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性能特点和作用说明 |
柴油机分配式喷油泵结构、原理及调试 |
摘要：分配式喷油泵简称分配泵，也叫VE泵（VE是分配泵的德语缩写简称）。相比较于传统的A型，B型和P型直列喷油泵，VE型分配泵是驱动机构分配式喷油泵，这种类型的分配泵大体可以分成转子式和单柱塞式两种类型。VE型分配泵作为小型柴油机普遍选择，其本身具有较多优势，在使用过程中所表现出来的特点让VE型分配泵得到广大使用者的青睐。VE型分配泵具有较为简单的结构，并且其零件较少，体积较小，较轻的质量在使用中不会造成较大的负担，除此之外，VE型分配泵在使用过程中还具有较小的故障发生率，维修较为简单。本文简要分析柴油机VE型分配泵的结构特点和工作过程，通过对工作过程的探究，可以更好的实现对柴油机工作状况的控制。
一、柴油机分配泵的工作过程
在柴油发电机上，除了直列柱塞泵燃油喷射系统，还广泛使用VE分配泵的燃油喷射系统（图1），主要分为转子式和单柱塞式两大类。转子分配泵不仅往复泵油，同时又连续旋转配油，并配有适当的调速器对供油时间、油量和供油过程进行控制。VE泵为单柱塞供油（结构模型如图2所示），并通过分配器，将燃油分别供给各个燃烧室进行燃烧。
1、进油过程
当平面凸轮盘的凹下部分转至与滚轮接触时，柱塞弹簧将分配柱塞由右向左推移至柱塞下止点位置，这时分配柱塞上的进油槽与柱塞套的进油孔连通，柴油自喷油泵体的内腔经进油道进入柱塞腔和中心油孔内。
2、泵油过程
当平面凸轮盘由凹下部分转至凸起部分与滚轮接触时，分配柱塞在凸轮盘的推动下由左向右移动。在进油槽转过进油孔的同时，分配柱塞将进油孔封闭，这时柱塞腔内的柴油开始增压。与此同时，分配柱塞上的燃油分配孔转至与柱塞套上的一个出油孔相通，高压柴油从柱塞腔经中心油孔、燃油分配孔、出油孔进入分配油道，在经出油阀和喷油器喷入燃烧室。
平面凸轮盘每转一周，分配柱塞上的燃油分配孔依次与各缸分配油道接通一次，即向柴油机各缸喷油器供油一次。
3、停油过程
分配柱塞在平面凸轮盘的推动下继续右移，当柱塞上的泄油孔移出油量调节套筒并与喷油泵体内腔相通时，高压柴油从柱塞腔经中心油孔和泄油孔流进喷油泵体内腔，柴油压力立即下降，供油停止。
从柱塞上的燃油分配孔与柱塞套上的出油孔相通的时刻起，至泄油孔移出油量调节套筒的时刻止，这期间分配柱塞所移动的距离为柱塞有效行程。显然，有效供油行程越大，供油量越多。移动油量调节套筒即可改变有效供油行程，向左移动油量调节套筒，停油时刻提早，有效供油行程缩短，供油量减少；反之，向右移动油量调节套筒，供油量增加。油量调节套筒的移动由调速器控制。
4、压力平衡过程
分配柱塞上设有压力平衡槽，在分配柱塞旋转和移动过程中，压力平衡槽始终与喷油泵体内腔相通。在某一气缸供油停止之后，且当压力平衡槽转至与相应气缸的分配油道连通时，分配油道与喷油泵体内腔相通，于是两处的油压趋于平衡。在柱塞旋转过程中，压力平衡槽与各缸分配油道逐个相通，致使分配油道内的压力均衡一致，从而可以保证各缸供油的均匀性。
综上所述，VE泵的工作原理简单的可述为：传动轴由柴油机定时齿轮驱动，带动油泵中的输油泵工作，使油泵内充油并保持一定的压力；油压随转速升高而增大并使提前器工作；同时传动轴带动飞锤座部件旋转，飞锤旋转产生的张力推动调速滑套升压调速支架部件，使调速支架上的球头销产生位移，从而拔动控制套来回移动以达到控制供油量大小的目的；而传动轴的叉形又带动端面凸轮在滚轮座上作旋转和往复运动，从而使柱塞产生高压油并向各缸分配燃油。
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图1 柴油机普通VE分配泵供油系统 |
图2 柴油机VE型分配泵工作过程模型图 |
二、燃油分配泵的结构
VE型转子分配泵是一种轴向压缩式单柱塞泵，结构如图3和图4所示。VE型转子分配泵的左端为传动传动及滑片式输油泵，中间由传动齿轮、滚轮及滚轮座、平面凸轮等组成，右端有控制套筒、柱塞、电磁阀等。泵的上部为调速器，下部为供油提前角调节器。VE分配泵可以实现供油分配、喷油量调节、喷油提前角调整、停机功能。VE分配泵内部主要零件的结构与作用：
1、传动轴
传动轴将柴油发电机转速减速为1/2，是通过主驱盘来驱动凸轮盘的。
2、凸轮盘
凸轮盘具有与柴油发电机气缸相同数量的平面凸轮，通过转子固定器固定的转子驱动后，进行相当于凸轮升降器的往复运动。并且在凸轮盘中泵柱塞是由顶销和柱塞弹簧组成的，在与凸轮盘一起转动的同时进行往复运动。因此，四气缸柴油发电机的情况下，转子固定器中有四个转子，凸轮盘中有四个平面凸轮，凸轮盘和活塞在一个旋转中进行四次往复运动。
3、柱塞
柱塞与分配套筒和控制套筒共同组成燃油吸入、压送及燃油流量的调整装置（图5和图6），柱塞开口及分配套筒输出管道的数量与气缸数量相同。并且，将柱塞部的缺口与凸轮盘背面的销钉安装在一起，通过柱塞弹簧压入凸轮盘。随着传动轴的旋转，通过主驱盘连接的平面凸轮盘及嵌入其中的柱塞开始旋转。并且，与主驱盘连接的凸轮盘面中有与气缸数量相等的平面凸轮，这些平面凸轮与主驱盘连接的同时进行旋转，所以柱塞进行旋转和复两种运动。柱塞的往复运动进行的是将燃油施加高压，并向喷油器压送的工作，而旋转运动是通过柱塞的前端部分、中央部分和中心部分设计的开口和孔，来完成向各气缸的喷油器分配燃油的工作。
4、调压阀
调压阀是控制输油泵的输油压力的装置，燃油泵的输出压力超过规定值后，活塞压缩阀内的弹簧上升，因为燃油通路与吸入侧相连，输出压力下降，从而来控制输出的油压。因此，燃油泵的输油压力是由调压阀的弹簧的弹力决定的。
5、溢流阀
溢流阀用来冷却泵外壳内各部件，并将燃油送回到油箱，其流量是由喷嘴来限定的，所以可以保持泵外壳内的压力。
6、分配盖
分配盖的结构是进行燃油的吸入、计量、分配和压送的装置，其内部有分配套筒。分配套筒中设计有与气缸数相等的输出管道。
7、输油泵
输油泵具有叶片式结构，将在燃油滤清器过滤后的燃油压送到泵外壳内。其工作原理当传动轴驱动转子旋转时，由于离心力的作用，将叶片向外侧挤压，沿着壳体内面移动。这时，转子和壳体及叶片之间所围成空间容积是随着转子的转动从燃油的吸入口开始逐渐扩大的，因为空间的压力下降使燃油吸入。转子继续旋转，其容积逐步缩小，燃油被加压通过输出口压送到泵外壳内。
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图3 VE型转子分配泵外观结构图 |
图4 VE型转子分配泵内部结构图 |
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图5 喷油泵燃油流量调整装置（1） |
图6 喷油泵燃油流量调整装置（2） |
三、试验检查与调试
1、试验条件
（1）试验用的标准喷油器开启压力为17.5～28.5MPa，经过20h的试验后，应复查开启压力，如有变化应进行调整。
（2）高压油管：ф6×ф2×840mm
（3）试验油问温度：46～55℃
（4）试验输油压力：0.02 MPa
（5）试验用油：符合ISO4113或GB8029-87的校泵油
2、试验步骤
（1）试验准备
① 将分配泵装在试验台上，接通管路，放净空气。
② 按规定的12V或24V直流电压接通电磁阀，要求在8V电压下电磁阀就能打开油路。切断电源后，电磁阀应能迅速关闭油路。
③ 扳动油泵传动轴，检查有无卡阻现象，确认正常后，才能进行试验。
3、磨合运转
首先使油泵在约300r/min时进行低速运转，并把泵室内空气通过回油螺钉彻底排净，然后将转速逐渐提高到1000r/min，进行磨合运转，连续30min。如发现运转中漏油、不喷油或有异响等不正常现象时，应马上关闭试验台，查找原因并加以排除。
4、全负荷油量预调
带增压补偿装置的VE泵，有3处可调全负荷油量：
（1）锥形偏心轴的起始位置，可以用不同转角调整。偏心轴的起始位置，对不同柴油机所需油量，所需的转角，一般都以经过计算、试验选定。因此，安装后，通常很少需要调整。
（2）膜片行程。以调整垫片的厚度尺寸进行调整。调整膜片行程时，必须拆开补偿器盖，取下膜片后才能更换调整垫片。调整也是比较麻烦的，因此，对不同的柴油机，经计算、试验，把尺寸控制在公差范围内，尽量避免在调试时更换垫片厚度尺寸。
（3）全负荷油量调节螺钉，以拧进或退出进行调整。通常用这种方法进行调整。只有在特殊情况下，全负荷油量调节螺钉调整遇到困难时，才用上述两种方法进行调整
5、检查、调整泵室内压力
泵室内燃油压力是控制供油提前角自动调节装置的重要参数。检查时，将操纵杆置于高速位置，压力表接在能反映泵室内的压力处，检查泵室内压力P随油泵转速的变化。通常应从低速到高速测量3～4点，当泵室内压力低于规定值，可以将堵塞轻轻下压加大压力调节弹簧的预紧力，使滑阀3必须在较高的压力下才能上移到回油孔被打开位置。反之，必须拆下调压阀，从内侧轻轻把堵塞向外顶入减小回油弹簧预紧力直至泵室内压力符合要求为止。一般情况下，尽量避免拆卸调压阀。
6、检查回流量
操纵杆置于高速位置，把回流管与回油接头接通，同时把回流的燃油引入量筒，测量高、中、低几种不同转速时的回流量，应符合要求，如果超差，可更换回油螺钉部件进行复测
7、供油自动提前装置调整
操纵杆置于高速位置，卸下供油提前角自动调节器高压端盖（即无弹簧的一端）装上行程计量仪，然后在规定转速下测量定时活塞行程。若不符和规定，则可相应增减定时弹簧一端的垫片厚度进行调整。但应注意定时弹簧两侧的垫片，各自不得少于一片。检查时应注意定时活塞的位置，减速、加速不应有较大的滞后，通常允许滞后值小于0.3mm。如超差，应检查定时活塞是否有卡阻现象，或检查定时活塞与泵体的间隙是否正常。若无卡阻且间隙正常，则表明弹簧刚度不符合要求，应更换弹簧后复测。
8、全负荷特性低速段
操纵杆置于高速位置，使进气压力为零。再规定的低转速测试油量，应符合要求。如果低速油量超差，可以改变调整螺钉的上下位置进行调节。调整螺钉向下拧，有效行程加大，低速供油量增加；向上退，有效行程减小，低速供油量降低。
9、增压补偿器性能检查调整
把操纵杆置于高速位置，作下列试验：
油泵转速固定在增压补偿器起作用的转速。通入0.1MPa压缩空气，要求增压补偿器开始起作用。即通入0.1MPa的压缩空气后，供油量应比不通压缩空气时略有增加。如不变，说明增压补偿器预紧力太大，尚未起作用；如果油量大很多，表明增压补偿器预紧力太小。如出现上述情况，可用调整齿轮的上下位置进行调整。
油泵转速固定在增压补偿器起作用的转速。通入不同压力P的压缩空气，P从零值开始到最大值，取3～4点，测各点相应的供油量。如果各点相应的供油量出现偏差，表明增压补偿弹簧刚度过大或过小，出现这种情况应更换弹簧。
10、全负荷特性调整
操纵杆置于高速位置，通入的压缩空气压力取最大扭矩工况的进气压力，转速分别在标定转速和最大扭矩转速时，测量供油量及回油温度。经检查，下列项目中如有不符和要求，应进行调整。
（1）标定工况油量超差。应调整全负荷油量调节螺钉位置。
（2）最大扭矩工况油量不符合要求：对装有机械校正的油泵，可通过调整校正量解决；对不装机械校正的油泵，最大扭矩工况的油量则是由于速度特性不匹配造成的，可通过改变影响速度的出油阀部件进行复查。
（3）回油温度过高，应复查回流量是否正常。如果不正常，应从运动件间的加工精度，配合间隙以及有否进行磨合等方面分析原因。
11、操纵杆高速限位调整方法
将高速杆紧靠高速限位螺钉，需满足下列条件：
（1）在标定转速时，全负荷油量应符合要求。
（2）试验时要求起作用转速，停油转速以及中间转速时的供油量都能满足要求
（3）操纵杆位置的β角应在一定范围内。如果在调整中β角过大或过小，可以通过改变操纵杆4与操纵杆3间的相对位置解决。
12、操纵杆怠速限位
试验时不必通入压缩空气。把油泵转速降低到怠速转速，操纵杆与怠限位螺钉接触，再满足怠速油量的条件下，角度α应符合要求。如果α角超差，应适当改变操纵杆与操纵轴的相对位置。改变后，应对高速限位螺钉位置重新复查，如果为满足α需要，过多的改变操纵杆和操纵杆轴的相对位置，会引起高速限位时β角的超差，因此，调整时应兼顾高低速的极限位置，使α和β角都在合格的范围内。
13、起动油量检查
试验时不必通入压缩空气。操纵杆固定在高速位置，油泵在规定的起动转速下，检查起动油量。检查时如起动油量不符和规定要求，可以通过更换调整塞来改变起动行程的大小。如果必须很大起动行程尺寸，才能满足起动油量要求，就应检查柱塞间隙是否过大。如起动行程尺寸过小，则起动油量不够。
14、停油检查
（1）电磁阀可靠性检查，要求切断电源能迅速停止供油。
（2）停油手柄扳向停油位置应能迅速停止供油。
总结：
与直列式柱塞喷油泵相比，分配泵仅用一对柱塞偶件就可以向2～6个汽缸供油。其结构简单，零件少，体积小，质量轻，特别适合于小型高转速柴油发电机使用。分配泵在柴油机上的安装位置灵活，水平、垂直安装均可。与直列泵相比，VE分配泵零件的加工精度要求较高，而且对材料材质和热处理的要求较严格，对柴油的清洁度的要求也较为苛刻。为了能够与国家对排放的相关规定相匹配，柴油机在研发过程中要注重提升喷油泵的主要性能，完善喷油泵的相关功能。特别是柴油机VE型分配泵调速器中具有超好的性能，使其逐渐发展成为在小型号高速柴油机的主要配套设备。这种设备也存在着一定的局限性，其机械结构会在一定程度上带来困扰，在今后发展中研究调速器会大有裨益。
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