

      溢流閥用來冷卻泵外殼內(nèi)各部件，并將燃油送回到油箱，其流量是由噴嘴來限定的，所以可以保持泵外殼內(nèi)的壓力。

6、分配蓋

      分配蓋的結(jié)構(gòu)是進(jìn)行燃油的吸入、計(jì)量、分配和壓送的裝置，其內(nèi)部有分配套筒。分配套筒中設(shè)計(jì)有與氣缸數(shù)相等的輸出管道。

7、輸油泵

      輸油泵具有葉片式結(jié)構(gòu)，將在燃油濾清器過濾后的燃油壓送到泵外殼內(nèi)。其工作原理當(dāng)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用，將葉片向外側(cè)擠壓，沿著殼體內(nèi)面移動(dòng)。這時(shí)，轉(zhuǎn)子和殼體及葉片之間所圍成空間容積是隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)從燃油的吸入口開始逐漸擴(kuò)大的，因?yàn)榭臻g的壓力下降使燃油吸入。轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，其容積逐步縮小，燃油被加壓通過輸出口壓送到泵外殼內(nèi)。

 

圖3  VE型轉(zhuǎn)子分配泵外觀結(jié)構(gòu)圖	圖4  VE型轉(zhuǎn)子分配泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
圖5  噴油泵燃油流量調(diào)整裝置（1）	圖6  噴油泵燃油流量調(diào)整裝置（2）

 

三、試驗(yàn)檢查與調(diào)試

 

1、試驗(yàn)條件

（1）試驗(yàn)用的標(biāo)準(zhǔn)噴油器開啟壓力為17.5～28.5MPa，經(jīng)過20h的試驗(yàn)后，應(yīng)復(fù)查開啟壓力，如有變化應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。

（2）高壓油管：ф6×ф2×840mm

（3）試驗(yàn)油問溫度：46～55℃

（4）試驗(yàn)輸油壓力：0.02 MPa

（5）試驗(yàn)用油：符合ISO4113或GB8029-87的校泵油

2、試驗(yàn)步驟

（1）試驗(yàn)準(zhǔn)備

① 將分配泵裝在試驗(yàn)臺(tái)上，接通管路，放凈空氣。

② 按規(guī)定的12V或24V直流電壓接通電磁閥，要求在8V電壓下電磁閥就能打開油路。切斷電源后，電磁閥應(yīng)能迅速關(guān)閉油路。

③ 扳動(dòng)油泵傳動(dòng)軸，檢查有無卡阻現(xiàn)象，確認(rèn)正常后，才能進(jìn)行試驗(yàn)。

3、磨合運(yùn)轉(zhuǎn)

       首先使油泵在約300r/min時(shí)進(jìn)行低速運(yùn)轉(zhuǎn)，并把泵室內(nèi)空氣通過回油螺釘徹底排凈，然后將轉(zhuǎn)速逐漸提高到1000r/min，進(jìn)行磨合運(yùn)轉(zhuǎn)，連續(xù)30min。如發(fā)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)中漏油、不噴油或有異響等不正常現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)馬上關(guān)閉試驗(yàn)臺(tái)，查找原因并加以排除。

4、全負(fù)荷油量預(yù)調(diào)

      帶增壓補(bǔ)償裝置的VE泵，有3處可調(diào)全負(fù)荷油量：

（1）錐形偏心軸的起始位置，可以用不同轉(zhuǎn)角調(diào)整。偏心軸的起始位置，對不同柴油機(jī)所需油量，所需的轉(zhuǎn)角，一般都以經(jīng)過計(jì)算、試驗(yàn)選定。因此，安裝后，通常很少需要調(diào)整。

（2）膜片行程。以調(diào)整墊片的厚度尺寸進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整膜片行程時(shí)，必須拆開補(bǔ)償器蓋，取下膜片后才能更換調(diào)整墊片。調(diào)整也是比較麻煩的，因此，對不同的柴油機(jī)，經(jīng)計(jì)算、試驗(yàn)，把尺寸控制在公差范圍內(nèi)，盡量避免在調(diào)試時(shí)更換墊片厚度尺寸。

（3）全負(fù)荷油量調(diào)節(jié)螺釘，以擰進(jìn)或退出進(jìn)行調(diào)整。通常用這種方法進(jìn)行調(diào)整。只有在特殊情況下，全負(fù)荷油量調(diào)節(jié)螺釘調(diào)整遇到困難時(shí)，才用上述兩種方法進(jìn)行調(diào)整

5、檢查、調(diào)整泵室內(nèi)壓力

      泵室內(nèi)燃油壓力是控制供油提前角自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的重要參數(shù)。檢查時(shí)，將操縱桿置于高速位置，壓力表接在能反映泵室內(nèi)的壓力處，檢查泵室內(nèi)壓力P隨油泵轉(zhuǎn)速的變化。通常應(yīng)從低速到高速測量3～4點(diǎn)，當(dāng)泵室內(nèi)壓力低于規(guī)定值，可以將堵塞輕輕下壓加大壓力調(diào)節(jié)彈簧的預(yù)緊力，使滑閥3必須在較高的壓力下才能上移到回油孔被打開位置。反之，必須拆下調(diào)壓閥，從內(nèi)側(cè)輕輕把堵塞向外頂入減小回油彈簧預(yù)緊力直至泵室內(nèi)壓力符合要求為止。一般情況下，盡量避免拆卸調(diào)壓閥。

6、檢查回流量

      操縱桿置于高速位置，把回流管與回油接頭接通，同時(shí)把回流的燃油引入量筒，測量高、中、低幾種不同轉(zhuǎn)速時(shí)的回流量，應(yīng)符合要求，如果超差，可更換回油螺釘部件進(jìn)行復(fù)測

7、供油自動(dòng)提前裝置調(diào)整

      操縱桿置于高速位置，卸下供油提前角自動(dòng)調(diào)節(jié)器高壓端蓋（即無彈簧的一端）裝上行程計(jì)量儀，然后在規(guī)定轉(zhuǎn)速下測量定時(shí)活塞行程。若不符和規(guī)定，則可相應(yīng)增減定時(shí)彈簧一端的墊片厚度進(jìn)行調(diào)整。但應(yīng)注意定時(shí)彈簧兩側(cè)的墊片，各自不得少于一片。檢查時(shí)應(yīng)注意定時(shí)活塞的位置，減速、加速不應(yīng)有較大的滯后，通常允許滯后值小于0.3mm。如超差，應(yīng)檢查定時(shí)活塞是否有卡阻現(xiàn)象，或檢查定時(shí)活塞與泵體的間隙是否正常。若無卡阻且間隙正常，則表明彈簧剛度不符合要求，應(yīng)更換彈簧后復(fù)測。

8、全負(fù)荷特性低速段

      操縱桿置于高速位置，使進(jìn)氣壓力為零。再規(guī)定的低轉(zhuǎn)速測試油量，應(yīng)符合要求。如果低速油量超差，可以改變調(diào)整螺釘?shù)纳舷挛恢眠M(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)整螺釘向下擰，有效行程加大，低速供油量增加；向上退，有效行程減小，低速供油量降低。

9、增壓補(bǔ)償器性能檢查調(diào)整

      把操縱桿置于高速位置，作下列試驗(yàn)：

       油泵轉(zhuǎn)速固定在增壓補(bǔ)償器起作用的轉(zhuǎn)速。通入0.1MPa壓縮空氣，要求增壓補(bǔ)償器開始起作用。即通入0.1MPa的壓縮空氣后，供油量應(yīng)比不通壓縮空氣時(shí)略有增加。如不變，說明增壓補(bǔ)償器預(yù)緊力太大，尚未起作用；如果油量大很多，表明增壓補(bǔ)償器預(yù)緊力太小。如出現(xiàn)上述情況，可用調(diào)整齒輪的上下位置進(jìn)行調(diào)整。

      油泵轉(zhuǎn)速固定在增壓補(bǔ)償器起作用的轉(zhuǎn)速。通入不同壓力P的壓縮空氣，P從零值開始到最大值，取3～4點(diǎn)，測各點(diǎn)相應(yīng)的供油量。如果各點(diǎn)相應(yīng)的供油量出現(xiàn)偏差，表明增壓補(bǔ)償彈簧剛度過大或過小，出現(xiàn)這種情況應(yīng)更換彈簧。

10、全負(fù)荷特性調(diào)整

      操縱桿置于高速位置，通入的壓縮空氣壓力取最大扭矩工況的進(jìn)氣壓力，轉(zhuǎn)速分別在標(biāo)定轉(zhuǎn)速和最大扭矩轉(zhuǎn)速時(shí)，測量供油量及回油溫度。經(jīng)檢查，下列項(xiàng)目中如有不符和要求，應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。

（1）標(biāo)定工況油量超差。應(yīng)調(diào)整全負(fù)荷油量調(diào)節(jié)螺釘位置。

（2）最大扭矩工況油量不符合要求：對裝有機(jī)械校正的油泵，可通過調(diào)整校正量解決；對不裝機(jī)械校正的油泵，最大扭矩工況的油量則是由于速度特性不匹配造成的，可通過改變影響速度的出油閥部件進(jìn)行復(fù)查。

（3）回油溫度過高，應(yīng)復(fù)查回流量是否正常。如果不正常，應(yīng)從運(yùn)動(dòng)件間的加工精度，配合間隙以及有否進(jìn)行磨合等方面分析原因。

11、操縱桿高速限位調(diào)整方法

      將高速桿緊靠高速限位螺釘，需滿足下列條件：

（1）在標(biāo)定轉(zhuǎn)速時(shí)，全負(fù)荷油量應(yīng)符合要求。

（2）試驗(yàn)時(shí)要求起作用轉(zhuǎn)速，停油轉(zhuǎn)速以及中間轉(zhuǎn)速時(shí)的供油量都能滿足要求

（3）操縱桿位置的β角應(yīng)在一定范圍內(nèi)。如果在調(diào)整中β角過大或過小，可以通過改變操縱桿4與操縱桿3間的相對位置解決。

12、操縱桿怠速限位

      試驗(yàn)時(shí)不必通入壓縮空氣。把油泵轉(zhuǎn)速降低到怠速轉(zhuǎn)速，操縱桿與怠限位螺釘接觸，再滿足怠速油量的條件下，角度α應(yīng)符合要求。如果α角超差，應(yīng)適當(dāng)改變操縱桿與操縱軸的相對位置。改變后，應(yīng)對高速限位螺釘位置重新復(fù)查，如果為滿足α需要，過多的改變操縱桿和操縱桿軸的相對位置，會(huì)引起高速限位時(shí)β角的超差，因此，調(diào)整時(shí)應(yīng)兼顧高低速的極限位置，使α和β角都在合格的范圍內(nèi)。

13、起動(dòng)油量檢查

       試驗(yàn)時(shí)不必通入壓縮空氣。操縱桿固定在高速位置，油泵在規(guī)定的起動(dòng)轉(zhuǎn)速下，檢查起動(dòng)油量。檢查時(shí)如起動(dòng)油量不符和規(guī)定要求，可以通過更換調(diào)整塞來改變起動(dòng)行程的大小。如果必須很大起動(dòng)行程尺寸，才能滿足起動(dòng)油量要求，就應(yīng)檢查柱塞間隙是否過大。如起動(dòng)行程尺寸過小，則起動(dòng)油量不夠。

14、停油檢查

（1）電磁閥可靠性檢查，要求切斷電源能迅速停止供油。

（2）停油手柄扳向停油位置應(yīng)能迅速停止供油。

 

總結(jié)：

 

      與直列式柱塞噴油泵相比，分配泵僅用一對柱塞偶件就可以向2～6個(gè)汽缸供油。其結(jié)構(gòu)簡單，零件少，體積小，質(zhì)量輕，特別適合于小型高轉(zhuǎn)速柴油發(fā)電機(jī)使用。分配泵在柴油機(jī)上的安裝位置靈活，水平、垂直安裝均可。與直列泵相比，VE分配泵零件的加工精度要求較高，而且對材料材質(zhì)和熱處理的要求較嚴(yán)格，對柴油的清潔度的要求也較為苛刻。為了能夠與國家對排放的相關(guān)規(guī)定相匹配，柴油機(jī)在研發(fā)過程中要注重提升噴油泵的主要性能，完善噴油泵的相關(guān)功能。特別是柴油機(jī)VE型分配泵調(diào)速器中具有超好的性能，使其逐漸發(fā)展成為在小型號高速柴油機(jī)的主要配套設(shè)備。這種設(shè)備也存在著一定的局限性，其機(jī)械結(jié)構(gòu)會(huì)在一定程度上帶來困擾，在今后發(fā)展中研究調(diào)速器會(huì)大有裨益。

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