【车辆工程类】柴油机高压油泵设计【4张图纸】【优秀】【毕业论文说明书】
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辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 1 目录 前言 1 1 国内外柴油机的发展概况 2 外柴油机的发展概况 2 内柴油机的发展概况 3 2 柴油机的工作原理 5 行程柴油机的工作原理 5 行程柴油机的工作原理 6 3 柴油机的燃油供给系统 8 述 8 油机对燃油供给系统的要求 9 油机燃油供给系统的功用和组成 9 油机 高压油泵 9 10 4 高压油泵的系列化与工作能力的评价指标 15 大循环供油量 15 大平均供油速率 15 大许用泵端压力 16 压油泵最高工作转速 16 5 柴油机高压油泵设计要求及主要参数的确定 18 油机高压油泵的设计要求 18 油机主要参数的确定 18 郑京浩：柴油机高压油泵设计 2 18 20 6 喷油特性对柴油机性能的影响 22 油压力 22 油与供油提前角，喷油持续期 22 压油泵的速度特性及其校正 24 油规律对柴油机性能的影响 25 7 柴油机的优越性分析和环保措施 26 油机相对于汽油机的优点 26 油机的环保措施 27 结论 29 致谢 30 参考文献 31 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 3 摘要 柴油机是中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，柴油机才能正常地工作， 为此人们常把喷油泵称作柴油机的心脏。 本文主要对国内外柴油机发展现状、趋势以及四行程和二行程柴油机的工作原理进行了阐述，介绍了柴油机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力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性能的影响，以及柴油机相对与汽油机的优点和环保措施。 关键词：柴油机；燃油系统；高压油泵；节能 郑京浩：柴油机高压油泵设计 4 概要 機関中国機械専門職 中 非常重要専門職、既自動車、農業機械、 機械類、船、機関車、地質石油鋭機械、 軍用 、 通用設備 、移動予備発電所 最重要 力 。 機関現在工業生産適用 各動力機械中 熱効率最高、 利用率 最、 最 節約。 機関重油、威圧油非常重要部分。高圧油正常供給条件下 、機関 正常働事。、人、 威圧油 機関 心臓呼。 本文主国 内外 発展 現況 大勢 四 行程 二 行程 工作 原理 対説明 、威圧油燃料供給 効用組成紹介、威圧油対化 工作 能力評価指標 簡単述懐、 威圧油設計 必要 提供 噴 油 特性 対影響、 対 長所環境保護紹介 。 ： 機関；重油； 威圧 油； 節約 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 前言 1897年左右，德国工程师鲁道夫迪塞尔首先制成了柴油机，即向气缸内充入空气，并将其压缩到温度高于燃料的自然点，随后将燃料喷入气缸内自然并推动活塞做功。目前，柴油机的发展日趋完善，广泛用于工业、农业、交通运输及国防各个领域，现代工程机械也多以柴油机为动力源 1。 近 10年来，中国在车用柴油机生产方面也取得了较快的发展。 1991年车用柴油机生产量为 占车用发动机总产量 16%；到 2002年 7月，这个比例提高到 41%。在国家汽车工业 “ 十五 ” 规划中，国家规定提 高柴油载货车、轻型柴油客车的比重，中型车要全部实现柴油化。柴油车占汽车总产量的比重从 2000年的 高到 35%左右。 众所周知，喷油系统是柴油机的心脏，是决定柴油机各项性能的关键部件，只有深入了解其结构原理，掌握丰富的实践经验，才能正确调试，合理匹配，使柴油机获得良好的综合性能指标 2。 本文的主要介绍了国内外柴油机的发展概况、工作原理、柴油机燃油供给系统、设计简单地叙述了柴油机喷油特性对柴油机性能的影响及柴油机相对于汽油机的优点和环保措施。 郑京浩：柴油机高压油泵设计 6 1 国内外柴油机的发展概况 笨重、噪音大、喷黑烟，令许多人对柴油机的直观印象不佳，加上柴油机的构造比较复杂，不少人对柴油机缺乏了解，尤其对现代先进的柴油机缺乏了解，因此柴油机汽车在一些城市成了“被限制的对象”，受到种种歧视。但随着现代技术的发展，柴油机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。经过多年的研究和新技术应用，现代柴油机的现状已与往日不可同喻。 国外柴油机的发展概况 目前，欧美汽车发达国家大力发展低油耗、高热效率、低排放的柴油发动作为汽车的动 力。欧洲有 90%的重型车、 30%的轿车已实现了柴油化，柴油车的市场份额已达 40%。德国所有出租车使用柴油发动机；法国、瑞典等国家使用车中的柴油轿车则高达 50%以上。预计到 2006年，欧洲柴油轿车的比例将到 50%，也就是说欧洲每 2辆轿车就有 1辆是柴油轿车。在美国，虽然燃油价格相对低廉，但已有 100%的重型商用车柴油化， 70%的交通工具如轮船、火车和汽车都是以柴油机为动力。 随着人们环境保护意识的加强 ， 欧洲柴油汽车迅速增长 。 这种发展趋势不仅体现在欧洲 ， 而且也体现在全世界。几个月以前做的一次调查显示 ， 全世界轻型柴 油汽车的销量到2015年将从 2004年的 1250万辆增加到 2700万辆 。 其中 60 是在欧洲以外的汽车市场销售 ，主要的增长来自北美洲 。 轻型货车和轿车的销售比例在未来的 12年中将从目前的 提高到 16 。 从当今世界各主要汽车与发动机公司开发的新一代柴油机的技术变化看来，尽管各有特点，但大体上反映了以下发展趋势： (1)直喷式柴油机的比例不断提高，直喷式柴油机的缸径不断减小。如戴姆勒 D/S=93缸，排量 大众的 D/S=3缸，排量 (2)广泛采用增压、中冷与多气门技术。柴油机气缸内能燃烧的燃料量取决于进入气缸的充气量，为此车用柴油机上广泛采用了涡轮增压与中冷技术 （ ，以及多气门技术。如德国 采用四气门，以提高充气效率。 (3)实现高压喷射与电控。为了满足越来越严格的排放法规（欧 与欧 标准），喷油压力不断提高。目前在传统的泵管嘴系统中，喷油压力已经普遍超过 100新的高压喷射系统中，喷油压力已经超过 150至达到 200 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 7 (4)排气再循环 （ 与排气后处理技术（机外净化）。实现排气再循环可降低 能实现 有利于改善综合性能。柴油机的排气后处理技术比汽油机困难，但是国外在微粒过滤及其再生技术与 以满足未来欧 排放法规的要求。 (5)优化结构设计，减少摩擦与附件功率损失，提高机械效率。柴油机的有效效率等于指示效率与机械效率的乘积。因此，柴油机的燃油消耗率也直接受到机械效率的影响。国外在致力于完善缸内工作过程的同时，也十分重视减少摩 擦损失和提高机械效率的研究。 此外，以德国 也是一种有效手段 3。 国内柴油机的发展概况 中国柴油机普及水平还很低，目前没有生产柴油机轿车的条件，但重型柴油汽车的产量逐步增加，中型和轻型车柴油化步伐也在加快，微型车柴油化实现了零的突破，汽车动力柴油化在中国已呈现发展的趋势。 近年来，发展柴油车又成为业内人士争论的话题，社会各界有关人士也呼吁发展柴油车，认为汽车柴油化将是未来必然发展趋势。业内有关人士同时指出，与世界发达国家相比，我国车用柴油机的发展面临许多问 题。 中国柴油机技术水平总体落后于国际先进水平 10 20 年。具体表现以下几个方面： (1)开发投入不足：以致产品在国际上没有竞争力。 (2)产品技术含量低：高压共轨技术、气门技术、电控技术、废气再循环技术和废气后处理技术等先进技术在国内产柴油机上尚未应用。 (3)制造水平低：工艺装备简化，从而影响整机性能。 (4)排放标准滞后：欧洲柴油机氮氧化物 (颗粒排放 (值从 2000 年起执行欧 标准， 2005 年起执行欧 标准， 2008 年起执行欧 标准。而能够真正达到欧洲 标准和欧 洲 号标准的柴油机的数目在中国却是屈指可数 。 (5)柴油品质低下：国产柴油杂质多，灰分大，尤其是硫和芳香烃这两个对环境影响最大的物质，含量高出欧美标准十倍以上，难以满足排放的要求。柴油品质低下，严重影响柴油机的排放，即使有 “ 现代柴油机 ” 也无济于事。 随着柴油轿车已被国家列入中国汽车工业 “ 十五 ” 发展规划，柴油机作为节能、环保的汽车动力，在普及家用轿车上具有广阔的前景，高质量的现代柴油机必将受到市场的青郑京浩：柴油机高压油泵设计 8 睐。 (6)社会认知度差。柴油机已被世界认可为汽车动力最重要的机型，而我国企业仍对柴油机缺乏全 面的认识，社会的认识水平也还停留在柴油车是技术落后、维修保养差、冒黑烟、高噪声的车辆。人们对现代柴油机的发展缺乏足够的了解，特别是对柴油机在世界能源政策中所处的地位以及对现代柴油车很低的排放状况缺乏透彻的认识。 (7)柴油车普及率仍很低。在发达国家，所有的重型车都使用柴油机。在欧洲，约 20%的轿车和 90%的商用车使用柴油机，甚至在一些国家几乎所有出租车都使用柴油机。在美国，约 90%的商用车使用柴油机。而在我国，重型载货汽车和大型客车中柴油机的使用比例较高，达到 90%以上，而在微型汽车上还没有成熟的柴油机，轿 车生产中还没有一辆柴油机车。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 2 柴油机的工作原理 四行程柴油机的工作原理 四行程柴油机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，故可燃混合气的形成，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和汽油机在工作过程中的不同点 。 图 2図 2 見取図 上 图为四行程柴油机示意图。 四行程柴油机在进气行程中所不同的是柴油机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 体温度约为 300 370K。 压缩行程压缩的也是纯空气，在压缩行程接近上止点时，喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室，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和压力都比汽油机高 ，大大超过了柴油机的自燃温度。压缩终了时，气体压力约为 体温度约为 750 1000K，柴油机是压缩后自燃着火的，不需要点火，故柴油机又称为压燃机。 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，柴油机的可燃混合气是在气缸内部形成的，而不象汽油机那样，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 69高温度也可高达 2000 2500K。作功终了时，气体压力约为 体温度约为 1200 1500K。 柴油机的排气行程和汽油机一样，废气同样经排气管排入到大郑京浩：柴油机高压油泵设计 10 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。而现在已经愈来愈普遍采用的电控柴油机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、电控单元 （ 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压作用。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况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；同时柴油机的转速一般比汽油机来得低，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。 二行程柴油机的工作原理 二行程柴油机和二行程汽油机工作类似，所不同的是，柴油机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工作过程如下 图 2図 2 工作 原理見取図 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 第一行程：活塞从下止点向上止点运动，行程开始前不久，进气孔和排气门均以开启，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。 第二行程：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，对外作功，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，换气一直延续到活塞向上运动 1/3行程进气孔关 闭结束。 郑京浩：柴油机高压油泵设计 12 3 柴油机的燃油供给系统 概述 柴油机具有压缩比大、热效率高、燃料经济性好、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。但柴油机也存在质量大，工作时振动噪声大，制造成本高，工作容积利用率低等缺点，这些缺点将随着柴油机工业的发展不断得到克服，柴油机的使用性能在不断提高。因此，柴油机在工程机械上得到广泛应用。 柴油机使用的燃料是柴油。柴油的粘度大、蒸发性差、自然温度低。一般采用高压喷射的方法，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。由于上述原因，柴油机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。 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 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用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。增压柴油机还装有进气增压装置。 (3)混合气的形成装置 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，喷油器将辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 13 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，经回油管流回燃油箱。 柴油机对燃油供给系统的要求 燃油供 给系统应按柴油机工作需要，将适量的燃油在适当的时刻内，以适当的空间状态喷入燃烧室，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，从而使柴油机获得良好的经济性，动力性，稳定性及排污、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应速度，提供所要求的供油量。 （ 4）喷雾特性应与燃烧室有良好配合，应使柴油机能获得最 佳的燃烧过程。 （ 5）可靠耐用，结构简单，制造容易，维修方便。 柴油机燃油供给系统的功用和组成 柴油机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入燃烧室内，并与空气混合，形成可燃混合气。 柴油机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 燃油箱到喷油泵入口的这段油路中的油压，因它是由输油泵建立的，而输油泵的出油压力一般为 这段油路称为低压油路。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、喷油器以一定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 机高压油泵 高压油泵是柴油机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，把雾状的燃油喷入燃烧室内燃郑京浩：柴油机高压油泵设计 14 烧作功，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，这样既影响柴油机 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，柴油机才能正常地工作，为此人们常把高压油泵称作柴油机的心脏。 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 现在的汽车柴油机上，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）是柴油机的心脏，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，目前国内外一般汽车柴油机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，并根据柴油机不同工况的要求，定时、定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： (1)各缸的供油次序符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)各缸喷油持续时间相等； (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，供油量调节较辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 15 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 在柴油机一侧的支架上，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或多缸大中型柴油机上。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，柱塞在柱塞弹簧的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。 出油阀位于喷油泵的出口处，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个气缸供油。对于单缸柴油机，由一套柱塞偶 件组成单体泵；对于多缸柴油机，则由多套泵油机构分别向各缸供油。中、小功率柴油机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，其关键一部分是泵油机构。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，可通过它调节和转动柱塞的位置。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向下方，并使滚轮保持与凸轮轴上的凸轮相接触。 郑京浩：柴油机高压油泵设计 16 图 3塞式喷油泵的构造示 意图 図 3栓式噴油構造見取図 喷油泵凸轮轴由柴油机曲轴通过传动机构来驱动。对于四冲程柴油机曲轴转两圈，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动，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。此后柱塞继续上升，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。当出油阀的圆柱辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 17 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(即柱塞的上、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有效行程，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载荷和转速的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节机构两种。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 出油阀偶件也是喷油泵重要的精密偶件之一，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 当柱塞向上泵油并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，在它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郑京浩：柴油机高压油泵设计 18 部高压腔与高压油管以后，还给高压油路让出一个相当 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 x()4 p o p VV d h V p p E 但最终的数值应当通过与柴油机的仔细配试来确定。 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。因为柴油机在高速大负荷时，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，只需要较小的减压容积，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，而在低速小负荷时，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，甚至引起零件的穴蚀损坏。 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，阻尼阀在高压油的作用下打开，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与等压阀的弹簧刚度，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。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 19 4 高压油泵的系列化与工作能力的评价指标 2 由于柴油机的排量、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 经济也是没有必要的。为此，人们对某一功率与转速范围的柴油机，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，来满足不同柴油机的配套要求，形成相应的喷油泵系列。 最大循环供油量柱塞直径，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，我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内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是喷油泵几何供油量的极限值。由于没有考虑燃料的可压缩性、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一定差别，但是却便于对各个系列喷油泵的工作能力进行比较。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的配套要求。 最大平均供油速率大平均供油速率 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，；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，相同的循环供油郑京浩：柴油机高压油泵设计 20 量可以用不同供油速率，例如某种柴油机每循环供油量为 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112则显然是在2油速率的大小应根据柴油机的要求而定。 最大许用泵端压力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动而变化的，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，只会在动态中产生。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。 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构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n 相同，在常见的四冲程柴油机中，则有2p 。 喷油泵最高工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、辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 21 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而重新恢 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，但随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 郑京浩：柴油机高压油泵设计 22 5 柴油机高压油泵设计要求及主要参数的确定 柴油机高压油泵的设计要求 柴油机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
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