柱塞式喷油泵的工作过程和优势特点
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发电机柱塞式喷油泵的工作过程 |
摘要：柱塞式喷油泵通常用于小型柴油发动机，负责将燃油加压后精确地喷入气缸。其核心部件由柱塞和柱塞套组成，通过柱塞的上下运动来产生高压，优势体现在高压能力、精确控制、结构可靠、适应性强等方面。与共轨式喷油泵的相比，柱塞式可能在结构简单、成本较低、维护方便方面有优势，而共轨式可能在更高压力和更精确的电子控制方面更优。
一、柱塞式喷油泵工作原理和组成
1、喷油泵作用
喷油泵与喷油器一样，都是柴油发电机燃油系统的重要部件，常被喻为发动机的“心脏”。它的作用和基本要求如下。
（1）向喷油器供给高压燃油，并与喷油器配合以获得良好的油束特性。
（2）按照一定的供油规律供油，并及时供油和迅速停供，各缸的供油提前角和供油量应相等。
（3）根据柴油发电机负荷的大小，与调速器配合供给所需的柴油量。
2、喷油泵结构
柱塞式喷油泵（图1）又称为布许泵，它的主要零件为油泵柱塞与套筒［图1（b）］和出油阀与阀座（图5）两副精密偶件。
在图1（a）的套筒3中，油泵柱塞在油泵供油凸轮（图中未画出）的驱动下上行，在柱塞弹簧的作用下下行。柱塞头部开有斜槽，而在套筒上部开有进油孔及回油孔。装在套筒上部的出油阀及出油阀座，在出油阀弹簧的作用下将喷油泵腔与高压油管分开。当柱塞上行封闭套筒的进油孔及回油孔时，泵内燃油压力将出油阀顶开，并向高压油管供油。与柱塞相连的调节齿圈与调节齿条相啮合。移动调节齿条，通过调节齿圈可以带动柱塞转动，以实现油量的调节。管接头接进油管，出油管接头接出油管。
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图1 柱塞式喷油泵 |
3、喷油泵工作原理
柱塞式喷油泵的工作原理如图2所示。当柱塞下行至最低位置时，套筒上的油孔被打开，燃油自进油腔被吸入套筒内腔，如图2（a）所示。当柱塞从最低位置被喷油泵凸轮顶动开始泵油行程时，部分燃油经回油孔流回进油空间，直到柱塞上部端面将回油孔关闭，燃油才开始受压缩，如图2（b）所示，这就是喷油泵的“几何供油始点”。柱塞继续上行，当柱塞斜槽打开回油孔时，柱塞上部的高压燃油即经柱塞头部的直槽和环形槽与回油孔相通而流回进油空间，如图2（c）所示，这就是喷油泵的“几何供油终点”。此后，柱塞再上行至行程最高位置，燃油则流回进油空间，如图2（d）所示。显然，在柱塞的整个上行行程中，实际有效供油行程只是从柱塞上边缘遮住回油孔开始到其斜槽的下边缘又打开回油孔为止的这一段行程，因此柱塞的斜槽与套筒上回油孔的相对位置决定了喷油量，同时也决定了喷油时间。而柱塞每转动一个位置，就有一个有效行程，故转动柱塞可以改变喷油量。
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图2 回油孔式喷油泵工作原理 |
4、供油量的调节
回油孔式喷油泵的供油量调节是靠转动柱塞改变供油始点、终点或始终点来改变柱塞有效行程而实现的。有效行程越长，供油量越大。当有效行程为零时，虽然柱塞上下运动但不供油。
根据柱塞头部线形的不同，可将回油孔式喷油泵的供油量调节成如图3所示的三种不同的调节方式：始点调节式、终点调节式及始终点调节式。
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图3 回油孔式油泵的三种柱塞形式 |
（1）终点调节式
图3（a）为终点调节式喷油泵的柱塞头部结构，平顶且斜槽向下。这种结构无论将柱塞转到什么位置，其上边缘遮盖回油孔上边缘的时刻-几何供油始点是不会改变的。但其下边缘露出回油孔的时间-几何供油终点却随负荷的大小而变动。负荷越大，露出回油孔的时刻越迟；反之，负荷越小，露出回油孔的时刻就越早。其供油量大小，依靠转动柱塞斜槽相对于回油孔的位置来决定。如向左转动柱塞时，其下边缘露出回油孔的时刻延迟，有效行程变长，供油量增加；向右转动柱塞时，其下边缘露出回油孔的时刻提前，有效行程变短，供油量减小；如继续右转柱塞至直槽与回油孔相对时，则始终旁通回油，有效行程为零，供油量也为零，即为停车位置。
（2）始点调节式
图3（b）为始点调节式喷油泵的柱塞头部结构，平底且斜槽向上。这种结构无论柱塞转到哪个位置，柱塞上行时其下边缘露出回油孔的时刻-几何供油终点是不会改变的；但其上边缘遮盖回油孔的时刻--几何供油始点却随负荷的大小而变化。负荷大时，供油始点提前；负荷小时，供油始点滞后。
（3）始终点调节式
图3（c）为始终点调节式喷油泵的柱塞头部结构，有向上及向下的两条斜槽。其供油始点与终点均随负荷改变。负荷大时，供油始点提前，供油终点滞后；负荷小时，供油始点滞后，供油终点提前。
在多缸柴油发电机中，各喷油泵的油量调节齿条均连接在一根共同的油量调节杆上，通过操纵台上的加油手柄控制供油量，这是油量总调，如图4所示。如果单独调节某缸的供油量，一般只要旋转装在各油泵齿条与总油量调节杆之间的调节螺钉即可。
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图4 齿条式油量调节机构 |
5、出油阀
出油阀的作用有蓄压、止回及减压三种。
（1）蓄压
在柱塞泵油行程中，使喷油泵的供油压力逐渐累进。由于出油阀上减压凸缘和弹簧的作用，使油泵供油时刻延迟到出油阀的一定升程之后，从而使喷油泵获得较高的初始供油压力。
（2）止回
在柱塞的吸油行程中能有效地防止高压油管中的燃油倒流入泵腔，从而保证柱塞有一定的供油量。也能使高压油管内始终存有一定压力的燃油，这样就使喷油延迟阶段缩短。
（3）减压
减压作用又称卸载作用。即利用出油阀的卸载容积有效地控制喷射过程结束后高压油管中的压力波动，防止出现二次喷射。按出油阀的卸载方式，可分为等容卸载出油阀及等压卸载出油阀两种。
① 等容卸载出油阀
等容卸载出油阀有一圆柱形减压环带，如图5（a）所示。在出油阀锥面落座前的h距离时，已由减压环带将高压油管与油泵的工作空间分开。此后直到阀落座，出油阀又下落一距离h。这样，在高压油管中就增加了一部分容积（即卸载容积），这部分容积使油管中燃油膨胀，高压油管中油压迅速下降，起到了卸压作用，喷油立即停止。这样就缩短了喷射过程中的滴漏阶段，也防止了重复喷射现象。
等容卸载出油阀的优点是结构简单、性能稳定。其主要缺点是，在任何转速工况下，卸载容积都是一恒定值，因而在柴油发电机工况变化时，高压油管中的剩余压力也相应变化。在低负荷时可能因卸载过多而造成油腔的真空，产生穴蚀。
② 等压卸载出油阀
等压卸载出油阀没有减压环带，如图5（b）所示，而是在阀的内部设有一个由卸载弹簧控制的锥形卸压阀。当出油阀落座后，若高压油管中的压力高于卸载阀的开启压力，则卸压阀开启使燃油倒流进入喷油泵工作空间，直到与卸压阀的关闭压力相等时为止。因此高压油管中的燃油压力始终保持一个适中的剩余压力，同时减小了油管中的压力波动。这样既能防止重复喷射，又能防止产生穴蚀。
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图5 出油阀 |
二、柱塞式喷油泵优势和特点
柱塞式喷油泵是柴油发动机燃油系统的核心部件，其优势和特点主要体现在以下几个方面：
1、优势
（1）高压燃油供应能力
柱塞与柱塞套的精密配合可在小行程内产生极高压力（通常可达100-150 MPa），确保燃油雾化充分，提升燃烧效率，尤其适合压燃式柴油机。
（2）精确的供油控制
通过机械调节（如齿条、齿轮或杠杆机构）改变柱塞的有效行程，可精准控制喷油量和喷油正时，适应不同工况需求。
（3）结构可靠耐用
采用高强度材料制造，机械结构简单且坚固，抗冲击和振动能力强，适合恶劣工况（如工程机械、船舶等），寿命长。
（4）适应性强
兼容多种燃油（包括低品质柴油），对杂质敏感度较低。通过机械调速器自动调节供油量，响应发动机负荷变化，稳定性高。
（5）维护成本低
结构简单，拆装方便，备件普及且维修技术成熟，适合资源有限的场景。
2、特点
（1）独立分缸供油
每个气缸配置独立的柱塞单元，各缸供油互不干扰，系统容错性高，故障局部化。
（2）机械式调速机制
内置离心调速器，根据转速动态调整供油量，无需依赖电子系统，适合对可靠性要求高的场景。
（3）模块化设计
多缸发动机中，各柱塞单元可独立维护，更换或维修单缸泵不影响整体运行。
（4）成熟的技术基础
历经长期工业验证，设计标准化程度高，广泛应用于船舶及发电机组。
总结：
柱塞式喷油泵凭借其高压能力、可靠性和经济性，在传统柴油动力领域仍占据重要地位，尤其适合对成本敏感且工况复杂的应用场景。随着排放法规升级，电控系统逐渐普及，但其机械优势在特定领域仍不可替代。
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