性能特點和作用說明

柴油機分配式噴油泵結構、原理及調試

 

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）。相比較于傳統的A型，B型和P型直列噴油泵，VE型分配泵是驅動機構分配式噴油泵，這種類型的分配泵大體可以分成轉子式和單柱塞式兩種類型。VE型分配泵作為小型柴油機普遍選擇，其本身具有較多優勢，在使用過程中所表現出來的特點讓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構，并且其零件較少，體積較小，較輕的質量在使用中不會造成較大的負擔，除此之外，VE型分配泵在使用過程中還具有較小的故障發生率，維修較為簡單。本文簡要分析柴油機VE型分配泵的結構特點和工作過程，通過對工作過程的探究，可以更好的實現對柴油機工作狀況的控制。

 

一、柴油機分配泵的工作過程

 

      在柴油發電機上，除了直列柱塞泵燃油噴射系統，還廣泛使用VE分配泵的燃油噴射系統（圖1），主要分為轉子式和單柱塞式兩大類。轉子分配泵不僅往復泵油，同時又連續旋轉配油，并配有適當的調速器對供油時間、油量和供油過程進行控制。VE泵為單柱塞供油（結構模型如圖2所示），并通過分配器，將燃油分別供給各個燃燒室進行燃燒。

1、進油過程

      當平面凸輪盤的凹下部分轉至與滾輪接觸時，柱塞彈簧將分配柱塞由右向左推移至柱塞下止點位置，這時分配柱塞上的進油槽與柱塞套的進油孔連通，柴油自噴油泵體的內腔經進油道進入柱塞腔和中心油孔內。

2、泵油過程

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

      平面凸輪盤每轉一周，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下繼續右移，當柱塞上的泄油孔移出油量調節套筒并與噴油泵體內腔相通時，高壓柴油從柱塞腔經中心油孔和泄油孔流進噴油泵體內腔，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刻起，至泄油孔移出油量調節套筒的時刻止，這期間分配柱塞所移動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。移動油量調節套筒即可改變有效供油行程，向左移動油量調節套筒，停油時刻提早，有效供油行程縮短，供油量減少；反之，向右移動油量調節套筒，供油量增加。油量調節套筒的移動由調速器控制。

4、壓力平衡過程

      分配柱塞上設有壓力平衡槽，在分配柱塞旋轉和移動過程中，壓力平衡槽始終與噴油泵體內腔相通。在某一氣缸供油停止之后，且當壓力平衡槽轉至與相應氣缸的分配油道連通時，分配油道與噴油泵體內腔相通，于是兩處的油壓趨于平衡。在柱塞旋轉過程中，壓力平衡槽與各缸分配油道逐個相通，致使分配油道內的壓力均衡一致，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：傳動軸由柴油機定時齒輪驅動，帶動油泵中的輸油泵工作，使油泵內充油并保持一定的壓力；油壓隨轉速升高而增大并使提前器工作；同時傳動軸帶動飛錘座部件旋轉，飛錘旋轉產生的張力推動調速滑套升壓調速支架部件，使調速支架上的球頭銷產生位移，從而拔動控制套來回移動以達到控制供油量大小的目的；而傳動軸的叉形又帶動端面凸輪在滾輪座上作旋轉和往復運動，從而使柱塞產生高壓油并向各缸分配燃油。

 

圖1  柴油機普通VE分配泵供油系統

圖2  柴油機VE型分配泵工作過程模型圖

二、燃油分配泵的結構

 

      VE型轉子分配泵是一種軸向壓縮式單柱塞泵，結構如圖3和圖4所示。VE型轉子分配泵的左端為傳動傳動及滑片式輸油泵，中間由傳動齒輪、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。泵的上部為調速器，下部為供油提前角調節器。VE分配泵可以實現供油分配、噴油量調節、噴油提前角調整、停機功能。VE分配泵內部主要零件的結構與作用：

1、傳動軸

      傳動軸將柴油發電機轉速減速為1/2，是通過主驅盤來驅動凸輪盤的。

2、凸輪盤

       凸輪盤具有與柴油發電機氣缸相同數量的平面凸輪，通過轉子固定器固定的轉子驅動后，進行相當于凸輪升降器的往復運動。并且在凸輪盤中泵柱塞是由頂銷和柱塞彈簧組成的，在與凸輪盤一起轉動的同時進行往復運動。因此，四氣缸柴油發電機的情況下，轉子固定器中有四個轉子，凸輪盤中有四個平面凸輪，凸輪盤和活塞在一個旋轉中進行四次往復運動。

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整裝置（圖5和圖6），柱塞開口及分配套筒輸出管道的數量與氣缸數量相同。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。隨著傳動軸的旋轉，通過主驅盤連接的平面凸輪盤及嵌入其中的柱塞開始旋轉。并且，與主驅盤連接的凸輪盤面中有與氣缸數量相等的平面凸輪，這些平面凸輪與主驅盤連接的同時進行旋轉，所以柱塞進行旋轉和復兩種運動。柱塞的往復運動進行的是將燃油施加高壓，并向噴油器壓送的工作，而旋轉運動是通過柱塞的前端部分、中央部分和中心部分設計的開口和孔，來完成向各氣缸的噴油器分配燃油的工作。

4、調壓閥

      調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定值后，活塞壓縮閥內的彈簧上升，因為燃油通路與吸入側相連，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的壓力。

6、分配蓋

      分配蓋的結構是進行燃油的吸入、計量、分配和壓送的裝置，其內部有分配套筒。分配套筒中設計有與氣缸數相等的輸出管道。

7、輸油泵

      輸油泵具有葉片式結構，將在燃油濾清器過濾后的燃油壓送到泵外殼內。其工作原理當傳動軸驅動轉子旋轉時，由于離心力的作用，將葉片向外側擠壓，沿著殼體內面移動。這時，轉子和殼體及葉片之間所圍成空間容積是隨著轉子的轉動從燃油的吸入口開始逐漸擴大的，因為空間的壓力下降使燃油吸入。轉子繼續旋轉，其容積逐步縮小，燃油被加壓通過輸出口壓送到泵外殼內。

 

圖3  VE型轉子分配泵外觀結構圖	圖4  VE型轉子分配泵內部結構圖
圖5  噴油泵燃油流量調整裝置（1）	圖6  噴油泵燃油流量調整裝置（2）

 

三、試驗檢查與調試

 

1、試驗條件

（1）試驗用的標準噴油器開啟壓力為17.5～28.5MPa，經過20h的試驗后，應復查開啟壓力，如有變化應進行調整。

（2）高壓油管：ф6×ф2×840mm

（3）試驗油問溫度：46～55℃

（4）試驗輸油壓力：0.02 MPa

（5）試驗用油：符合ISO4113或GB8029-87的校泵油

2、試驗步驟

（1）試驗準備

① 將分配泵裝在試驗臺上，接通管路，放凈空氣。

② 按規定的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，電磁閥應能迅速關閉油路。

③ 扳動油泵傳動軸，檢查有無卡阻現象，確認正常后，才能進行試驗。

3、磨合運轉

       首先使油泵在約300r/min時進行低速運轉，并把泵室內空氣通過回油螺釘徹底排凈，然后將轉速逐漸提高到1000r/min，進行磨合運轉，連續30min。如發現運轉中漏油、不噴油或有異響等不正常現象時，應馬上關閉試驗臺，查找原因并加以排除。

4、全負荷油量預調

      帶增壓補償裝置的VE泵，有3處可調全負荷油量：

（1）錐形偏心軸的起始位置，可以用不同轉角調整。偏心軸的起始位置，對不同柴油機所需油量，所需的轉角，一般都以經過計算、試驗選定。因此，安裝后，通常很少需要調整。

（2）膜片行程。以調整墊片的厚度尺寸進行調整。調整膜片行程時，必須拆開補償器蓋，取下膜片后才能更換調整墊片。調整也是比較麻煩的，因此，對不同的柴油機，經計算、試驗，把尺寸控制在公差范圍內，盡量避免在調試時更換墊片厚度尺寸。

（3）全負荷油量調節螺釘，以擰進或退出進行調整。通常用這種方法進行調整。只有在特殊情況下，全負荷油量調節螺釘調整遇到困難時，才用上述兩種方法進行調整

5、檢查、調整泵室內壓力

      泵室內燃油壓力是控制供油提前角自動調節裝置的重要參數。檢查時，將操縱桿置于高速位置，壓力表接在能反映泵室內的壓力處，檢查泵室內壓力P隨油泵轉速的變化。通常應從低速到高速測量3～4點，當泵室內壓力低于規定值，可以將堵塞輕輕下壓加大壓力調節彈簧的預緊力，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，必須拆下調壓閥，從內側輕輕把堵塞向外頂入減小回油彈簧預緊力直至泵室內壓力符合要求為止。一般情況下，盡量避免拆卸調壓閥。

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，同時把回流的燃油引入量筒，測量高、中、低幾種不同轉速時的回流量，應符合要求，如果超差，可更換回油螺釘部件進行復測

7、供油自動提前裝置調整

      操縱桿置于高速位置，卸下供油提前角自動調節器高壓端蓋（即無彈簧的一端）裝上行程計量儀，然后在規定轉速下測量定時活塞行程。若不符和規定，則可相應增減定時彈簧一端的墊片厚度進行調整。但應注意定時彈簧兩側的墊片，各自不得少于一片。檢查時應注意定時活塞的位置，減速、加速不應有較大的滯后，通常允許滯后值小于0.3mm。如超差，應檢查定時活塞是否有卡阻現象，或檢查定時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，應更換彈簧后復測。

8、全負荷特性低速段

      操縱桿置于高速位置，使進氣壓力為零。再規定的低轉速測試油量，應符合要求。如果低速油量超差，可以改變調整螺釘的上下位置進行調節。調整螺釘向下擰，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、增壓補償器性能檢查調整

      把操縱桿置于高速位置，作下列試驗：

       油泵轉速固定在增壓補償器起作用的轉速。通入0.1MPa壓縮空氣，要求增壓補償器開始起作用。即通入0.1MPa的壓縮空氣后，供油量應比不通壓縮空氣時略有增加。如不變，說明增壓補償器預緊力太大，尚未起作用；如果油量大很多，表明增壓補償器預緊力太小。如出現上述情況，可用調整齒輪的上下位置進行調整。

      油泵轉速固定在增壓補償器起作用的轉速。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，測各點相應的供油量。如果各點相應的供油量出現偏差，表明增壓補償彈簧剛度過大或過小，出現這種情況應更換彈簧。

10、全負荷特性調整

      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氣壓力，轉速分別在標定轉速和最大扭矩轉速時，測量供油量及回油溫度。經檢查，下列項目中如有不符和要求，應進行調整。

（1）標定工況油量超差。應調整全負荷油量調節螺釘位置。

（2）最大扭矩工況油量不符合要求：對裝有機械校正的油泵，可通過調整校正量解決；對不裝機械校正的油泵，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行復查。

（3）回油溫度過高，應復查回流量是否正常。如果不正常，應從運動件間的加工精度，配合間隙以及有否進行磨合等方面分析原因。

11、操縱桿高速限位調整方法

      將高速桿緊靠高速限位螺釘，需滿足下列條件：

（1）在標定轉速時，全負荷油量應符合要求。

（2）試驗時要求起作用轉速，停油轉速以及中間轉速時的供油量都能滿足要求

（3）操縱桿位置的β角應在一定范圍內。如果在調整中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

      試驗時不必通入壓縮空氣。把油泵轉速降低到怠速轉速，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應符合要求。如果α角超差，應適當改變操縱桿與操縱軸的相對位置。改變后，應對高速限位螺釘位置重新復查，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，會引起高速限位時β角的超差，因此，調整時應兼顧高低速的極限位置，使α和β角都在合格的范圍內。

13、起動油量檢查

       試驗時不必通入壓縮空氣。操縱桿固定在高速位置，油泵在規定的起動轉速下，檢查起動油量。檢查時如起動油量不符和規定要求，可以通過更換調整塞來改變起動行程的大小。如果必須很大起動行程尺寸，才能滿足起動油量要求，就應檢查柱塞間隙是否過大。如起動行程尺寸過小，則起動油量不夠。

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能迅速停止供油。

 

總結：

 

      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個汽缸供油。其結構簡單，零件少，體積小，質量輕，特別適合于小型高轉速柴油發電機使用。分配泵在柴油機上的安裝位置靈活，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，而且對材料材質和熱處理的要求較嚴格，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規定相匹配，柴油機在研發過程中要注重提升噴油泵的主要性能，完善噴油泵的相關功能。特別是柴油機VE型分配泵調速器中具有超好的性能，使其逐漸發展成為在小型號高速柴油機的主要配套設備。這種設備也存在著一定的局限性，其機械結構會在一定程度上帶來困擾，在今后發展中研究調速器會大有裨益。

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