零件裝配與結構組成

柴油機柱塞式噴油泵的工作原理和結構圖

 

摘要：柴油機高壓燃油供給系統主要由噴油泵、噴油器等組成，其結構形式很多。噴油泵按其結構和工作大體可分為三類：柱塞式噴油泵、噴油泵一噴油器和分配式噴油泵。柱塞式噴油泵性能良好，使用可靠耐久，維修方便，為目前大多數柴油機所采用。康明斯公司在本節中主要介紹柱塞式噴油泵。

 

一、噴油泵的功能與基本要求

 

      噴油泵（又稱高壓油泵）是柴油機的“心臟”，是柴油機燃料供給系統中的最重要的部件。其功能是提高柴油機的壓力，并根據柴油機工作過程的要求，定時、定量地向燃燒室輸送燃油。

1、噴油泵的作用

（1）提高油壓（定壓）：

      將輸油泵送來的低壓油提高到一定的壓力，然后通過高壓油管輸送到噴油器，以獲得良好的噴霧質量。噴油壓力一般為10MPa～20MPa。

（2）控制噴油時間（定時）：

      規定的時間噴油和停止噴油。

（3）控制噴油量（定量）：

      根據柴油機的工作情況，改變噴油量的多少，以調節柴油機的轉速和功率。

2、對噴油泵的基本要求

（1）根據柴油機工作循環要求，定時供給燃油。

（2）根據柴油機工作負荷大小，定量供給燃油，負荷大時供油量增多，反之則減少，并保證各缸供油均勻，一般要求各缸差別不超過3%。

（3）供油既要求能急速開始，又能保證停油迅速，避免噴油器產生滴漏現象。噴油泵的結構形式很多，目前常用的噴油泵是利用柱塞上下運動來泵送柴油，故稱柱塞式噴油泵。

 

二、噴油泵的構造

 

      圖1所示是噴油泵構造示意圖。柱塞式油泵是利用柱塞在套筒內上下移動來泵油的。套筒為一光滑的圓柱筒，上部有進油孔。套筒裝在油泵殼體內，油孔與泵體內的低壓油道相通。柱塞為一光滑的圓柱體，它的上部開有直槽和螺旋槽，下端有凸塊和小頭。柱塞裝在套筒內，兩者之間配合精度高、間隙小（一般為0.0015～0.0025mm）。為了保證獲得高壓，又要保證柱塞偶件間必要的潤滑間隙，柱塞偶件都經過研磨選配成對，不能互換。

1、出油閥

（1）出油閥作用

      出油閥的功用是保證噴油泵供油急速開始，又能立即停止，以避免因動作遲緩造成噴油器出現滴漏現象。 

（2）出油閥的結構

      出油閥的結構如圖3所示。它是一個單向閥，裝在柱塞偶件上面。出油閥和閥座為精密偶件，在彈簧的彈力作用下，出油閥上部圓錐面與閥座緊密配合。其功能是在停止供油時，將高壓油管與柱塞上端空腔隔絕，防止高壓油管內的油液倒流至噴油泵內。錐面下部為一圓柱形的減壓環帶，下面銑有油槽，是出油閥的導向部分。油槽斷面呈十字形，柴油可經油槽流過。

（3）工作過程

      當噴油泵套筒內柴油達到一定壓力后，將出油閥推開，使減壓環帶離開座孔，柴油經油槽進入高壓油管，使噴油器噴油。供油結束時，泵油室內壓力迅速下降，出油閥在彈簧壓力作用下迅速下降。當減壓環帶進入座孔時，使高壓油管和泵油室隔絕，再繼續下降，直到與密封錐面相接觸。由于減壓環帶所讓出的容積使高壓油管內容積增大壓力迅速下降，噴油器立即停止噴油，防止噴孔出現滴油現象。

      出油閥偶件經過研磨加工，選配成對，使用時不能互換。

2、凸輪軸

      噴油泵的驅動機構包括凸輪軸和挺柱組件。凸輪軸的前、后端通過滾動軸承支承在噴油泵體上。凸輪軸上凸輪的數目與噴油泵的柱塞偶件數相同，各凸輪間的夾角與配套柴油機的氣缸數有關，并與氣缸工作順序相適應。

      凸輪軸一般由曲軸定時齒輪驅動，四沖程柴油機噴油泵凸輪軸的轉速是曲軸轉速的一半，以實現在凸輪軸一轉之內向各氣缸供油一次。挺柱體部件安裝在噴油泵體上的挺柱孔內。 柱塞在供油時產生的高壓對凸輪的作用力最大，應力最高。在一定負荷下，與滾輪相接觸的凸輪表面曲率半徑越小，其產生的接觸應力越大。為了防止凸輪頂部小圓接觸應力過大而產生早期損壞，一般要求柱塞供油結束點要落在小圓弧之前，并保證供油終點時柱塞的升程與最大速度時柱塞的升程之差S大于0.3mm。因此，在油泵的調試中，如果不能保證規定的供油起始角，而把起始角調整得過小，就有可能使供油終點落到凸輪小圓弧段上，這樣不但影響柴油機的性能，而且還會使凸輪的壽命降低。

      凸輪軸的功能是保證噴油泵按一定順序和規律供油。凸輪軸由凸輪、輸油泵偏心輪和軸頸等組成。它通過本身的齒輪由曲軸齒輪或中間齒輪等傳動裝置帶動而工作，其轉速為發動機曲軸轉速的一半，凸輪的排列順序和發動機的工作次序相同，它的間隔角度為發動機做功間隔角度的一半。為了保證供油準時，維修時不致弄錯，在凸輪軸與曲軸齒輪或齒輪之間都做有正時位置的記號。

 

圖3 噴油泵出油閥結構圖

圖4  柱塞式噴油泵的構造組成（凸輪位置）

 

 

三、噴油泵工作原理與特點

 

1、工作過程

① 進油過程。

      噴油泵凸輪由曲軸帶動，當凸輪尖離開推桿時，柱塞在彈簧的作用下向下移動，套筒上部空間增大，形成真空。當柱塞下移讓開套筒進油孔時，柴油被吸入并充滿柱塞上部空間，這個過程即為進油過程，如圖2（a）所示。

② 壓油過程。

      當凸輪繼續轉動，頂起推桿時，柱塞上行。當套筒上的油孔被柱塞封閉時，柴油開始受壓縮，油壓逐漸升高。當達到一定壓力時將出油閥頂開，高壓柴油經油管送到噴油器。這個過程稱為壓油過程（亦稱供油過程），如圖2（b）所示。

③ 回油過程。

      當柱塞上行至一定高度，柱塞上的螺旋槽與套筒上的油孔相對時，套筒內柱塞上部空間的柴油便通過油槽流回油孔，造成回油，壓力立即下降，出油閥在彈簧的作用下迅速下落，關閉出油口，停止供油。這時雖然柱塞繼續上行，但是不供油，如圖2（c）所示。柱塞從供油開始到供油結束時的行程叫柱塞有效行程，如圖2（d）所示。

2、供油特點

      從上述過程中，可以看出柱塞式噴油泵的供油過程具有以下兩個特點：

① 柱塞往復運動總行程L是不變的，由凸輪的升程所決定。

② 柱塞每循環的供油量大小決定于有效行程，即決定于柱塞頂面至回油孔上緣所對斜槽邊緣的距離。因為切槽是斜的，所以推動柱塞就可以改變供油行程。

 

圖1 單體式高壓油泵結構圖

圖2 柱塞式噴油泵的工作原理圖

 

 

總結：

      根據柴油機單缸功率范圍對供油量的不同要求，以幾種柱塞行程為基礎，把噴油泵分成幾種系列，再分別配以不同直徑的柱塞，組成若干種循環供油量不等的噴油泵，使噴油泵系列化，以滿足柴油機不同功率機型的要求，有利于噴油泵的制造與維修。國產I、II、II號系列泵已大批生產，并廣泛應用于中、小型柴油機。

 

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