柴油机喷油泵设计(编辑修改稿)

柴油机喷油泵设计(编辑修改稿)内容摘要：

0b 是上螺旋槽式柱塞，它属于供油始点变化而供油终点不变的柱塞。 这种型式适用转速与供油量变化一致的柴 油机，例如船舶用柴油机。 此种柴油机的工作条件是负荷增大转速也相应提高，部分负荷工作时柴油机转速也降低。 因此，使供油量，转速和供油提前角在各种工况下都能很好的相互适用。 图 410C 是上下双螺旋槽式柱塞，它属于供油始点都变化的柱塞。 这种调节方式对于负荷和转速都经常发生变化的柴油机较为有利，它可使柴油机的工作比较柔和。 但因其结构和加工工艺都较为复杂，所以在实际中应用不多。 螺旋槽旋向 柱塞上的斜槽或螺旋梭边，按其倾斜的方向可分为左旋和右旋柱塞。 它可按下述方法判定，把柱塞置于垂直位置后，观察柱塞上斜槽（或螺 旋梭边）上升的方向。 如果斜槽向左方为上升，则为左旋（图 410A）；反之， 如果斜槽向右方为上升，则为右旋（图 410B）。 对于某种车型的柴油机喷油泵，所采用柱塞的斜槽方向是固定的，它取决于喷油泵在发动机的安装位置（在左侧或右侧）和喷油泵供油量调节机构的类型（拨叉式或齿杆式）的不同，要注意更换柱塞时不要搞错，否则在试验台上调整供油量时就会出现异常的现象。 螺旋边导程或斜槽倾角 螺旋边的导程是指螺旋槽的梭边每转一周在柱塞轴向上升的距离，它表示螺旋边的倾斜程度，与斜槽倾角具有相同的含义。 柱塞上斜槽倾角的 大小对发动机工作的稳定性有一定的影响。 因为在移动调节拉杆改变供油量时，其供油量的变化程度会因柱塞上斜槽倾角的不同而不同。 例如，当柱塞斜槽倾角过大时，调节拉杆即或有不大振动，也会使供油量产生明显的改变，从而造成发动机的扭矩和转速的波动，影响发动机工作的稳定。 同时这样还会引起调速器频繁的产生调节作用，工作也还不稳定。 反之，当倾角过小时是不允许的，因为在这种情况下，即使要改变很小的供油量，调速器也必须把调节齿杆移动很大的距离，因而也影响了调速器反应的灵敏性。 另外，斜槽倾角的大小对于柱塞的磨损和使用寿命也有一定的影 响。 当倾角较小时，柱塞上斜槽的工作梭边较长，使磨损带的分布较长，可减轻梭边的磨损。 因此，在选择柱塞斜槽梭边倾角时，不仅要保证满足各种工况对供油量的要求，而且也需要考虑发动机工作的稳定和柱塞的磨损问题。 柱塞斜槽在加工中，必须保证有较高的精度，并要求保持斜槽工作梭边的直角锐边。 斜槽工作梭边的精确程度对各缸供油均匀性有着重要的影响 柱塞斜槽的倾角与喷油泵所配用的调速器型式有着密切的关系，因为调速器飞块运动的两个极限决定了供油调节拉杆的行程。 当调节拉杆的行程被确定后，柱塞的斜槽倾角也就受到了限制。 此时如倾角过小， 就会造成调节拉杆行程不足的情况，这样就不能同时即满足发动机最大供油量又满足最小供油量工况的要求。 为了正确的决定一定直径柱塞的斜槽倾角，一般是利用柱塞表面展开图求得，如图 411 所示，假如柱塞直径 D 和柱塞套上的回油孔径已经确定， S 表示从全负荷位置至怠速位置柱塞应该转动的展开长度，其值是根据相应的调节拉杆行程折算出来的。 这段拉杆行程是根据总的拉杆行程并考虑到起动加浓和停油的需要而后选择的。 图中的水平线表示柱塞顶面的展开线。 根据怠速和全负荷时循环供油量可以计算出（公式 41）相应的柱塞有效行程 H 和 H。 然后在怠速 和全 负荷位置分别画出回油孔 B 和 A，再作 A 和 B 二孔的公切线，即求得柱塞斜槽的工作梭边。 根据作图即可求出螺旋梭边的导程或斜槽的倾角。 同时在图中也可确定起动位置和停油时的回油孔位置和相应的调节拉杆行程。 一般选择在 S/2 处作为柱塞斜槽的设计基准和测量基准，其基准线的位置与柱塞下部十子形凸缘的中心线相重合（图中 413 中之 5）。 对于带有调节臂的国产系列泵柱塞，要求压装调节臂时使它与斜槽基准线有一定的角度。 图 4=12 为II 号泵柱塞调节臂的装配位置。 对于带直切槽的柱塞，为了防止柱塞的转角过大，要求从基准线至柱塞直切槽的边缘所占的中心夹角一般不大于 90 度（参阅图 413）。 这一点也限制了斜槽倾角的过小。 在喷油泵的装配时，为了保证达到设计要求和装配调整的方便，使柱塞和调节拉杆能达到同步，因此在柱塞，可调齿圈，齿杆上都刻有相应的记号（图 413）。 其装配方法如下：用定位螺钉（或定位销）将柱塞套定位，使其进，回油孔的中心线与调节齿杆的中心线相垂直； 使柱塞上十字凸缘的中心线与柱塞套上油孔的中心线相重合，记号朝外； 将调节齿杆置放在中间位置，使调节齿圈上带有记号的齿与齿杆上带记号的齿见相齿合。 齿杆的中间位置也是根据齿杆上的记 号确定的，当齿杆 上加工有一圈刻线时（在调速器一侧），使其刻线与泵体端面对齐也可保证齿杆在中间位置。 若齿杆的前端打有冲坑时，应使齿杆处于在冲坑与装在泵体上的齿杆导套相对应的位置。 装合喷油泵时一定要按上述规定进行装置，否则将给油泵的调试带来麻烦。 在喷油泵已装合完毕的情况下，如发现个别调节齿圈与调节齿杆齿合位置不对，不必重新拆开。 此时，可将调节齿圈连同控制套筒一起用螺丝刀子，便可得到二者的正确齿合位置。 柱塞的结构型式 不同的回油通道型式 柱塞在停止供油时，按其燃油回流通道型式的不同， 通常有两种不同结构的柱塞：一种是在柱塞头部的外表面上开有直切槽（图414）；另一种是在柱塞的中钻有轴向孔和径心孔（图 415）。 外开槽式的柱塞，因不断的调节供油量而转动的过程中，燃油中的机械杂质较容易进入柱塞与套筒的间隙中，使柱塞偶件的磨损加剧，且特别会加速直切槽两侧边缘的磨损。 另外，柱塞外圆表面开槽后还会使其加工和研磨工艺变得复杂， 而且精度不好保证，很容易使其几何形状的偏差超限。 较为合理的还是中心钻孔式柱塞，它不但能防止柱塞转动时机械杂质的侵入，而且因外表面不开槽而增加了柱塞头部与套筒的支承面积， 故柱塞的使用寿命可以延长。 双螺旋槽式柱塞 在柱塞的表面上除开有控制供油量的螺旋槽外，还在其相对的位置另开一个螺旋槽（图 416）。 其目的是为了平衡高压燃油对柱塞所产生的侧压力，这样柱塞就不会因受单向侧压力的作用而贴紧在柱塞套筒的一侧，因此可以减轻柱塞的磨损和防止柱塞咬死的可能。 这种结构对于具有很高峰值压力的强化型喷油泵是很必要的。 另外，增加第二螺旋槽后也可以改善柱塞偶件的润滑。 带起动槽的柱塞 为了便于柴油机起动，在柱塞的顶部开设一短槽（图417）。 由于柴油机在低速起动时汽缸内的温度较低， 柴油不易着火，因此希望当活塞压缩在止点附近使汽缸温度升高后再将燃油喷入。 带有起动槽的柱塞就可以减小喷油泵的供油提前角，以利于发动机的起动。 柱塞上的起动槽只有在柱塞处于起动供油位置时，它才与进油孔处在相对的位置。 此时喷油泵的开始供油时刻，不决定于柱塞上平面的位置，而是当起动槽的下端面完全封闭进油孔时，供油才开始，这样可以使供油提前角延迟 4 度。 8 度曲轴转角。 防漏柱塞 当喷油泵采用压力润滑时，要严格的防止燃油从柱塞偶件的间隙渗漏到润滑油中，否则会冲稀润滑油。 当冲稀的润滑油循环进入发动机的润滑系统之后，会 破坏对发动机运动件的润滑，这是不允许的。 为此，通常在柱塞上开有环形集油槽（图 418），使从柱塞偶件间隙泄漏的燃油集聚在环形槽内，因此大部分泄漏的燃油都可从该孔流回低压油腔，而仅有微量的燃油沿柱塞表面继续下泄。 这小部分燃油的泄漏是必要的。 因为它可以保证柱塞偶件下部的润滑。 一般结构的柱塞，在其下部的导向部分都开有小环形槽，以储存燃油对柱塞偶件进行润滑。 柱塞套筒 柱塞套筒的结构型式也有很多种。 但她们的主要区别表现在进，回油孔的数目和位置不同。 单孔柱塞套筒 柱塞套筒上只有一个油孔，它同时承担 进油和回油的双重任务。 这种套筒对于柱塞偶件的磨损是很不利的，套筒的磨损全集中在油孔的附近，而柱塞的磨损 也同时集中在与油孔相对的工作表面上，因此使柱塞和套筒的配合间隙很快增大，从而降低偶件的使用寿命。 单孔柱塞套的偶件，由于其漏油部位少，所以密封性较好。 在柱塞直径和配合间隙相同的情况下，它的喷油峰值压力可以提高，但因在柱塞开始供油之前节流作用的加速，使供油量随转速的提高而增加得较多（即使喷油泵的速度特性曲线变陡），这对提高发动机的适应性是不利的。 因此，一般只是在柱塞直径较小的情况下才采用单孔的柱塞套。 双孔柱塞套筒 在柱塞套上加工有两个油孔，其中只有一个油孔承担回油的任务，这种型式的套筒可以使柱塞 偶件的磨损部位分散在不同的位置，即在进油和回油时的磨损分别发生在套筒和柱塞的不同部位上，因此可以延长使用寿命，双孔柱塞套筒按其油孔的位置不同又可分为平孔和高低孔两种。 平孔的柱塞套是指进。 回油孔的中心线处于同一高度上。 这种型式的油孔便于加工，可一次钻成，工艺性较好。 高低孔柱塞套筒上的二油孔不在同一高度上，回油孔的位置较低（图 419）。 采用高低孔的柱塞偶件后，可以使柱塞头部的尺寸增长，从而增加了柱塞的密封长度和提高了密封性。 柱塞头部密封长度增加的数值正好等于高低孔间的距离。 设柱塞的有效行程为 H。 当用平孔柱塞套筒时，其柱塞的密封长度为 L。 而采用高低孔柱塞套时，在有效行程仍为 H 的情况下，柱塞的密封长度却为 L20， L2，L1 的差即为密封长度的增加量，同时也等于高低孔的距离。 由于柱塞套上进，回油孔彼此错开，回油时所泄出的含有气泡的燃油不会再从进油孔重新吸入偶件之中，而从进油孔吸进的是由输油泵新输入的无气泡的燃油，因此能达到较精确的计量，不会因空气混入而引起供油量的不稳定。 从密封性的角度看，柱塞偶件在配合 间隙相同的情况下，单孔柱塞套和高低孔柱塞套偶件的密封性较好，平孔柱塞的偶件密封性教差。 通过快速磨损试验表明，单孔柱塞偶件的初始磨损速率较低，但随着时间的增加而磨损的速度迅速加快。 而双孔柱塞偶件的磨损速率比较稳定。 两种不同结构的双孔柱塞偶件其磨损的速率几乎相同。 由于平孔柱塞套偶件的密封性较差，在使用中如因磨损使密封性下降产生泵油压力不足的情况下，可用堵死进油孔的方法，提高和恢复其密封性。 此时相当于单孔柱塞套的情况。 用这种方法修复的柱塞偶件仍可继续工作一段时间，但供油特性将有一定的变化。 带集油槽的 柱塞套筒 与带集油槽的柱塞作用相同，在柱塞套内孔表面开设环形集油槽（图 420）并用回油孔与套筒上的进油孔相通。 这种柱塞套的加工工艺较为复杂。 采用多种燃料发动机的喷油泵，因使用润滑性差，粘度低的燃料，为了即防止燃料的泄漏又保证柱塞偶件的可靠润滑，在柱塞套上除设有防漏的集油槽 1 以外，还增加一个用来润滑和密封用的环形槽 2（参阅图 420）。 通入密封槽中的润滑油是经过严格过滤的，并保持有一定的供油压力。 国产红岩牌 CQ260 型汽车的 6140 型柴油机喷油泵即采用该种型式的柱塞偶件。 应该指出，在柱塞或柱塞套上采用防漏 回油槽结构后，其偶件的密封性会有所下降。 悬挂式柱塞偶件 普通结构的柱塞套是用出油阀紧座压装在泵体内，此时柱塞套的大端被轴向夹紧。 这样便在进，回油孔的周围产生很大的局部压力，使该部位产生较复杂的变形，因而影响柱塞偶件的工作和使用寿命。 典型的悬挂式柱塞结构应用在 P 型喷油泵中（参阅图 44），柱塞套用法兰吊挂于泵体内。 由于悬挂的法兰位于进，回油孔的上方，所以由出油阀紧座旋紧所产生的轴向压紧力不会引起柱塞套油孔处的变形，其安装变形只限于很小的局部，并不会传到与柱塞相配合的精密工作表面处。 组 合式柱塞偶件 组合式柱塞偶件的结构如图 49 所示。 它将柱塞套大端部分加长，把出油阀偶件，出油阀弹簧紧座等直接的安装在柱塞套内，形成一个独立的泵油组件。 由于它可作为整体拆装，因而使维修和更换较为方便，同时也缩小了泵体的长度和 使结构紧凑年。 柱塞套在装入泵体时，是通过压板和垫片由紧固螺钉固定在泵体上，它同样可防止因夹紧力的作用使柱塞套变形。 柱塞偶件的密封性 柱塞偶件的密封性是指将柱塞套上端面完全密封的情况下，柱塞套腔中油压的保持能力。 这是检查柱塞偶件质量的一个重要指标。 柱塞套腔中燃油压力下降的原因 是由于燃油从其间隙中泄漏的结果。 燃油沿着间隙泄漏的途径有两种，一是经进，回油孔流回喷油泵的进油腔，二是漏入凸轮室。 试验表明，漏入喷油泵进油腔的燃油可比漏入凸轮室的量大 10~25 倍。 柱塞偶件的密封性应在专用的试验台上进行检查。 一般采用经过良好过滤的 温度 20 度，黏度为恩氏 ~ 的柴油和机油的混合油进行试验。 试验有等压法和降压法两种。 等压法：将柱塞和柱塞套筒保持在一定的相对位置下，然后使柱塞套内腔的燃油增压 ，再测量维持其压力的持续时间。 降压法：试验的样品按等压法选出。 试验时将柱塞套上端面密封， 保持柱塞和柱塞套处在一定的相对位置，然后将油压打到 230 公斤 /厘米 2，再测定油压自 下降到 150 所需要的时间（以秒计）。 如用样品作比较性试验，则试验用油的温度和黏度可不加要求。 柱塞偶件的密封性是对其径向间隙的间接表示。 径向间隙不能过大也不能过小，间隙过小，则会因润滑困难使柱塞的滑动性变差或被卡死。 因此要严格按表43 控制径向间隙的数值。 柱塞偶件的磨损 柱塞偶件虽然采用优质的材料和精密的加工，但由于高压燃油的高速流动和燃油中机械杂质的存在，因此在工作中，柱塞和套筒的工作表面都会产生磨损。 柱塞的磨损特点 柱塞在工作中其表面的磨损是很不均衡的，最大的磨损主要集中在工作表面上。 图 421 为双孔柱塞套偶件的柱塞磨损情况。 磨损最严重的部位是柱塞 在最常用油量位置与进油口相对的表。