柴油機噴油泵技術(shù)特征及常見故障檢修

劉福林

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機械工程科學研究院，哈爾濱 150086)

0 引言

柴油機作為兩大主流內(nèi)燃機之一，廣泛應用于汽車、農(nóng)業(yè)機械、工程機械、船舶動力等領(lǐng)域，是十分成熟的燃油動力設備。噴油泵作為柴油機中的重要功能部件，對于柴油機的正常穩(wěn)定運轉(zhuǎn)和動力輸出具有重要保障作用。隨著柴油機技術(shù)的持續(xù)進步，噴油泵的種類和形式逐漸豐富，使柴油機的動力性能得到更好保證，柴油機的使用者應掌握噴油泵的工作原理與技術(shù)特征，并建立系統(tǒng)的故障處理技術(shù)思路，做到對柴油機噴油泵故障的及時發(fā)現(xiàn)、及時處理，提高柴油機使用效率和動力輸出性能，降低故障引起的能源浪費、環(huán)境污染及安全隱患。

1 分類與結(jié)構(gòu)

柴油機根據(jù)技術(shù)、應用方向和形式的不同在體積和外形上存在較大差異，但柴油機的主體結(jié)構(gòu)均由發(fā)動機缸體、配氣機構(gòu)、燃油供給系統(tǒng)、曲柄連桿機構(gòu)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等組成。噴油泵是燃油供給系統(tǒng)的核心部件之一，其與噴油器、噴油管道、油箱等配合，能有效保證柴油的定時定量供給。

噴油泵根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同分為多種類型，其主體技術(shù)為柱塞式噴油泵技術(shù)，常用的噴油泵種類包括：單體泵、直列柱塞式噴油泵、轉(zhuǎn)子分配式噴油泵[1]。

1.1 單體泵

應用時間較長，其形式為每個汽缸均配備有一個獨立的噴油泵，這種排列形式較為簡單，適用于缸數(shù)較少的柴油機使用，同時，單體泵也是直列柱塞式、轉(zhuǎn)子分配式等噴油泵的技術(shù)基礎。其主要的功能部件包括：柱塞偶件、柱塞彈簧、油量調(diào)節(jié)機構(gòu)、出油閥偶件、噴油泵傳動機構(gòu)等，結(jié)構(gòu)如圖1所示(山東鑫亞R-168型)。根據(jù)柱塞行程的不同，單體泵配套的柱塞偶件尺寸存在一定差異，使噴油泵的循環(huán)供油量產(chǎn)生相應差異，進而對單體泵進行細分，其常用代號包括A、B、P、Z等。

圖1 單體泵

1)柱塞偶件。主要由柱塞和柱塞套組成，二者配套使用，屬于精密配合偶件，加工精度較高，具有良好的表面光潔度和材料耐磨性，通常配合徑向間隙在2～3 μm，工作時，噴油泵的工作動力主要來自于凸輪軸的運轉(zhuǎn)和柱塞彈簧的彈力，促使柱塞在柱塞套內(nèi)做往復運動，噴油泵的噴油過程包括進油過程、供油過程、回油過程三個階段。進油過程柱塞向下移動，此時柴油被吸入柱塞腔；供油過程柱塞向上移動并將油孔封閉，使柱塞腔內(nèi)油壓逐漸增大，當壓力足夠時，出油閥被頂起；回油過程螺旋槽將油孔下邊緣打開，能促進油液流回低壓油腔。

2)出油閥偶件。其主要功能是控制高壓燃油排出，確保腔體內(nèi)的增壓和泄壓。出油閥能在柱塞下行過程中關(guān)閉柱塞腔與高壓油管間的連接，以避免高壓油管中燃油被吸回；并使高壓油管中保留足夠的剩余壓力，有利于每次工作時管內(nèi)壓力迅速提升，實現(xiàn)蓄壓；當噴油工作完成后，出油閥偶件能保證高壓油管中油壓迅速下降，徹底切斷供油，避免出現(xiàn)滴油問題。

3)供油量調(diào)節(jié)機構(gòu)與傳動機構(gòu)。供油量調(diào)節(jié)機構(gòu)主要是通過柴油機負荷的變化，改變柱塞的有效行程，實現(xiàn)對供油量的適時調(diào)整，大部分單體柱塞泵通過轉(zhuǎn)動柱塞實現(xiàn)供油量調(diào)節(jié)。噴油泵傳動機構(gòu)的主要功能是為柱塞運動提供上行驅(qū)動力，其主要結(jié)構(gòu)部件包括輪軸、凸輪、滾輪、頂頭、頂頭調(diào)節(jié)螺釘、鎖緊螺母等，傳動機構(gòu)的功能關(guān)系到供油時機的準確性，供油時機的調(diào)整與供油質(zhì)量密切相關(guān)，供油時機主要通過調(diào)整供油提前角實現(xiàn)，通過調(diào)整調(diào)節(jié)螺釘改變螺釘超出挺柱的高度，實現(xiàn)供油提前角的改變，螺釘越高，則柱塞位置升高，供油時機提前，反之供油時機延后。

1.2 直列柱塞式噴油泵

直列柱塞式噴油泵屬于組合式噴油泵的一種，其特征是將多個單體柱塞泵安裝于一個泵體內(nèi)，其傳動結(jié)構(gòu)也采用同軸驅(qū)動的形式，且工作原理和工作邏輯與單體柱塞泵基本相同。直列柱塞式噴油泵體積較大，在大型運輸車輛、大馬力拖拉機、船舶機械等領(lǐng)域應用廣泛，近年來，我國的柴油機技術(shù)發(fā)展較快，直列柱塞式噴油泵逐漸應用了電控共軌技術(shù)，使國產(chǎn)噴油泵的市場化程度進一步加強，應用較多的典型噴油泵包括BQ2000型(圖2)，PL型能滿足歐I排放要求，但我國自主研發(fā)生產(chǎn)的噴油泵在電控分配式噴油泵、泵噴嘴系統(tǒng)等技術(shù)方面與國際水平仍存在一定差距[2]。

圖2 直列柱塞式噴油泵

1.3 轉(zhuǎn)子分配式噴油泵

轉(zhuǎn)子分配式噴油泵代號為VE，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外形特征與傳統(tǒng)柱塞泵存在明顯差異，如圖3所示為轉(zhuǎn)子分配式噴油泵主體形式，其主要功能部件包括電磁式斷油閥、驅(qū)動機構(gòu)、機械式調(diào)速器、輸油泵、高壓分配泵頭等。

圖3 轉(zhuǎn)子分配式噴油泵

轉(zhuǎn)子分配式噴油泵運轉(zhuǎn)由曲軸定時齒輪驅(qū)動，調(diào)速器運轉(zhuǎn)后將動力分配到柱塞，以常用的4缸柴油機為例，運轉(zhuǎn)時平面凸輪盤與分配柱塞同步旋轉(zhuǎn)，4個平面凸輪盤設計有4個區(qū)域的曲線，每個區(qū)域間隔90°排列，運轉(zhuǎn)過程凸輪和柱塞彈簧相互配合，凸輪每運轉(zhuǎn)90°，可推動柱塞實現(xiàn)一次往復運動，完成進油、壓油、噴油全部工作，該過程運行4次，則4個汽缸均實現(xiàn)供油一次。可見轉(zhuǎn)子分配式噴油泵平面凸輪盤數(shù)量與汽缸數(shù)相等[3]。

與傳統(tǒng)的柱塞式噴油泵相比，其具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。第一，轉(zhuǎn)子分配式噴油泵的供油均勻性好，能更好保證多缸的定時、定量供油，降低了人工調(diào)節(jié)的勞動強度；第二，轉(zhuǎn)子分配式噴油泵的結(jié)構(gòu)組成實現(xiàn)簡化，體積變小且可靠性增強，使故障率相應降低，故障維修難度也相應降低；第三，轉(zhuǎn)子分配式噴油泵采用了新的傳動結(jié)構(gòu)，分配泵凸輪驅(qū)動上行距離縮小，有利于節(jié)能和提高轉(zhuǎn)速。由于轉(zhuǎn)子分配式噴油泵的加工制造和運轉(zhuǎn)配合精度提高，對于柴油機使用的柴油品質(zhì)要求更高，需要使用清潔的柴油[4]。

2 常見故障檢查與維修

2.1 拆裝技術(shù)

噴油泵的拆卸與裝配需要按照標準技術(shù)規(guī)范實施，以免拆裝過程造成噴油泵功能損壞，影響維修質(zhì)量。

1)噴油泵的拆卸。拆卸時應注意將低壓油路和高壓油路的進出油口和接頭等部位進行封堵防護，避免雜物、臟污進入油路；應先轉(zhuǎn)動凸輪軸，當?shù)谝黄淄馆喬幱谏现裹c位置后，對滾輪體和凸輪軸進行拆卸；先拆下調(diào)速器后蓋固定螺釘，將后殼向后方移動，拆下齒桿和連接桿之間的卡銷，再將齒桿和連接桿分離；凸輪軸拆卸時首先測量軸向間隙，明確是否需要增加墊片，確定需要拆卸后先將前期安裝的調(diào)整墊片卸下后妥善放好，再對凸輪軸及軸承進行拆卸。噴油泵拆卸過程必須對配合偶件進行標記，并成對保管，以免遺失[5]。

2)噴油泵的裝配。裝配前需對重要的精密件進行清洗并在表面涂抹清潔的機油，裝配順序為供油齒桿→柱塞套筒→出油閥偶件→密封墊圈→出油閥彈簧→減容器體→出油閥緊座→供油齒圈和油量控制套筒→柱塞彈簧上座及柱塞彈簧→滾輪挺柱體→凸輪軸和中間支撐軸瓦→輸油泵及調(diào)速器總成。

2.2 故障判斷與維修

2.2.1 柱塞及其相關(guān)零件維修

柱塞在上行過程阻力較大，因此大部分磨損位于柱塞頂端部位，應檢查頂端狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)磨損嚴重應對柱塞、柱塞套進行成套更換；對柱塞進行轉(zhuǎn)動，檢查是否存在卡滯、運行遲鈍現(xiàn)象，將柱塞提升到超出上止點一定高度，放開后觀察柱塞是否可以自如滑落，若柱塞在某一位置卡住，也應成套更換零件。觀察柱塞彈簧是否出現(xiàn)扭曲或者變形、銹蝕損傷等現(xiàn)象，并對影響使用功能的彈簧進行及時更換，測量柱塞彈簧的松弛高度，要求其高度誤差不超過2 mm，否則應進行更換。

2.2.2 出油閥的檢查維修

將出油閥上拉至頂部，使用堵塞堵住閥座底部的孔，放松出油閥，若出油閥僅能緩慢下沉，則說明出油閥工況異常，應成組更換出油閥偶件。若在維修后出現(xiàn)柴油機工作無力、機具行進過程加速能力不足，可能是由于額定工況油量調(diào)整不當，供油量偏低造成燃油供給不足，此時應及時調(diào)定噴油量[6-7]。

2.2.3 凸輪軸的檢查維修

檢查凸輪工作面是否存在磨痕、麻點等異常，對于輕微磨痕、麻點可進行研磨修復，嚴重磨損需更換凸輪片。使用千分表測量凸輪軸是否存在變型，若凸輪軸頸徑向圓的跳動誤差超過0.05 mm，應對其進行矯正，若校正后仍不合格，應予以更換。若凸輪軸轉(zhuǎn)動過程出現(xiàn)明顯振動，可能是軸承磨損導致，應對損壞的軸承進行及時更換[8]。

3 結(jié)語

綜上所述，噴油泵具有結(jié)構(gòu)形式多樣、工作原理差異等諸多特征，尤其在電控技術(shù)與柴油機技術(shù)深度融合的情況下，噴油泵的性能和工作可靠性明顯提升。駕駛員在駕駛車輛、工程機械、工業(yè)機械等柴油機驅(qū)動設備的過程中，應重視噴油泵的技術(shù)保養(yǎng)與維護，降低故障發(fā)生率，提高噴油泵使用壽命，促進柴油機性能和功效的發(fā)揮。