汽車柴油機(jī)分配式噴油泵(一)基本結(jié)構(gòu)和工作原理

人們常常形容發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的心臟，而噴油系統(tǒng)則是柴油機(jī)的心臟。它的產(chǎn)品質(zhì)量、裝配調(diào)整和使用維修對(duì)柴油機(jī)的動(dòng)力性能、油耗、排放和使用壽命起著決定性的作用。因此柴油機(jī)的噴油系統(tǒng)是現(xiàn)代柴油機(jī)汽車關(guān)鍵的核心系統(tǒng)，也是柴油機(jī)汽車維修中技術(shù)要求較高和難度較大的項(xiàng)目。
 
自1985年以來(lái)，我國(guó)先后引進(jìn)了日本五十鈴公司N系列輕型卡車用的J系列直噴式柴油機(jī)、意大利依維柯輕型客車用的索菲姆8140系列直噴式增壓柴油機(jī)以及美國(guó)康明斯公司的B系列直噴式柴油機(jī)等。引進(jìn)的這些相當(dāng)于國(guó)外20世紀(jì)80年代先進(jìn)水平的汽車柴油機(jī)均裝用德國(guó)博世公司或日本電裝公司和杰克賽爾公司生產(chǎn)的VE型分配式噴油泵。
 
至今，我國(guó)安裝VE型分配式噴油泵的各類汽車柴油機(jī)的保有量已有幾十萬(wàn)臺(tái)，市場(chǎng)維修量相當(dāng)可觀。但是，與我國(guó)生產(chǎn)和使用歷史較長(zhǎng)的直列式柱塞噴油泵相比，VE型分配式噴油泵由于在我國(guó)的使用時(shí)間較短，結(jié)構(gòu)類型和附件種類又較多，許多汽車柴油機(jī)的使用和維修人員對(duì)VE型分配式噴油泵的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、使用維修和裝配調(diào)整等方面的知識(shí)尚缺乏基本了解，致使在使用和維修中出現(xiàn)的問(wèn)題較多，往往因使用或調(diào)整不當(dāng)而導(dǎo)致汽車動(dòng)力不足，甚至大量冒黑煙等不良后果。為此，我們?cè)敿?xì)介紹VE型分配式噴油泵的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、使用維修和裝配調(diào)整方法，供使用和維修人員在實(shí)際工作中參考。

一、概述
 
分配式噴油泵簡(jiǎn)稱分配泵，是一種較為新穎的柴油機(jī)燃油噴射泵。與直列式柱塞噴油泵相比，分配泵僅用一對(duì)柱塞偶件就可以向2～6個(gè)汽缸供油。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件少，體積小，質(zhì)量輕，特別適合于小型高轉(zhuǎn)速柴油機(jī)使用。因此，國(guó)外在中小汽車，特別是轎車上得到了廣泛的應(yīng)用。

分配泵按其結(jié)構(gòu)形式可分為轉(zhuǎn)子式分配泵和單柱塞式分配泵。20世紀(jì)中葉英國(guó)CAV公司開發(fā)了DPA型轉(zhuǎn)子式分配泵，60年代我國(guó)也曾仿制批量生產(chǎn)過(guò)，配國(guó)產(chǎn)豐收型拖拉機(jī)。由于這種轉(zhuǎn)子式分配泵性能尚有一些缺陷，70年代末即停止生產(chǎn)。70年代中期，德國(guó)博世公司開發(fā)出了VE型單柱塞式分配泵（如圖1所示）。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能完善，體積小，質(zhì)量輕，很快受到全世界柴油機(jī)制造廠商的青睞，獲得了廣泛推廣，成為世界上生產(chǎn)批量最多的多缸噴油泵。隨后，日本電裝公司和杰克賽爾公司先后引進(jìn)德國(guó)博世公司的專利技術(shù)生產(chǎn)VE型分配泵。與直列式柱塞噴油泵相比，VE型分配泵具有許多優(yōu)點(diǎn)：

 1.體積小，零件少，質(zhì)量輕（如表1所示）。
 2.供油均勻性好。VE分配泵的供油均勻性完全由制造精度保證，有助于降低柴油機(jī)的噪聲。
 3.高速適應(yīng)性好。直列式柱塞噴油泵最高轉(zhuǎn)速為2000r/min，而VE分配泵可達(dá)到3000r/min。
 4.直列式噴油泵燃油與潤(rùn)滑油分開，密封性要求較高，一旦柴油泄漏稀釋機(jī)油，會(huì)加速機(jī)件磨損，易引發(fā)故障。而VE分配泵泵體內(nèi)部充滿柴油，具有自潤(rùn)滑作用，無(wú)需定期更換機(jī)油。
 5.VE分配泵的各種控制機(jī)構(gòu)有相對(duì)的獨(dú)立性�？砂床裼蜋C(jī)的不同需要，組合成相應(yīng)的控制機(jī)構(gòu)。
 6.VE分配泵采用電磁閥控制燃油的通斷，在汽車上的操作靈活方便。
 7.VE分配泵具有防逆轉(zhuǎn)功能，可以防止柴油機(jī)反轉(zhuǎn)。
 8.VE分配泵在柴油機(jī)上的安裝位置靈活，水平、垂直安裝均可。
 與直列泵相比，VE分配泵零件的加工精度要求較高，而且對(duì)材料材質(zhì)和熱處理的要求較嚴(yán)格，對(duì)柴油的清潔度的要求也較為苛刻。滿足這些條件才能確保噴油泵的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和應(yīng)有的使用壽命。VE分配泵的基本技術(shù)規(guī)格如表2所示，其編號(hào)方法及其含義說(shuō)明如圖2所示。

二、基本結(jié)構(gòu)和工作原理

1.基本結(jié)構(gòu)及功能

VE分配泵噴油系統(tǒng)的油路如圖3所示。柴油機(jī)啟動(dòng)前，先用手動(dòng)泵泵油，通過(guò)頂蓋上的溢流閥排除柴油管路中的空氣。柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)，由曲軸齒輪帶動(dòng)分配泵的傳動(dòng)軸。其前端的滑片式輸油泵將柴油從油箱中抽出，經(jīng)過(guò)柴油濾清器和油水分離器，濾掉柴油中的雜質(zhì)和水份后進(jìn)入輸油泵，使柴油壓力升高。然后進(jìn)入分配泵泵體內(nèi)，再經(jīng)過(guò)電磁閥進(jìn)入柱塞腔。當(dāng)柱塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，壓縮柴油產(chǎn)生高壓，經(jīng)柱塞中的油道和出油孔，分配到泵體上相應(yīng)汽缸的油道，再經(jīng)過(guò)出油閥、高壓油管和噴油器噴入對(duì)應(yīng)的汽缸。泵體內(nèi)多余的柴油從頂蓋上的溢流閥返回油箱。柴油如此循環(huán)流動(dòng)既可帶走油路中的氣泡和零件摩擦產(chǎn)生的熱量，又可潤(rùn)滑各個(gè)運(yùn)動(dòng)零件。與此同時(shí)，泵體內(nèi)的柴油壓力控制提前器，相應(yīng)改變噴油提前角。
 
分配泵是系統(tǒng)中的核心部件（如圖4所示），它主要由以下四部分組成：

（1）傳動(dòng)供油部分（如圖5所示）
 
傳動(dòng)軸通過(guò)十字聯(lián)軸器帶動(dòng)平面凸輪盤旋轉(zhuǎn)，再帶動(dòng)柱塞旋轉(zhuǎn)。柱塞彈簧和彈簧座將柱塞壓在凸輪盤上，使柱塞在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)又作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這樣，柱塞腔中的柴油既被壓縮產(chǎn)生高壓，又通過(guò)柱塞中的出油孔分配到泵體上相應(yīng)汽缸的油道，經(jīng)出油閥、高壓油管和噴油器噴入對(duì)應(yīng)的汽缸。

（2）調(diào)速控制部分（如圖6所示）
 
傳動(dòng)軸上的齒輪帶動(dòng)飛錘座和飛錘旋轉(zhuǎn)，飛錘的離心力推動(dòng)調(diào)速套筒軸向移動(dòng)。經(jīng)調(diào)速機(jī)構(gòu)撥動(dòng)柱塞上的油量控制套筒隨轉(zhuǎn)速變化而左右移動(dòng)，改變其右側(cè)棱邊與柱塞上徑向卸載孔的相對(duì)位置（如圖4所示），從而達(dá)到隨轉(zhuǎn)速變化來(lái)控制供油量變化的目的。

（3）滾輪座及提前器（如圖7所示）
 
滾輪座上裝有四個(gè)滾輪，通過(guò)圓柱銷與提前器活塞聯(lián)接。當(dāng)泵體內(nèi)柴油壓力變化時(shí)，推動(dòng)提前器活塞移動(dòng)，帶動(dòng)圓柱銷使?jié)L輪座轉(zhuǎn)動(dòng)，改變滾輪與平面凸輪盤凸起的相對(duì)位置，從而達(dá)到改變供油提前角的目的。

（4）輸油泵及調(diào)壓閥（如圖8所示）
 
滑片式輸油泵旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于轉(zhuǎn)子與泵殼偏心，滑片之間的容積變化而將柴油加壓到0.6～0.8 MPa，進(jìn)入泵體內(nèi)腔，而調(diào)壓閥則用來(lái)調(diào)節(jié)柴油壓力。當(dāng)柴油壓力太高時(shí)，調(diào)壓活塞打開回油口，柴油返回進(jìn)油口，使壓力下降。壓力越高，彈簧壓縮量越大，油孔開啟截面積越大，回油量就越多，起到自動(dòng)調(diào)節(jié)輸油壓力的作用。由于調(diào)壓閥的作用，輸油泵產(chǎn)生的油壓隨著油泵轉(zhuǎn)速（即發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速）增加而成正比提高，從而使供油提前角隨轉(zhuǎn)速提高而線性加大，滿足柴油機(jī)高效燃燒的要求。

2.供油及分配的基本原理
 
VE分配泵柱塞、分配套筒（即柱塞套）和平面凸輪盤的相對(duì)位置如圖9所示。首先介紹凸輪與柱塞上進(jìn)、出油槽相互之間的相位。
 

對(duì)于四缸柴油機(jī)而言，分配泵的平面凸輪盤上有四段凸輪型線，相互間隔90°；滾輪座中裝有四個(gè)滾輪，相互間隔也是90°。柱塞頂端有四條進(jìn)油槽，圓周上有一條出油槽，相應(yīng)的分配套筒上有一個(gè)進(jìn)油孔和四個(gè)出油孔。油泵傳動(dòng)軸每轉(zhuǎn)過(guò)90°，在凸輪和柱塞彈簧的配合作用下，拉推柱塞左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次的同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)90°，柱塞就相應(yīng)完成一次進(jìn)油、壓油和分配的供油過(guò)程。這樣的供油過(guò)程重復(fù)四次，分別向四個(gè)汽缸噴油。在柴油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)中，分配泵傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)一周。
 
對(duì)于六缸柴油機(jī)而言，分配泵的平面凸輪盤上有六段凸輪型線，相互間隔60°；滾輪座中裝有四個(gè)滾輪，但相互間隔分別為60°和120°。柱塞頂端有六條進(jìn)油槽，而圓周上仍只有一條出油槽，相應(yīng)的分配套筒上也有一個(gè)進(jìn)油孔和六個(gè)出油孔。油泵傳動(dòng)軸每轉(zhuǎn)過(guò)60°，柱塞就完成一次進(jìn)油、壓油和分配的供油過(guò)程。這樣的供油過(guò)程重復(fù)六次，分配泵傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)一周。
 
無(wú)論是四缸分配泵還是六缸分配泵，柱塞完成一次進(jìn)油、壓油和分配的供油過(guò)程是相同的，現(xiàn)詳述如下：

（1）進(jìn)油過(guò)程
 
當(dāng)平面凸輪最高點(diǎn)與滾輪接觸時(shí)，柱塞處于上止點(diǎn)。平面凸輪盤繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，滾輪沿平面凸輪下降段下滑，柱塞下行并同時(shí)旋轉(zhuǎn)，其進(jìn)油槽與分配套筒上的進(jìn)油孔接通，此時(shí)柱塞上的出油槽已轉(zhuǎn)過(guò)分配套筒上的出油孔而關(guān)閉，柴油經(jīng)過(guò)電磁閥和分配套筒上的進(jìn)油孔進(jìn)入柱塞腔。當(dāng)柱塞到達(dá)下止點(diǎn)進(jìn)油過(guò)程結(jié)束時(shí)，平面凸輪已旋轉(zhuǎn)到最低點(diǎn)與滾輪接觸。

（2）壓縮噴油過(guò)程

 當(dāng)平面凸輪盤繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾輪沿凸輪的上升段升起，柱塞上行壓縮柴油，并同時(shí)旋轉(zhuǎn)使其上的進(jìn)油槽轉(zhuǎn)過(guò)分配套筒上的進(jìn)油孔而關(guān)閉。而出油槽與分配套筒上的出油孔接通，隨著柱塞的繼續(xù)上行，高壓柴油經(jīng)出油閥、高壓油管和噴油器噴入汽缸。

（3）供油結(jié)束
 
當(dāng)柱塞上升到一定程度，柱塞上的卸載孔露出控制套筒的控制平面，柱塞腔內(nèi)的高壓柴油經(jīng)柱塞的中心油道卸載，油壓迅速下降，供油結(jié)束。

（4）均壓過(guò)程（如圖10所示）
 
供油結(jié)束以后，柱塞已旋轉(zhuǎn)到其均壓槽與分配套筒上的出油孔相通的位置上，出油孔與出油閥之間的分配油道通過(guò)柱塞上的均壓槽和環(huán)槽與泵體內(nèi)腔接通，使各缸這一段分配油道之間的壓力在噴射開始前保持一致，從而改善分配泵各缸之間的供油均勻性。

VE分配泵采用改變供油結(jié)束點(diǎn)相對(duì)凸輪的位置（即控制套筒的控制平面與柱塞上卸載孔的相對(duì)位置），來(lái)改變供油的有效行程（如圖11所示）。由調(diào)速器根據(jù)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷來(lái)調(diào)節(jié)控制套筒的位置，其控制平面越往右，卸載孔露出的相位越遲，供油結(jié)束越晚，供油有效行程越大，供油量就越多。反之，供油量減少。

3.停油電磁閥

如圖12所示，停油電磁閥的電路由點(diǎn)火開關(guān)控制:
 
ST —— 柴油機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電磁閥由汽車蓄電池直接供電，電壓較高，克服彈簧力迅速開啟。
 
ON —— 柴油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電磁閥一直通電。為了減少電磁閥發(fā)熱，延長(zhǎng)電磁閥的使用壽命，串聯(lián)入一個(gè)降壓電阻，使電磁閥電壓減小到能保持閥芯吸住在開啟位置的最低值。
 
OFF —— 電磁閥斷電，閥芯在彈簧力的作用下落座，切斷進(jìn)油通道，柴油機(jī)停機(jī)。