劉福林

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院，哈爾濱 150086)

0 引言

柴油機(jī)作為兩大主流內(nèi)燃機(jī)之一，廣泛應(yīng)用于汽車、農(nóng)業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械、船舶動(dòng)力等領(lǐng)域，是十分成熟的燃油動(dòng)力設(shè)備。噴油泵作為柴油機(jī)中的重要功能部件，對(duì)于柴油機(jī)的正常穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)和動(dòng)力輸出具有重要保障作用。隨著柴油機(jī)技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，噴油泵的種類和形式逐漸豐富，使柴油機(jī)的動(dòng)力性能得到更好保證，柴油機(jī)的使用者應(yīng)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(duì)柴油機(jī)噴油泵故障的及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理，提高柴油機(jī)使用效率和動(dòng)力輸出性能，降低故障引起的能源浪費(fèi)、環(huán)境污染及安全隱患。

1 分類與結(jié)構(gòu)

柴油機(jī)根據(jù)技術(shù)、應(yīng)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(jī)的主體結(jié)構(gòu)均由發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、配氣機(jī)構(gòu)、燃油供給系統(tǒng)、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、潤(rùn)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(shí)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：?jiǎn)误w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(yīng)用時(shí)間較長(zhǎng)，其形式為每個(gè)汽缸均配備有一個(gè)獨(dú)立的噴油泵，這種排列形式較為簡(jiǎn)單，適用于缸數(shù)較少的柴油機(jī)使用，同時(shí)，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(chǔ)。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(jī)構(gòu)、出油閥偶件、噴油泵傳動(dòng)機(jī)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(yīng)差異，進(jìn)而對(duì)單體泵進(jìn)行細(xì)分，其常用代號(hào)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(shí)，噴油泵的工作動(dòng)力主要來(lái)自于凸輪軸的運(yùn)轉(zhuǎn)和柱塞彈簧的彈力，促使柱塞在柱塞套內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，噴油泵的噴油過(guò)程包括進(jìn)油過(guò)程、供油過(guò)程、回油過(guò)程三個(gè)階段。進(jìn)油過(guò)程柱塞向下移動(dòng)，此時(shí)柴油被吸入柱塞腔；供油過(guò)程柱塞向上移動(dòng)并將油孔封閉，使柱塞腔內(nèi)油壓逐漸增大，當(dāng)壓力足夠時(shí)，出油閥被頂起；回油過(guò)程螺旋槽將油孔下邊緣打開(kāi)，能促進(jìn)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(guò)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(shí)管內(nèi)壓力迅速提升，實(shí)現(xiàn)蓄壓；當(dāng)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(wèn)題。

3)供油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。供油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要是通過(guò)柴油機(jī)負(fù)荷的變化，改變柱塞的有效行程，實(shí)現(xiàn)對(duì)供油量的適時(shí)調(diào)整，大部分單體柱塞泵通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)柱塞實(shí)現(xiàn)供油量調(diào)節(jié)。噴油泵傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要功能是為柱塞運(yùn)動(dòng)提供上行驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)的功能關(guān)系到供油時(shí)機(jī)的準(zhǔn)確性，供油時(shí)機(jī)的調(diào)整與供油質(zhì)量密切相關(guān)，供油時(shí)機(jī)主要通過(guò)調(diào)整供油提前角實(shí)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)整調(diào)節(jié)螺釘改變螺釘超出挺柱的高度，實(shí)現(xiàn)供油提前角的改變，螺釘越高，則柱塞位置升高，供油時(shí)機(jī)提前，反之供油時(shí)機(jī)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(gè)單體柱塞泵安裝于一個(gè)泵體內(nèi)，其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)也采用同軸驅(qū)動(dòng)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(yùn)輸車輛、大馬力拖拉機(jī)、船舶機(jī)械等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，近年來(lái)，我國(guó)的柴油機(jī)技術(shù)發(fā)展較快，直列柱塞式噴油泵逐漸應(yīng)用了電控共軌技術(shù)，使國(guó)產(chǎn)噴油泵的市場(chǎng)化程度進(jìn)一步加強(qiáng)，應(yīng)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(guó)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(guó)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(hào)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(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)由曲軸定時(shí)齒輪驅(qū)動(dòng)，調(diào)速器運(yùn)轉(zhuǎn)后將動(dòng)力分配到柱塞，以常用的4缸柴油機(jī)為例，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)平面凸輪盤與分配柱塞同步旋轉(zhuǎn)，4個(gè)平面凸輪盤設(shè)計(jì)有4個(gè)區(qū)域的曲線，每個(gè)區(qū)域間隔90°排列，運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程凸輪和柱塞彈簧相互配合，凸輪每運(yùn)轉(zhuǎn)90°，可推動(dòng)柱塞實(shí)現(xiàn)一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成進(jìn)油、壓油、噴油全部工作，該過(guò)程運(yùn)行4次，則4個(gè)汽缸均實(shí)現(xiàn)供油一次。可見(jiàn)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(shì)。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(shí)、定量供油，降低了人工調(diào)節(jié)的勞動(dòng)強(qiáng)度；第二，轉(zhuǎn)子分配式噴油泵的結(jié)構(gòu)組成實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化，體積變小且可靠性增強(qiáng)，使故障率相應(yīng)降低，故障維修難度也相應(yīng)降低；第三，轉(zhuǎn)子分配式噴油泵采用了新的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，分配泵凸輪驅(qū)動(dòng)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(yùn)轉(zhuǎn)配合精度提高，對(duì)于柴油機(jī)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(jiàn)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(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范實(shí)施，以免拆裝過(guò)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(shí)應(yīng)注意將低壓油路和高壓油路的進(jìn)出油口和接頭等部位進(jìn)行封堵防護(hù)，避免雜物、臟污進(jìn)入油路；應(yīng)先轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪軸，當(dāng)?shù)谝黄淄馆喬幱谏现裹c(diǎn)位置后，對(duì)滾輪體和凸輪軸進(jìn)行拆卸；先拆下調(diào)速器后蓋固定螺釘，將后殼向后方移動(dòng)，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(shí)首先測(cè)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(duì)凸輪軸及軸承進(jìn)行拆卸。噴油泵拆卸過(guò)程必須對(duì)配合偶件進(jìn)行標(biāo)記，并成對(duì)保管，以免遺失[5]。

2)噴油泵的裝配。裝配前需對(duì)重要的精密件進(jìn)行清洗并在表面涂抹清潔的機(jī)油，裝配順序?yàn)楣┯妄X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(guò)程阻力較大，因此大部分磨損位于柱塞頂端部位，應(yīng)檢查頂端狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)磨損嚴(yán)重應(yīng)對(duì)柱塞、柱塞套進(jìn)行成套更換；對(duì)柱塞進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，檢查是否存在卡滯、運(yùn)行遲鈍現(xiàn)象，將柱塞提升到超出上止點(diǎn)一定高度，放開(kāi)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(yīng)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(duì)影響使用功能的彈簧進(jìn)行及時(shí)更換，測(cè)量柱塞彈簧的松弛高度，要求其高度誤差不超過(guò)2 mm，否則應(yīng)進(jìn)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(shuō)明出油閥工況異常，應(yīng)成組更換出油閥偶件。若在維修后出現(xiàn)柴油機(jī)工作無(wú)力、機(jī)具行進(jìn)過(guò)程加速能力不足，可能是由于額定工況油量調(diào)整不當(dāng)，供油量偏低造成燃油供給不足，此時(shí)應(yīng)及時(shí)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(diǎn)等異常，對(duì)于輕微磨痕、麻點(diǎn)可進(jìn)行研磨修復(fù)，嚴(yán)重磨損需更換凸輪片。使用千分表測(cè)量凸輪軸是否存在變型，若凸輪軸頸徑向圓的跳動(dòng)誤差超過(guò)0.05 mm，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行矯正，若校正后仍不合格，應(yīng)予以更換。若凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程出現(xiàn)明顯振動(dòng)，可能是軸承磨損導(dǎo)致，應(yīng)對(duì)損壞的軸承進(jìn)行及時(shí)更換[8]。

3 結(jié)語(yǔ)

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(jī)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(jī)械、工業(yè)機(jī)械等柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的過(guò)程中，應(yīng)重視噴油泵的技術(shù)保養(yǎng)與維護(hù)，降低故障發(fā)生率，提高噴油泵使用壽命，促進(jìn)柴油機(jī)性能和功效的發(fā)揮。