喷油泵柱塞偶件间隙与柱塞卡滞故障分析_张帆

２ 加大偶件间隙后泄漏量增大问题的解决
工况
１
偶件间隙的加大， 会增加燃油的泄漏量， 稀释凸轮腔内的
２
３
机油； 同时延长供油持续期， 不利于凸轮轴的可靠性。结合实际
设计要求 ４５﹪ １１﹪ ３﹪
调试结果 １３．８﹪ ６．５﹪ １．９９﹪
结构， 采用防漏柱塞的结构， 即在柱塞套内部环槽部位增加一
收稿日期： ２００７－ ０７－ ０９ 作者简介： 张 帆（ １９６７—） ， 女， 山东蓬莱人， 工学硕士， 无锡商业职业技术学院机电工程系高校讲师， 高级工程师。
Ａｂｓ ｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｕｒｓｅ ｏｆ ｗｏｒｋｉｎｇ， ｔｈｅ ｐｌｕｎｇｅｒ ｂｌｏｃｋ ｆａｉｌｕｒｅ ｕｓｕａｌｌｙ ｏｃｃｕｒｓ ｏｎ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｐｕｍｐ ｅｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｆｕｅｌ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｐｕｍｐ， ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆａｃｔｏｒ ｔｈａｔ ｃａｕｓｅｓ ｐｌｕｎｇｅｒ ｂｌｏｃｋ ｆａｉｌｕｒｅ —ｐｌｕｎｇｅｒ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｐａｒｔｓ ｃｌｅａｒａｎｃｅ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ａｎｄ ｔｈｅ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｅｓｔｓ ｗａｓ ｄｏｎｅ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｓｔｓ， ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｗｅｒｅ ｔａｋｅｎ， ａｎｄ ａ ｗｏｒｋａｂｌｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｗａｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｔｏ ｒｅｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｌｕｎｇｅｒ ｂｌｏｃｋ ｆａｉｌｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ： Ｆｕｅｌ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｐｕｍｐ； Ｐｌｕｎｇｅｒ Ｍａｔｃｈｉｎｇ Ｐａｒｔｓ； Ｂｌｏｃｋ ｆａｉｌｕｒｅ
Ａｎａ ｌｙｓ ｉｓ ｏｆ Ｐ ｌｕｎｇｅ ｒ Ｍａ ｔｃｈｉｎｇ Ｐ ａ ｒｔｓ Ｃｌｅ ａ ｒａ ｎｃｅ ａ ｎｄ Ｐ ｌｕｎｇｅ ｒ Ｂｌｏｃｋ Ｆａ ｉｌｕｒｅ ｏｆ Ｆｕｅ ｌ Ｉｎｊｅ ｃｔｉｏｎ Ｐｕｍｐ
ＺＨＡＮＧ Ｆａｎ （ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｗｕｘｉ Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｗｕｘｉ Ｊｉａｎｇｓｕ ２１４０６３， Ｃｈｉｎａ）
关键词： 喷油泵； 柱塞偶件； 卡滞故障
中图分类号： ＴＫ４２８
文献标识码： Ａ
文章编号： １６７２－ ５４５Ｘ（２００７）０９－ ００２１－ ０１
喷油泵是柴油机的心脏， 是决定柴油机各项性能的关键部 件。柱塞偶件是构成喷油泵的基本元件， 由柱塞和柱塞套组成， 是喷油泵中最精密的偶件之一。随着柴油机性能的逐步提高， 对喷油泵的泵端压力的要求也不断提高， 泵端压力最高已经超 过 １００ＭＰａ 以 上 ， 因 此 柱 塞 偶 件 的 工 作 条 件 也 变 得 更 加 “ 恶 劣”， 柱塞卡滞成为影响柴油机可靠性的主要故障， 如何避免柱 塞卡滞发生， 成为急需解决的问题。笔者结合高泵端压力喷油 泵工作过程中柱塞卡滞故障的解决， 从柱塞偶件间隙对柱塞卡 滞的影响加以分析。
上也是不可能的） ， 也仅能维系 ３４．６ｍｉｎ。 显然， 在故障相投入 ０．７５ＵＮ 氧化锌接地， 是不能用于消弧
的， 氧化锌也不能动作， 一旦动作， 则很短时间后就会爆炸。
５ 降低氧化锌整定值是用于消弧
答案是不能用于消弧的。 降低氧化锌整定值可以降低氧化锌动作的工频过电压值， 而不能消除三相对地电压不断突变危害系统。 降低氧化锌整定值， 降低了每片阀片吸收能量的值， 同样 动作很短时间后就会爆炸。
!２ｍｍ 的孔且与低压腔相通。这样， 从柱塞顶部通过间隙漏的 燃油通过该孔回入低压腔， 不会稀释机油。同时对间隙增大后 的泄漏量进行了计算， 如表 １ 所示， 将间隙增大至 ７μｍ 后 ， 其 泄漏量为柱塞供油量的 ２．８９﹪， 影响较小。
表 １ 标定工况点（供油量 ３９０ｍｍ３） 柱塞偶件间隙与燃油泄漏量
柱塞偶件间隙值（ μｍ） 燃油泄漏量（ ｍｍ３）
２．４
４．５
７
０．３３５
２．８６
１１．３
３ 加大偶件间隙后的试验
１ 喷油泵柱塞偶件间隙的选择
加大偶件间隙的试验首先进行了 ７μｍ 的方 案 ， 表 ２ 为 喷
油泵试验台测试泵、嘴端压力的比较。偶件间隙增大后 ， 泵、嘴
柱塞偶件的配合间隙一般在 ２～３．５μｍ 的范围， 柱塞和柱 塞套零件的圆度保证在 ０．５μｍ 范 围 内 。 尽 管 偶 件 ２～３．５μｍ 的配合间隙能够容许零件表面微观不平， 但在高泵端压力喷油 泵的实际工作状态下， 由于高压密封所需的拧紧力矩和高燃油 压力作用 ， 柱 塞 套 进 、回 油 孔 的 附 近 变 形 沿 圆 周 方 向 将 是 不 均 匀的椭圆变形， 因此需要合理选择偶件间隙， 防止卡滞的发生。
借鉴国外柱塞直径相当的 ＢＯＳＣＨ 公司 Ｐ１Ｏ 泵柱塞偶件， 测量其偶件间隙为 ６～８μｍ。
综上所述， 决定适当增大偶件间隙， 并去除研磨工艺。
端 压 力 变 化 不 大 。整 机 试 验 结 果 表 明 此 项 措 施 明 显 减 少 了 柱 塞
卡滞故障的发生。
表 ２ 喷油泵试验台测试泵、嘴端压力的比较
《装备制造技术》２００７ 年第 ９ 期
喷油泵柱塞偶件间隙与柱塞卡滞故障分析
张帆 （ 无锡商业职业技术学院 机电工程系， 江苏 无锡 ２１４０６３）
摘要： 高泵端压力喷油泵工作过程中常出现柱塞卡滞故障， 对影响柱塞卡滞的重要因素— ——柱塞偶件间隙 进 行 了 分 析 ， 并 做 了 必 要 的
试验， 根据试验结果， 采取相应措施， 对柱塞卡滞故障提出了可行的解决方案。
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２１
Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＮＯ．９， ２００７
从上面分析可以看出， 在故障相投入 ０．７５ＵＮ 氧化锌本身 产生很高的工频过电压， 氧化锌导通时产生 ２．５ 倍的工频过 电 压， 氧化锌截止时产生 ２．４ 倍的工频过电压。
另外， 如氧化锌导通， 三相对地电压不断突变， 会危害系统 安全。
Ｄｉｓ ｓ ｉｄｅ ｎｃｅ ａ ｂｏｕｔ Ａｒｃ Ｓ ｕｐｐｒｅ ｓ ｓ ｉｏｎ ｂｙ Ｆａ ｕｌｔ Ｐ ｈｒａ ｓ ｅ Ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｗｉｔｈ ＺｎＯ
ＸＩＮ Ｚｈｉ－ ｊｉｅ， ＬＩ Ｌｉ－ ｊｉａｏ （ Ｆｕｊｉａｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｑｕａｎｚｈｏｕ Ｆｕｊｉａｎ ３６２０００， Ｃｈｉｎａ）
Ｗ＝（ １０×１０３÷１．７３２） ×０．７５×５０×０．７３２２８×１ ＝１５８５４７．９２Ｊ＝１５８．５５ｋＪ
目 前 吸 收 最 大 的 高 能 氧 化 锌 阀 片 ２０ ｋ Ｊ／ 片 ， 其 尺 寸 Ф９０ｍｍ×２２．５９ｍｍ（ 高） ， １０ｋＶ 高压柜约 ３ｍ３， 不考虑 绝 缘 密 闭 材料， 也不考虑 ＰＴ、母线、接触器等， 消弧柜体内全部装上氧化 锌阀片能装 １６４６１ 片（ 这么多的阀片全部并联再密闭处理技术
Ａｂｓ ｔｒａｃｔ： Ａｒｃ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｔａｋｅｎ ｔｏ ｇｕａｒａｎｔｅｅ ｔｈｅ ｓａｆｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ３￣３５ＫＶ ｉｓｏｌａｔｅｄ ｎｅｕｔｒａｌ ｓｙｓｔｅｍ． Ｂｅｓｉｄｅｓ ｐｅｔｅｒｓｅｎ ｃｏｉｌ， ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｓｏｍｅ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ａｒｃ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｍｅａｎｓ ｏｆ ａｒｃ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｂｙ ｆａｕｌｔ ｐｈａｓｅ ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｗｉｔｈ ＺｎＯ ｉｎ ｐｈａｓｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｉｓ ｐｒｏｖｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ： ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ； ｅａｒｔｈ； ｆａｕｌｔ； Ｚｉｎｃ－ Ｏｘｉｄｅ； ａｒｃ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ
４ 如果氧化锌动作长时间运行必然会爆炸
氧化锌不能受潮， 必须密闭使用， 氧化锌连续导通吸收能 量发热无法散热。氧化锌是用于防止过电压吸收瞬间脉冲能 量， 氧化锌阀片最重要的指标就 是 若 干 ｋＪ， 这 个 指 标 就 是 指 氧 化锌阀片的所能吸收能量的指标， 吸收的能量超过这个指标就 会爆炸。
从氧化锌阀片制造及其吸收能量极限看， 如图 ２ 中， 氧化 锌每半个周波 导 通 时 间 为 ７．３２２８ｍｓ， 截 止 时 间 为 ２．６７７２ｍｓ， 对 于 ５０Ａ 电容电流的 １０ｋＶ 系统， 氧化锌每秒吸收的能量为：
位不宜调整的现象。
进一步试验 ４～５μｍ 的间隙方案， 在喷 油 泵 的 调 试 过 程
中， 供油相位调整准确， 且在发动机的三个主要工况点的供油
均匀性较以前有了大幅提高， 如表 ３ 所示， 且配机试验中发动
机在各工况点的排温差均较小。因此， 最终选择 ４～５μｍ 的间
隙方案。
表 ３ 发动机的三个主要工况点的供油均匀性比较
参考文献： ［１］ 张均享．高机动运载车辆动力系统［Ｍ］． 北京： 中国科学技术出版社，
２０００． ［２］ 朱国玺．汽车柴油机燃油系［Ｍ］． 北京： 人民交通出版社， １９８４． ［３］ 刘永长．内燃机原理［Ｍ］． 武汉： 华中理工大学出版社， １９９５． ［４］ 万 欣， 林大渊．内燃机设计［Ｍ］． 天津： 天津大学出版社， １９９２．
６ 结论
总之， 在故障相投入氧化锌接地消弧是不可行的。故障点 再次击穿的电压值小于氧化锌整定值时， 投入的氧化锌是不会 动作的； 故障点再次击穿的电压大于氧化锌整定值时， 氧化锌 会动作并产生工频过电压和三相对地电压不断突变危害系统； 投入的氧化锌如动作， 运行很短时间就会爆炸。本文认为， 该方 法的“限压吸 能 ”消 弧 作 用 有 限 ， 不 仅 不 能 消 弧 防 止 过 电 压 ， 而 且其本身还会产生过电压， 危害系统安全运行。 参考文献： ［１］ 牟龙华，孟庆海．供配电安全技术［Ｍ］． 北京： 机械工业出版社，２００３．
柱塞偶件间隙值 （ μｍ） ２．２～２．８
６～８
油量 （ ｍｌ／ ４００ｃｙｃ）
１５０ ６４ １５０ ６４
泵端压力 （ ＭＰａ）
９４．３ ５６．６ ９４．０ ５８．Ｏ
嘴端压力 （ ＭＰａ）
１１０．１ ６９．２ １０２．３ ５６．６
Hale Waihona Puke Baidu
在喷油泵调试中， 间隙增大至 ６～８μｍ 后， 出 现 了 供 油 相
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另外， 在喷油泵制造业中普遍认为选配互研的工艺会破坏 柱塞的几何形状， 应尽量避免。但在实际加工过程中， 工艺上采 用研磨柱塞套及配磨柱塞保证柱塞间隙， 采用 ２～３．５μｍ 的间 隙， 柱塞在柱塞套中运动不灵活， 柱塞偶件必须增加选配互研 的工艺方法使之相互运动灵活。但选配互研加工后， 在零件纵 截面上的几何形状偏差会增大， 不利于柱塞偶件的可靠工作。
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ［上接第 ２１ 页］
４ 结论
高泵端压力喷油泵柱塞偶件的间隙选择， 应结合喷油泵结 构、生产 工 艺 水 平 等 综 合 因 素 进 行 全 面 考 虑 ， 注 意 油 孔 附 近 非 圆变形对间隙的影响。通过试验认为， 高泵端压力喷油泵柱塞 偶件的间隙选择在 ４～５μｍ 的范围较为适当。