喷油泵及喷油器简介

第三节喷油泵及喷油器现代船舶柴油机的燃油喷射系统绝大多数采用直接作用机械驱动式（简称直接作用式或直接喷射式），即由喷油泵排出的高压燃油直接作用于喷油器并喷入气缸。

此外，还有一种间接作用式（蓄压式）喷射系统，由喷油泵排出的高压燃油，先储存在一个蓄压器内，并保持恒定压力，然后再由蓄压器分配至相应的喷油器。

这种系统结构复杂，可靠性又差，所以未得到广泛应用。

但近年来随着技术的进步，电控共轨喷射系统正在发展。

直接作用式喷油设备中的喷油泵为高压柱塞泵，根据调节机构的不同，高压柱塞泵又分为回油孔调节式和回油阀调节式两大类。

而喷油器均为液压启阀式。

一、对喷油设备的要求柴油机的燃烧过程对喷油设备的基本要求是：良好的雾化、正确的喷油定时及便捷的油量调节三个方面。

1．燃油的雾化燃油的良好雾化，是实现良好燃烧过程的基础，主要靠喷油泵提供的一定喷油压力和喷油器配合来保证。

喷油泵对雾化的最大作用就是造成必要的压力，这个压力应在整个喷油期间保持在一定的范围内，以避免在喷油初期和末期因喷油压力过低而影响雾化质量。

由于在其它条件相同的情况下，喷油压力越高，雾化效果越好，现代柴油机喷射系统正向高压化发展，这对喷油泵的设计、制造及管理提出了更高的要求。

喷油器是使来自喷油泵的高压燃油雾化的设备。

它应保证燃油在已经确定的压力下实现油雾的细化并使之与燃烧室形成良好的配合，以确保预定的燃烧过程得到实现，从而提高柴油机的性能。

2．正确的喷油定时要保证实现良好的燃烧过程，正确的喷油定时也是一个重要的因素。

为实现高效的燃烧过程，一般均在上止点前就将燃油喷入气缸。

燃油喷入气缸点与上止点之间的曲柄转角，称为“喷油提前角”，而油泵开始供油点与上止点之间的曲柄转角，称为“供油提前角”，喷油设备必须以正确的喷油提前角将燃油喷入气缸。

喷油提前角主要由供油提前角决定，而供油提前角则由喷油泵凸轮的安装位置来决定。

在标定工况下的供油提前角由工厂试验确定。

但是当使用的燃油品质变更时，燃油的滞燃期发生变化，上述所要求的供油提前角要求重新调整；另外，多缸柴油机由于喷油泵和凸轮制造上的差别和使用中的磨损不同，尽管各喷油泵凸轮的安装角相同，但各缸的实际供油提前角仍有差别，故要求各缸的喷油定时能够单独调节。

调节喷油定时大多是通过改变凸轮在凸轮轴上的安装位置来实现的。

3．供油量调节在柴油机每循环中喷入气缸的燃油量决定着柴油机的功率大小，为适应柴油机负荷的变化，喷油泵应能根据负荷来调节喷油量，此种调节称图4-3-1 组合式油泵的剖面结构为“总调”。

在多缸柴油机中，各缸喷油量应该均等，否则在高负荷时，某些气缸可能因喷油量过多而超负荷；而在低负荷时，某些气缸又可能因喷油量少而停止工作。

理论上，各缸喷油泵的供油量应该是一样的，但由于各喷油泵制造质量上的差别和使用中的磨损不同，以及安装时调节不当等原因，实际上不可能均匀。

因此，除要求能对各喷油泵的供油量进行总调外，还要求能进行单独调节。

4．其它要求从保持柴油机性能稳定角度出发，要求喷油设备能根绝重复喷射、断续喷射、不稳定喷射和隔次喷射等异常喷射现象。

从营运角度出发，要求喷油设备工作可靠、调节方便、能迅速停油，还要求喷油设备具备驱除系统中的空气、在柴油机不停车的条件下能使单缸停油等功能。

二、回油孔式喷油泵回油孔式喷油泵即为回油孔调节式喷油泵，也称布许（Bosch）油泵。

图4-3-1示出了组合式油泵极其驱动机构的剖面结构，图4-3-2示出了单体式喷油泵的结构。

1．喷油泵结构回油孔式喷油泵的主要零件为油泵柱塞套筒与出油阀阀座两副精密偶件。

从图4-3-1及图4-3-2中可以看出，油泵柱塞在油泵供油凸轮的驱动下上行，在柱塞弹图4-3-2 回油孔式喷油泵簧的作用下下行。

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。

2．喷油泵工作原理回油孔式喷油泵的工作原理如图4-3-3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，如图中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，如图中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，如图中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。

显然，在柱塞的整个上行行程中，实际有效排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 a b c 图4-3-3 回油孔式喷油泵工作原理决定了喷油量，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。

3．供油量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。

喷油泵的供油量调节有三种不同的方式：始点调节式、终点调节式及始终点调节式。

回油孔式喷油泵柱塞头部因此有不同线型，如图4-3-4所示。

1）终点调节式图4-3-4a）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，则始终旁通回油孔，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4-3-4b）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——几何供油终点图4-3-4 回油孔式油泵的三种柱塞形式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4-3-4c）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。

如果要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。

4．出油阀的作用出油阀的作用有蓄压、止回及减压三方面。

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，使油泵供油时刻延图4-3-5 等容卸载出油阀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）止回在回油孔打开时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（p0）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。

即利用出油阀有效地控制喷射过程结束后高压油管中压力波动的p0值，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。

等容卸载出油阀有一圆柱形减压环带，如图4-3-5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），这图4-3-6 等压卸载出油阀1-卸载弹簧；2-卸载阀；3-出油阀；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，因而在柴油机工况变化时，高压油管中的剩余压力也相应变化。

高转速高负荷时，p0高。

更高喷射压力喷射系统设计时，为了避免重复喷射，卸载容积需要更大，但卸载过多，阀快速关闭所产生的水锤现象过于强烈，就会造成高压油腔的真空，产生穴蚀。

等压卸载出油阀没有减压环带，如图4-3-6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，直到与卸压阀图4-3-7 回油阀调节式喷油泵工作原理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。

三、回油阀式喷油泵回油阀式喷油泵的特点是柱塞上没有斜槽，这样在柱塞上也就不存在侧推力，提高了柱塞套筒偶件的使用寿命。

其供油量的改变是由回油阀的启闭早晚来实现的，与回油孔调节式喷油泵相同，它根据回油阀摆杆支点的不同，有始点调节、终点调节及始终点调节三种方式，如图4-3-7所示。

1．始点调节式图4-3-7右侧所示为始点调节回油阀式喷油泵的原理图。

当柱塞从最低位置上行到一定位置时，摆杆的右端和顶杆下降到刚刚脱开进油阀时，进油阀在弹簧力作用下关闭。

这时柱塞上部的燃油开始被压缩，这就是喷油泵的几何供油始点。

当柱塞上升到最高位置时，泵油终止。

此时，摆杆右端和顶杆均处于最低位置，在进油阀和顶杆之间出现一间隙。

当柱塞处于最高位置时，此间隙越大，表示柱塞有效行程越长，油泵供油量越大。

柱塞到达最高位置便是供油终点，无论怎样调节油量，供油终点是不变的，而供油始点却随着有效行程的增长而提前，这就是始点调节式的特点。

2．终点调节式图4-3-7左侧所示为终点调节式的工图4-3-8 Sulzer燃油泵作原理。

当柱塞处于最低位置时，顶杆也在最低位置，回油阀处于关闭位置，它和顶杆之间有一间隙。

此间隙表示供油量的大小，在供油量总调时，偏心轴按图上反时针方向转至极限位置，间隙完全消失，回油阀始终处于开启位置，供油为零，此时偏心轴位置即为停车位置。

当柱塞从最低位置一开始上升，泵腔内的燃油即被压缩，因此其几何供油始点是不变的。

柱塞继续上行至一定位置，顶杆走完原有的间隙而刚刚接触回油阀时，即为几何供油终点。