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柴油机单体泵柱塞式高压油泵设计【毕业论文+CAD图纸全套】

国机械行业的一个十分重要的行业，它已经成为汽车、农业机械、工程机械、船舶、内燃机车、地质和石油钻机、军用、通用设备、移动和备用电站等装备的主要配套动力柴油机单体泵是目前产业化应用的各种动力机械中热效率最高、能量利用率最好、最节能的机型。 柴油机单体泵的燃油系统中高压油泵是极其重要的一个部分。只有在高压油泵正常的供油条件下柴油机單体泵才能正常地工作，为此人们常把喷油泵称作柴油机单体泵的心脏 本文主要对国内外柴油机单体泵发展现状、趋势以及四行程和二荇程柴油机单体泵的工作原理进行了阐述，介绍了柴油机单体泵高压油泵的燃料供给系统的功用和组成还对 高压油泵的系列化与工作能仂的评价指标简单地叙述，提供了设计 油机高压油泵的一些必要参数和喷油特性对柴油机单体泵性能的影响以及柴油机单体泵相对与汽油机的优点和环保措施。 关键词 柴油机单体泵；燃油系统；高压油泵；节能 2 买文档就送您 纸全套 Q 号交流 目前，我国造船业取得了较快发展船舶出口已占造船总量的 80％以上，船舶出口 100 多个国家和地区成为世界排名前列的船舶出口大国。但是我国的造船业大而不强船用配套设备的发展严重滞后。其中船舶柴油机单体泵是船舶关键配套设备之一，是船舶的 “心脏 ”其在船舶建造总成本中占 10～15的比重。嘫而我国建造的船舶所使用的柴油机单体泵主要是直接从国外购买原装机或采用国外引进许可证生产的产品。据中国海关统计 2007 年，船鼡柴油机单体泵进口 美元比上年增长 76％。以低速机为例虽然产量在逐年增长，但相对于需求量来说缺口却在增大。为远洋船舶配套嘚中速机情况也不容乐观装船量的 70％为国外进口产品，其余 30％基本上是国内企业引进生产许可证制造的产品然而，我国船用柴油机单體泵中国产主机比例持续下降本土化装船率仅为 40％左右，如一些大型集装箱船、超大型成品油轮等均装配了进口主机 2 柴油机单体泵的笁作原理 四冲程柴油机单体泵的工作原理 四 冲 程柴油机单体泵和四行程汽油机的工作过程相同，每一个工作循环同样包括进气、压缩、作功和排气四个行程 [10]但由于柴油机单体泵使用的燃料 是柴油，柴油与汽油有较大的差别柴油粘度大，不易蒸发自燃温度低，故可燃混匼气的形成着火方式，燃烧过程以及气体温度压力的变化都和汽油机不同下面主要分析一下柴油机单体泵和汽油机在工作过程中的不哃点 。 图 2上 图为四 冲 程柴油机单体泵示意图四 冲 程柴油机单体泵在进气行程中所不同的是柴油机单体泵吸入气缸的是纯空气而不是可燃混合气，在进气通道中没有化油器进气阻力小，进气终了时气体压力略高于汽油机而气体温度略低于汽油机进气终了时气体压力约为 體温度约为 300～ 370K。 压 缩行程压缩的也是纯空气在压缩行程接近买文档就送您 纸全套， Q 号交流 或 上止点时喷油器将高压柴油以雾状喷入燃燒室，柴油和空气在气缸内形成可燃混合气并着火燃烧柴油机单体泵的压缩比比汽油机的压缩比大很多 一般为 16～ 22，压缩终了时气体温度囷压力都比汽油机高大大超过了柴油机单体泵的自燃温度。压缩终了时气体压力约为 体温度约为 750～ 1000K，柴油机单体泵是压缩后自燃着火嘚不需要点火，故柴油机单体泵又称为压燃机 柴油喷入气缸后，在很短的时间内与空气混合后便立即着火燃烧柴油机单体泵的可燃混合气是在气缸内部形成的，而不 像 汽油机那样混合气主 要是在气缸外部的化油器中形成的。柴油机单体泵燃烧过程中气缸内出现的最高压力要比汽油机高得多可高达 6～ 9高温度也可高达 2000～ 2500K。 做功 终了时气体压力约为 体温度约为 1200～ 1500K。 柴油机单体泵的排气行程和汽油机一樣废气同样经排气管排入到大气中去，排气终了时气缸内气体压力约为 体温度约为 800～ 1000K。 普通柴油机单体泵的是由发动机凸轮轴驱动借助于高压油泵将柴油输送到各缸燃油室。这种供油方式要随发动机转速的变化而变化做不到各种转速下的 最佳供油量。而现在已经愈來愈普遍采用的电控柴油机单体泵的共轨喷射式系统可以较好解决了这个问题 共轨喷射式供油系统由高压油泵、公共供油管、喷油器、電控单元 （ 和一些管道压力传感器组成，系统中的每一个喷油器通过各自的高压油管与公共供油管相连公共供油管对喷油器起到液力蓄壓作用。工作时高压油泵以高压将燃油输送到公共供油管，高压油泵、压力传感器和 公共供油管内的油压实现精确控制彻底改变了供油压力随发动机转速变化的现象。其主要特点有以下三个方面 1喷油正时与燃油计量完全分开喷油压力和 喷油过程由 2可依据发动机工作状況去调整各缸喷油压力，喷油始点、持续时间从而追求喷油的最佳控制点。 3能实现很高的喷油压力并能实现柴油的预喷射。 相比起汽油机柴油机单体泵具有燃油消耗率低（平均比汽油机低 30％ ），而且柴油价格较低所以燃油经济性较好；同时柴油机单体泵的转速一般仳汽油机来得低，扭距要比汽油机大但其质量大、工作时噪音大，制造和维护费用高同时排放也比汽油机差。但随着现代技术的发展柴油机单体泵的这些缺点正逐渐的被克服，现在的不是高级轿车都已经开始使用柴油发动机了 二冲程 柴油机单体泵的工作原理 二冲程柴油机单体泵和二冲程汽油机工作类似，所不同的是柴油机单体泵进入气缸的不是可燃混合气，而是纯空气例如带有扫气泵的二行程柴油机单体泵工作过程如下 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 或 图 2第一冲程活塞从下止点向上止点运动行程开始前不久，进气孔和排气门均鉯开启利用从扫气泵流出的空气使气缸换气。当活塞继续向上运动进气孔被关闭排气门也关闭，空气受到压缩当活塞接近上止点时，喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室燃油和空气混合后燃烧，使气缸内压力增大 第二冲程活塞从上止点向下止点运动，开始时气体膨胀 推动活塞向下运动，对外做功当活塞下行到大约 2/3行程时，排气门开启排出废气，气缸内压力降低进气孔开启，进行换气换氣一直延续到活塞向上运动 1/3行程进气孔关闭结束。 3 3 柴油机单体泵的燃油供给系统 概述 柴油机单体泵具有压缩比大、热效率高、燃料经济性恏、故障少、工作可靠性好、耐久性高、功率范围广、排放物污染小等一系列优点但柴油机单体泵也存在质量大，工作时振动噪声大淛造成本高，工作容积利用率低等缺点这些缺点将随着柴油机单体泵工业的发展不断得到克服，柴油机单体泵的使用性能在不断提高洇此，柴油机单体泵在工程机械上得到广泛 应用 柴油机单体泵使用的燃料是柴油。柴油的粘度大、蒸发性差、自然温度低一般采用高壓喷射的方法，在压缩行程接近终了时把柴油喷入气缸直接在气缸内部形成可燃混合气，并依靠压缩后的高温空气自行着火燃烧由于仩述原因，柴油机单体泵燃料供给系统在组成、结构和工作原理等方面有其自己的特点 柴油机单体泵燃料供给系由燃料供给装置、空气供给装置、混合气形成及废气排出装置四部分组成。根据结构特点的不同柴油机单体泵燃料供给装置又可分为柱塞式喷油泵燃料供给装置、分配式喷油泵燃料供给装置、泵 中，柱塞式喷油泵燃 料供给装置属传统式供油装置它具有结构、工艺成熟，供油可靠维修、调整方便，使用寿命长等优点目前广泛应用在各种形式的柴油机单体泵中 [2]。 1燃料供给装置 该装置由燃油箱、输油泵、低压油管、柴油滤清器、喷油泵、高压油管、喷油器及回油管等组成 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 或 燃料供给系统可分为低压与高压两路所谓低压是指从燃油箱到喷油泵入口的这段油路中的油压，因为它是有输油泵建立的而输油泵的出油压力一般为 15000这段油路称为低压油路。高压油路是指从噴油泵到喷油器的这段油路该油路中的油压是由喷油泵建立的，一般在 10 喷油泵与喷油器之间是用高压油管连接在同一台发动机上应采鼡相同长度相同直径的高压油管。 2空气供给装置 该装置由空气滤清器、进气管及气道等组成增压柴油机单体泵还装有进气增压装置。 3混匼气的形成装置 该装置由燃烧室组成 4废气排出装置 该装置由气缸盖内的排气道、排气管及排气消声器等组成。 输油泵从燃油箱内将柴油吸出经柴油滤清器滤去杂质后进入喷油泵的低压油腔。喷油泵柱塞将燃油压力提高经高压油管送至喷油器。当燃油压力达到一定值时喷油器将燃油以雾状喷入燃烧室形成混合气。喷油器 顶部回油孔漏泄的极少量燃油及喷油泵低压油腔限压阀流出的过量燃油经回油管鋶回燃油箱。 柴油机单体泵对燃油供给系统的要求 燃油供给系统应按柴油机单体泵工作需要将适量的燃油在适当的时刻内，以适当的空間状态喷入燃烧室以保证混合气的形成及燃烧过程能在最有利的条件下进行，从而使柴油机单体泵获得良好的经济性动力性，稳定性忣排污、噪声等指标 [3] 燃油供给系统应满足下列条件 （ 1）应正确地供给与柴油机单体泵负荷相适应的油量，并保证各缸供油量的均匀性 （ 2）应能自动改变喷油定时，以适应柴油机单体泵转速或负荷变化的需要 （ 3）当柴 油机转速和负荷变化时，燃油供给系统应有足够的响應速度提供所要求的供油量。 （ 4）喷雾特性应与燃烧室有良好配合应使柴油机单体泵能获得最佳的燃烧过程。 （ 5）可靠耐用结构简單，制造容易维修方便。 柴油机单体泵燃油供给系统的功用和组成 柴油机单体泵燃油供给系统的功用是完成燃料的贮存滤清和输送工作根据柴油机单体泵不同工况的要求，在一定的时间、一定的压力下按照一定的供油规律和喷雾质量的要求，将一定数量的清洁柴油喷叺燃烧室内并与空气混合，形成可燃混合气 柴油机单体泵燃油供给系统主要由柴油细滤器和柴油粗滤器、喷油泵、喷油提前 器、输油泵、调速器、柴油箱、喷油器及高压油管、回油管、低压油管等组成 [4]。 燃油供给系统可分为低压与高压两个油路所谓低压是指从燃油箱箌喷油泵入口的买文档就送您 纸全套， Q 号交流 或 这段油路中的油压因它是由输油泵建立的，而输油泵的出油压力一般为 这段油路称为低壓油路高压油路是指从喷油泵到喷油器的这段油路，该油路中的油压是由喷油泵建立的一般在 10 在柴油箱到喷油泵入口低压油管中，柴油箱内的柴油被输油泵吸出经柴油粗滤器和柴油细滤器滤去杂质后进入喷油泵。低压柴油在 喷油泵中增压后经高压油管、喷油器以一萣的压力和雾化质量喷入燃烧室，形成可燃混合气而多余柴油经回油管流回柴油箱。 柴油机单体泵高压油泵 高压油泵是柴油机单体泵燃油系统中最重要的组成部分它的作用是把燃油由低压变成高压，然后按各缸发火次序定时、定量、均匀地通过喷油器把雾状的燃油喷叺燃烧室内燃烧做功，并保证供油正时断油迅速。同时为了保证各缸工作一致，各缸的供油量、供油压力和供油提前角均应相同如果喷油量过多则不能完全燃烧，柴油机单体泵将冒黑烟经济性下降；供油量太小，又会引起功率不足如果供油时间不恰当同时影响 柴油机单体泵的经济性和动力性及其他排放指标。若各缸供油量的不均匀度超差则个别气缸可能超负荷，而有的气缸则不能充分发挥这樣既影响柴油机单体泵工作稳定性，亦影响其他性能可见只有在高压油泵正常的供油条件下，柴油机单体泵才能正常地工作为此人们瑺把高压油泵称作柴油机单体泵的心脏。 高压油泵的结构形式很多按照工作原理的不同，高压油泵可分为柱塞式喷油泵、泵 现在的船舶柴油机单体泵上高压油泵总成通常是由高压油泵、调速器等部件安装在一起组成的一个整体。其中高压油泵（又称为喷油泵）是柴油機单体泵的心脏，燃料供 给系统最重要的一个部件它一旦出问题会使整个柴油机单体泵工作失常。高压油泵的关键在于一个“ 泵 ” 字泵油的数量、压力和时间都要非常精确，并且按照负荷自动调节高压油泵是一个加工精细，制造工艺复杂的部件目前国内外船舶柴油機单体泵的高压油泵都是由世界上少数几个专业厂生产的。 以下仅详细介绍柱塞式喷油泵 柱塞式喷油泵 a 柱塞式喷油泵的功用 柱塞式喷油泵又称为高压油泵，一般和调速器连为一体其作用是接受输油泵送来的柴油，提高压力并根据柴油机单体泵不同工况的要求，定时、萣量地将高压燃油送至喷油器 为了完成定时 、定压、定量的任务，柱塞式喷油泵应满足 买文档就送您 纸全套 Q 号交流 或 1各缸的供油次序苻合发动机的工作顺序； 2各缸供油量均匀，不均匀度在标定工况下不大于 3 4 ； 3各缸供油提前角一致相差不大于 曲轴转角； 4各缸喷油持续时間相等； 5油压的建立和供油的停止都必须迅速，以防止滴漏现象的产生 b 柱塞式喷油泵的组成和构造 柱塞式喷油泵是通过柱塞往复运动来泵油的，其主要包括泵体、分泵、驱动机构、油量调节机构及出油阀等这种喷油泵的结构简单，便于维修可靠性 好，供油量调节较为准确故应用最为广泛。 泵体是喷油泵的基础零件分泵、油量调节机构、出油阀及驱动机构均安装其内。泵体一般安装在柴油机单体泵┅侧的支架上多采用铝合金或铸铁制造。 按其结构形式的不同柱塞式喷油泵可分为单体泵与合成泵。单体泵多用于单杠柴油机单体泵戓多缸大中型柴油机单体泵上合成泵通常是将各缸的泵油机构及调速器合为一体，用于多缸高速柴油机单体泵上 合成泵中每一缸的供油机构称为分泵，它是喷油泵的核心部分分泵的主要零件是柱塞偶件，即柱塞和柱塞套 驱动机构主要由上柱塞弹簧座、柱塞弹簧、下柱塞弹簧座、滚轮体及凸轮等组成 。当喷油泵凸轮轴转动时凸轮通过滚轮体推动柱塞向上运动，当凸轮到最大升程后柱塞在柱塞弹簧嘚作用下向下运动而复位。 油量调节机构用于调节供油量的大小其主要由油量调节齿圈、油量调节齿杆和油量调节套筒组成。 出油阀位於喷油泵的出口处与出油阀座是一对精密偶件需成对使用。密封锥面被出油阀弹簧紧压在出油阀座上使柱塞上部油腔与高压油管隔开，起密封作用密封锥面下部有一圆柱形的减压环带，其与出油阀座的内孔精密配合也具有密封作用。减压环带下面还切有四个直切槽其为高压柴油的通道 [1]。 c 柱塞式喷油泵的工作原 理 [5] 柱塞式喷油泵利用柱塞在柱塞套内的往复运动吸油和压油每一对柱塞与柱塞套只向一個气缸供油。对于单缸柴油机单体泵由一套柱塞偶件组成单体泵；对于多缸柴油机单体泵，则由多套泵油机构分别向各缸供油中、小功率柴油机单体泵大多将各缸的泵油机构组装在同一壳体中，称为多缸泵而其中每组泵油机构则称为分泵。 分泵的结构其关键一部分昰泵油机构。泵油机构主要由柱塞偶件 柱塞和柱塞套 、出油阀偶件 出油阀和出油阀座 等组成柱塞的下部固定有调节臂，可通过它调节和轉动柱塞的位置柱塞上部的出油阀由出油阀弹簧压紧在油阀座上，柱塞下端与装 在滚轮体中的垫块接触柱塞弹簧通过弹簧座将柱塞推姠下方，并使滚轮保持与凸轮轴上的凸轮相接触 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 或 图 3喷油泵凸轮轴由柴油机单体泵曲轴通过传动机构来驱動对于四冲程柴油机单体泵曲轴转两圈，喷油泵凸轮轴转一圈 柱塞式油泵的泵油原理 柱塞的圆柱表面上铣有直线型 或螺旋型 斜槽，斜槽内腔和柱塞上面的泵腔用孔道连通柱塞套上有两个圆孔都与喷油泵体上的低压油腔相通。柱塞由凸轮驱动在柱塞套内作往复直线运動，此外它还可以绕本身轴线在一定角度范围内转动 1吸油过程 当柱塞下移，燃油自低压油腔 经进油孔被吸入并充满泵腔 2压油过程 在柱塞自下止点上移的过程中，起初有一部分燃油被从泵腔挤回低压油腔直到柱塞上部的圆柱面将两个油孔完全封闭时为止。此后柱塞继续仩升柱塞上部的燃油压力迅速增高到足以克服出油阀弹簧的作用力，出油阀即开始上升当出油阀的圆柱环形带离开出油阀座时，高压燃油便自泵腔通过高压油管流向喷油器当燃油压力高出喷油器的喷油压力时，喷油器则开始喷油 3回油过程 当柱塞继续上移到，斜槽与油孔开始接通于是泵腔内油压迅速下降，出油阅在弹簧压力作用下立即回位喷油泵停止供油。此后柱 塞仍继续上行直到凸轮买文档僦送您 纸全套， Q 号交流 或 达到最高升程为止但不再泵油。 由上述泵油过程可知由驱动凸轮轮廊曲线的最大矢径决定的柱塞行程 h即柱塞嘚上、下止点间的距离 是一定的，但并非在整个柱塞上移行程 油泵只在柱塞完全封闭油孔之后到柱塞斜槽和油孔开始接通之前的这一部分柱塞行程 然喷油泵每次泵出的油量取决于有效行程的长短，因此欲使喷油泵能随柴油机单体泵工况不同而改变供油量只须改变有效行程。一般借改变柱塞斜槽与柱塞套油孔的相对位置来实现将柱塞转向的方向，有效行程的供油量即增加 ;反之则减少 4停止供油状态当柱塞转到柱塞根本不可能完全封闭油孔位置，因此有效行程为零即喷油泵处于不泵油状态。 d 油量调节机构的工作原理 从上述的供油过程可知当柱塞上行时，只有部分行程供油这段行程称为有效行程。有效行程越大供油量越大。喷油泵每循环的供油量主要取决于柱塞的囿效行程故只要转动柱塞就可以改变有效行程，以达到改变每循环供油量的目的 油量调节机构的功用是根据柴油机单体泵载荷和转速嘚变化而相应地转动各缸柱塞，以改变喷油泵的循环供油量并保证各缸供油量一致。常用的油量调节机构有拨叉式调节 机构和齿条式调節机构两种拨叉式调节机构结构简单，制造方便在国产新系列喷油泵中广泛应用。齿条式调节机构传动稳当、可靠性高在柱塞式喷油泵中广泛应用 [6]。 e 出油阀的结构与减压作用 出油阀构件也是喷油泵重要的精密构件之一它对控制高压油路的残余压力乃至整个系统的喷油过程都有重要作用。按其工作原理可以分为等容式与等压两种 目前应用得较为广泛的是等容式出油阀，其工作原理是 当柱塞向上泵油並克服了出油阀弹簧力时出油阀开始上升，直到减压环带离开出油阀座后柴油通过直切槽流入高压油管。直到柱塞螺旋槽与回油孔 接通后高压柴油便流回低压油道。此时出油阀在弹簧和高压柴油的共同作用下迅速下落，由于出油阀上有一个直径为 d 的圆柱减压带在咜从开始进入座孔至锥面完全落座的过程中，还要下降一段距离 h 这样当减压带隔断柱塞顶部高压腔与高压油管以后，还给高压油路让出┅个相当 2 /4V d h??? 的等压容积从而使高压油路中的压力迅速下降 。 其中如没有减压环带的减压作用则在出油阀落座后，高压油管 中仍会存有很高的剩余压力易使喷油器发生滴漏、二次喷射等异常喷射现象。 减压容积的大小可以按下式估算 2 1 m a x4 p o p VV d h V p p E?? ? ? ? ? ? 买文档就送您 纸铨套 Q 号交流 或 但最终的数值应当通过与柴油机单体泵的仔细配试来确定。 等容式出油阀的优点是结构简单缺点是 对变工况适当性差。洇为柴油机单体泵在高速大负荷时油管压力高，为了防止二次喷射需要较大的减压容积，但在低速小负荷时油管压力低，只需要较尛的减压容积因此固定的减压容积很难同时兼顾两方面的要求，若匹配不当在高速大负荷时，可能会因减压不够产生二次喷射现象洏在低速小负荷时 ，又常可能因减压过度产生负压（真空），形成气泡而引起“气穴”现象从而造成机器运转的不稳，甚至引起零件嘚穴蚀损坏 为了克服上述的缺点，研制了一种阻尼阀结构它是在等容式出油阀上部加装一阻尼阀，在压油过程中阻尼阀在高压油的莋用下打开，阻尼孔不起作用而在回油过程中，阻尼阀落座用阻尼孔控制燃油的回流。通过选用合适的阻尼孔直径 以兼顾高、低速性能的要求既防止高速大负荷时的二次喷射，又避免了低速小负荷时喷油不稳定的现象的出现 随着柴油机单体泵喷油压力的不断提高，等容式出油阀已逐渐不能适应因此需 要采用等压式出油阀钢球在弹簧的作用下，关闭节流孔从而在出油阀上构成一个小的单向阀，在供油过程中它不起作用而在回油过程中则打开并使高压油路保持为一定的残余 压力 ，若能通过细致的匹配工作选择合适的节流孔尺寸與等压阀的弹簧刚度，就可以控制高压油路中的残余压力大小并使其保持稳定从而消除了等容出油阀存在的问题，保证燃料供给系统在各种工况下正常工作等压式出油阀目前存在的问题是制造成本较高，调试也比较困难但随着技术的进步，今后的应用范围越来越广 [1] 4 4 高压油泵的系列化与工作能力的评价指标 由于柴油机单体泵的 排量、功率与转速范围变化很大，若为每个机型设计一种喷油泵显然是不经濟也是没有必要的为此，人们对某一功率与转速范围的柴油机单体泵可以采用外形尺寸、结构形式、柱塞轴距相同的喷油泵，用增减柱塞数、更换不同柱塞直径、改变凸轮型线、升程和出油阀结构尺寸等措施以及对供油量、转速等参数进行调整的方法来满足不同柴油機单体泵的配套要求，形成相应的喷油泵系列 最大循环供油量 油泵每循环供油量与许多结构及调整参数有关如柱塞直径，凸轮形式与升程预行程与供油延续角以及出油阀结构尺寸等。由于每一种喷油泵都可以装几种 不同直径的柱塞并作不同的调整因此为了进行比较，峩们规定取喷油泵最大柱塞直径并设出油阀减压容积为零采用标准切线凸轮，以凸轮升程至最大几何速度前的 依据 7凸轮转角供油持续期內的柱塞有效行程计算所得的循环供油量定义为喷油泵的最大循环供油量 它是喷油泵几何供油量的极限值。由于没有考虑燃买文档就送您 纸全套 Q 号交流 或 料的可压缩性、油管的弹性膨胀以及供油过程出油阀早开、晚开的节流作用与柱塞泄露等因素，因此与实际供油量有┅定差别但是却便于对各个系列喷油泵的工作能 力进行比较。 大表示喷油泵的尺寸愈大，工作能力愈强能满足更大功率柴油机单体泵的配套要求。 最大平均供油速率 均供油速率是指喷油泵在供油持续期内每度凸轮转角的平均供油量最大平均供油速率 3{ m m / [ C a A ] }是最大循环供油量的条件下，取 7凸轮轴转角供油持续期作为计算依据求得的平均供油速率其表达式为 m ax 式中， 柱塞面积（ ； p? 是柱塞在供油持续期内的平均上升速度 { m m / [ C a A ] } 由上式可见，提高 有效途径为增加柱塞直径与提高柱塞平均速度不可而喻，在同样的喷油泵持续期内提高最大平均供油速率可以增加循环供油量。 几何循环供油量与几何平均供油速率的差别前者指每循环总的平均供油量后者指每循环内每度的平均供油量。实际供油速率由于燃油的可压缩性高压油管的弹 性变形以及泄漏、节流等影响，所以与几何供油速率亦存在一定差别在使用时，相哃的循环供油量可以用不同供油速率例如某种柴油机单体泵每循环供油量为 g，通过选用不同直径的柱塞或对同一柱塞直径调整不同的供油预行程，则可在 1a 凸轮转角或 2a 凸轮转角内供完如 12,则显然是在 2a 角度内供完要比 1a 角度内供完的供油速率高，供油速率的大小应根据柴油机單体泵的要求而定 最大许用泵端压力 油泵在喷油过程中，柱塞顶部的高压腔内会产生很高的压力称为泵端压力。泵端压力是随柱塞运動而变化的在某一瞬间达到最大值时，称为 最大许用泵端压力其准确数值应是柱塞腔的实测压力。泵端压力不会在静止中形成只会茬动态中产生。由于泵端压力的存在将通过柱塞、挺柱体、滚轮、凸轮作用到轴承、泵体上，使有关零部件都在不同程度上承受其压力这些零部件上承受的载荷与泵端压力成正比，过高的泵端压力会使这 些零部件因受力过大而变形会造成供油过程中柱塞运动特性失真，因而影响供油规律还会引起运动件早期磨损，严重时会使柱塞卡死凸轮轴断裂。总之泵端压力太大会影响喷油泵的可靠性和耐久性，因此各种系列喷油泵的最大泵端压力都有许用范围，在选择油泵参数时应注意不能超过最大许用泵端压力。 买文档就送您 纸全套 Q 号交流 或 由于测量困难，一般可用出油阀紧帽出油口处测出的油管泵端峰值压力来替代众所周知，为了改善喷油油束的雾化与提高喷油效率柴油机单体泵对喷油压力的要求不断提高，而喷油压力来自泵端的供油压力因此，提高泵端压力就是相应提高了喷油压力但泵端压 力有受到了喷油泵凸轮、挺柱体、泵体等零件强度和刚度方面的限制。在喷油过程中影响泵端压力的因素很多如供油量、供油速率、油泵转速、喷油器开启压力、喷孔直径、高压油管的直径和长度等，还有出油阀偶件、喷油器总成的结构及喷油泵总成有关部件的结構和刚度都直接影响或间接影响泵端压力的峰值 因此，最大许用泵端压力是一个既反映喷油泵强化程度又表征其工作可靠性的重要指标 高压油泵最高工作转速 油泵转速 二冲程柴油机单体泵中与柴油机单体泵转速 n 相同，在常见的四冲程柴油机单体泵中则有 2p 。 喷油泵最高笁作转速常受两个条件限制 1．挺柱体部件与凸轮脱开 当喷油泵转速高到一定程度往复运动件（包括柱塞、挺柱体、滚轮等）在最大负加速度时的向上惯性力，就会超过柱塞弹簧的作用力使滚轮与凸轮之间脱开。转过一定角度后弹簧力又会大于上述运动件向上的惯性力洏重新恢复接触，在接触的瞬间滚轮对凸轮产生猛烈的敲击。脱开和敲打频繁产生二者表面极易损坏。同时还会发出较大的敲击噪声这 是不允许的。因此把滚轮与凸轮之间不发生脱开现象的最高转速，作为油泵最高许用转速的限制条件之一 喷油泵供油量一定，但隨转速提高泵端压力会上升为防止因转速过高而引起泵端压力超过许用值的转速，成为油泵最高转速的限制条件之二 此外，附装在喷油泵上的机械式调速器也有一定的转速限制合两方面考虑，就可以确定整个喷油泵总成的最高工作转速 5 5 柴油机单体泵高压油泵设计要求忣主要参数的确定 柴油机单体泵高压油泵的设计要求 柴油机单体泵高压油泵 的设计要求是 1泵油压力要保证喷射压力和雾化质量的要求 2供油量应符合柴油机单体泵工作所需的精确数量。 3保证按柴油机单体泵的工作顺序在规定的时间内准确供油。 买文档就送您 纸全套 Q 号交鋶 或 4供油量和供油时间可调正，并保证各缸供油均匀 5供油规律应保证柴油燃烧完全。 6供油开始和结束动作敏捷，断油干脆避免滴油 設计时，还得考虑以下几列方面的影响 a柴油在高压下的可压缩性 b高压油管在高压下产生的弹性变形。 c柱塞与柱塞套、针阀与针阀体间存茬的泄漏损失 d由于节流作用造成出油阀的早开的迟开。 柴油机单体泵主要参数的确定 柱塞直径 塞与柱塞套是喷油泵重要的精密偶件之一它具有建立高压与控制供油量的重要作用，柱塞直径 有效供油行程 按以下方法计算首先根据柴油机单体泵标定工况点燃油消耗率和功率算出柴油机单体泵所需的每循环喷油量（ 环） 4 . 8 8 . 8 2 41 2 0 2 0 0 0 0 . 9 8 5 13 6 . 4 / ?????? ? ?? 循 环 （ 5 式中， 柴油机单体泵标定功率 （ ； 标定功率点燃油消耗率 [g/kwh] ； n 柴油机单体泵转速 （ r/； i 柴油机单体泵气缸数 ； ρ f 燃料油密度 （ g/； τ 柴油机单体泵的行程数 喷油泵柱塞在有效行程 b，即有 1 2 1p b V V V V? ? ? ? ? ? ? ? （ 5 式中 △ 为高压油路内，在最大泵端峰值压力与针阀开启压力的压差作用下的燃油压缩量； △ 为喷油泵柱塞套与高压油管的变形量在粗略计算中可以略去不计。 买文档就送您 纸全套 Q 号交流 或 0 M P a。 求出 参照喷油泵最大循环供油量 适当小于 并根据柴油机单体泵的特点，即鈳在表中选择所需要的喷油泵系列与型号其柱塞直径 有效行程 按下式计算 24p p e fV d h? ?? （ 5 式中， f? 为喷油泵的供油系数其值主要与进回油孔嘚节流作用有关，一般1 1 f? ? 对节流作用较大时，取大值 定义柱塞直径 有效行程 比为 1m ，根据统计 1 4 6 将 柱塞直径增大，供油速率增大在楿同供油量情况下，有效行程减小供油和喷油持续缩短，从而缩短柴油机单体泵的燃烧期改善性能。但加大柱塞直径后初期喷油量夶，柴油机单体泵运转粗暴此外凸轮承受接触应力也增大 [1][7]。 凸轮最大升程和预行程的确定 凸轮的升程与几何形状（型线）对柱塞的运动規律与喷油泵的供油规律有着重要的影响凸轮型线的种类很多。目前在中小功率柴油机单体泵领域使用最多的为切线凸轮。其中单姠切线凸轮的凸轮工作段为一 条与基圆和定圆相切的直线，它只能用于某一固定旋转方向但回程比较平缓，对零部件的寿命与降低工作時的噪声比较有利另外一种是双响切线凸轮，由于它两个侧面均为对称布置的切线故可以实现双响旋转。 在凸轮的升程、速度曲线中为了便于比较各种凸轮型线对柱塞速度的影响，也可将速度曲线纵坐标用基准速度 是喷油泵转速为 1000r/样对应任一柴油机单体泵转速均可方便地求得柱塞供油速度为 / 1 0 0 0 / n m s? ? 对中、小功率柴油机单体泵的喷油泵， 凸轮全升程即最大升程 三部分组成，即 m a x 1p s eh h h h? ? ? （ 5 式中 , 为有效行程； 为预行程； 1h 为剩余行程 取 比为 2m ，即 eh m h? 对于自然吸气柴油机单体泵 2 4 7 ，对于增压柴油机单体泵 2 3 5 增压度愈高， 2m 较小的值这样，我们在計算柱塞直径并确定了 后也可根据以上关系确定 m a x 24 6 eh m ?? 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 或 （ 5 至于预行程 剩余行程 1h 在 如何分配的问题则取决於我们对供油速率，即将有效行程 终点调整在离最大速度点 时既保证了较高的供油速率使供油持续期控制在较窄凸轮转角范围（在高速柴油机单体泵中，通常小于 10 ）内又防止了挺柱与凸轮顶部圆弧接触造成表面接触应力过大（最大允许值为 1 9 0 0 2 0 0 0 M P a）。在实际喷油泵上预行程的夶小可通过改变挺柱体的高度来加以调节 [8] 6 6 喷油特性对柴油机单体泵性能的影响 以柴油机单体泵喷油泵为核心的整个燃料供给系统的喷油特性如喷油压力 、喷油正时、喷油泵的速度特性以及喷油规律等，对于柴油机单体泵燃烧过程的品质与整机性能有着十分重要的影响 喷油压力 喷油压力是由喷油泵产生并经由压力波的形式传递至喷油器的，它对柴油机单体泵的喷雾与混合气形成以及燃烧过程有着直接的影響当燃料供给系统设计得当，与柴油机单体泵匹配也比较合理的最大喷油压力 往略高于泵端允许最高压力 虽然有的文献中在提到压力指标时，为了简单起见有时也用泵端压力代替喷油压力，这样做 虽不致引起很大误差（两者互为因果关系且属同一个数量级），但应當注意不要把两者的概念混淆起来前者是评价喷油泵强化程度与可靠性的指标，后者才是保证柴油机单体泵有效与清洁燃烧的重要条件实践证明，喷油压力越高燃料喷雾粒度越细，喷油速率也越高柴油机单体泵的烟度与微粒排放指标也越好。 对于小型分隔式燃烧室（涡流室与预燃室）柴油机单体泵而言由于主副室之间的气体流动为燃料的雾化与混合气形成提供了较多的能量，喷油压力一般不超过 40泹是对于目前广泛采用的直喷式柴油机单体泵由于燃料雾化与 混合气形成能量主要是有高压喷油提供的，因此要求有较高的喷油压力目前公认的看法是直喷式柴油机单体泵为了达到欧Ⅱ排放标准，喷油压力不应低于 80 100这差不多已接近目前传统的泵 嘴系统的极限为了达到歐Ⅲ标准或实现更高的要求，喷油压力应当不低于 1 2 0 1 5 0 至要求高大 200这个目标只有采用共轨或泵喷嘴系统才能实现 买文档就送您 纸全套， Q 号交鋶 或 喷油与供油提前角喷油持续期 由于柴油机单体泵燃烧室内的 温度在压缩上值点时最高，因此为了获得最高的燃烧效率要求主要燃燒过程在上止点附近完成 ，燃料应在上止点前喷入通常喷油始点用喷油提前角表示。喷油提前角过大燃烧开始得过早气缸压力升高率過大，柴油机单体泵噪声增大工作粗暴；反之若喷油提前角过小，燃烧滞后并延伸在膨胀过程中进行柴油机单体泵燃烧效率下降，末燃碳氢化合物 （ 与烟度增加当前人们都很关注柴油机单体泵的排放问题，常见的措施之一就是适当推迟喷油用适当牺牲燃料经济性来達到降低氮氧化物 （ 的目的。 尽管喷油提前角对柴油机单体泵燃烧过程与性能有直接重要影响但由于它在一 般情况下难于确定（必须测量针阀升程），因此在实际上常用供油提前角 d? 来代替 供油提前角就是喷油泵安装与柴油机单体泵上时喷油泵柱塞关闭进回油孔开始压油到柴油机单体泵活塞上止点所经历的曲轴转角。他可以在停车状态用溢流法检查（以出油阀开启供油来表示进回油孔关闭）用控制供油提前角 d? 的方法来调整喷油提前角 j? ，两者之间的差值是喷油延迟角 x? 三者的关系是 d ? ??? 如前所述， x? 取决于压力波在高压油管Φ的传播时间即取决于压力波传播速度（声速）、油管长度 n。在声速一定的条件下 x? 越大，因此我们希望高压油管应当短些而且各缸应当等长； 于每度曲轴转角占据的时间较短， x?也越大 由于 x? 有一定规律性， d? 与 j? 对柴油机单体泵性能影响的趋势又一致因此用供油提前角作为调整与匹配的依据是比较可行与方便的，但毕竟两者定义有所不同不应加以混淆。 前已说明最佳喷油提前角或供油提湔角的确定是一项必须对燃油经济性、排放与噪声各方面要求综合考虑的十分细致的工作，其最佳值随柴油机单体泵的转速、负荷与温度等一系列因素而变理想的调节只有通过电子控制才能实现，对于机械控制式燃料供给系统为满 足各种工况（如转速、负荷以及起动）變化的要求，可以采取以下两种措施 1用改变柱塞头部形状来适应负荷变化与动工况的要求 2采用离心式转速提前角器。提前角器的驱动盘甴柴油机单体泵定时齿轮驱动 与驱动盘用螺钉固定的壳体内装有两个大的调节偏心套，调节偏心套上有大小两个偏心孔大孔内装补偿偏心套，小孔与飞锤销配合而补偿偏心套的孔又套在从动盘的买文档就送您 纸全套， Q 号交流 或 传动销上从动盘的轮毂上开有键槽并与噴油泵凸轮联结。这样驱动盘与从动盘之间就是通过双层偏心套和传动销来传动的当柴油机单体泵转速升高，飞锤向外移动时通过飞錘销转动调节偏心套 ，而使主动盘与从动盘之间的相互角度产生变化以达到供油提前角随转速增加的目的。 由喷油开始至喷油结束之间嘚时间称为喷油持续期（可根据针阀升程或喷油规律曲线确定），若用了曲轴转角来计量则称为喷油持续角 j?? j?? 过大，将导致燃燒过程后燃增加恶化了柴油机单体泵性能，这一点对直喷式柴油机单体泵更为敏感通常 j?? 应控制在20 25 （ ，其中轿车柴油机单体泵因转速较高（每度的时间较短）可以达 25 35 （ 高压油泵的速度特性及其校正 高压