车用柴油机高压燃油泵设计

车用柴油机高压燃油泵设计摘要：我国作为一个发展中国家，汽车使用越来越多，而当前由于技术设计方案 所限，不能精确地选择零部件的尺寸和结构，造成有的地方尺寸配合 IT 等级不够不够， 而有的地方配合又过剩，严重地影响了产品的开发和设计，造成直接经济损失。特别对 于诸如柴油机燃油系统等部件,因不能准确确定其结构和设计配合性能，造成不能从根 本上解决其理想供油问题。不同类型的货车在我国的市场中占有相当大的比例，他们的 性能的好、坏在一定程度上也影响着汽车在市场上的地位。针对以上问题，本设计选用 中型货车车用柴油机高压燃油泵设计作为设计对象，通过合理的计算，结构设计，而达 到柴油机高压燃油泵泵油更准确。希望取得一个较好的结果，使中型货车燃油泵提到一 个新水平。关键词：A 型号泵；柱塞；柱塞套；出油阀；出油阀座。IPump Design of Diesel Engine High Pressure Fuel VehicleAbstract：China as a developing country, with more and more cars, and the current due to technical design constraints, can not accurately select the size and structural parts, causing some local size with IT grade not enough, and some places with and surplus, seriously affected the product development and design, resulting in direct economic losses. Especially for such as diesel engine fuel system components, because they cant accurately determine its structure and design with performance, which can not solve the ideal supply problem fundamentally. Different types of trucks has quite large proportion in the market of our country, their performance is good, bad to a certain extent also affect the vehicle position in the market. To solve the above problem, this design selects the medium-sized truck fuel pump design as the design object of diesel engine high pressure, through a rational calculation, structure design, and achieve high pressure diesel fuel pump oil more accurate. Want to get a good result, make the medium truck fuel pump to a new level.Key words:A type pump; plunger; the plunger sleeve; the oil outlet valve; the oil valve seat.II目录5第 1 节喷油泵的选型及其元件尺寸的确定11.1 柱塞直径31.1.1 按喷油量选择31.1.2 按供油量计算柱塞直径41.2 柱塞升程51.2.1 几何有效行程 he51.2.2 全升程 H51.3 列线图解61.4 对供油压力的初步考虑61.4.1 不同燃烧系统所需的供油速率与最大喷油压力61.4.2 喷油泵允许最大峰值压力8第 2 节 喷油泵凸轮与从动体92.1 喷油泵凸轮种类及工作段的选择92.1.1 凸轮种类92.1.2 凸轮工作段的选择92.2 凸轮的设计计算102.2.1 经验数据112.2.2 设计与计算122.3 滚轮挺柱体182.3.1 典型结构182.3.2 定位方式19第 3 节柱塞偶件213.1 柱塞偶件的工作过程213.1.1 柱塞的旋转运动213.1.2 柱塞的工作工程223.1.3 柱塞偶件供油过程中的液力效应233.2 柱塞偶件结构243.3 柱塞偶件的设计与计算253.3.1 螺旋槽柱塞的计算25第 4 节 出油阀偶件294.1 出油阀偶件结构294.1.1 其他形式出油阀偶件304.2 出油阀偶件特性参数314.2.1、几何流通特性314.2.2 使用特性324.2.3 出油阀腔容积334.3 出油阀弹簧尺寸计算344.3.1 根据工作情况及具体条件选定材料354.3.2 选择旋绕比 C354.3.3 根据安装控件初设弹簧中经 D354.3.4 试算弹簧丝直径由式可得364.3.5 根据变性条件求出弹簧工作圈数。374.3.7 验算稳定性38总结40致谢41参考文献42V第 1 节喷油泵的选型及其元件尺寸的确定柴油机设计时，通常是在已有的各种喷油泵系列中进行选型，为此必须预先了解柴 油机的结构特点和性能参数，包括柴油机形式、燃烧方式、冲程数、用途、标定功率和 转速、耗油率、最大扭矩和转速，平均有效压力、缸径和活塞行程、每缸排量、缸数、 发火顺序、增压与否、以及总体布置等，并从工作过程的角度提出一些具体要求，据此 通过计算或图解初选喷油泵的型号、基本尺寸等。为了快速取得一个粗略的初步概念，可参看图 2-1 和下表 2-1（表中列举了几种常 用的中、小型合成泵）。由于喷油泵的工作与柴油机强化强度等许多因素有关，因而用 缸径或其它任何一种坐标都不可能准确地表达他们之间的关系，故不应 据此简单滴地型号和元件尺寸。在表 中每种缸径范围内喷油泵型号的顺 序基本上是按其适应能排序的。例如 缸径 120135 mm 范围，PeVh 较小 时用或 A 系列泵，较大时（包括增 压）用 B 或 P 列泵 ，当 PeVh 相同， 供油延续角较小供油速和喷雾质量较高，亦即喷油压力较高时(如直接图 1.1 柱塞直径与缸径的关系 喷射式柴油机)用 P 系列泵。非增压柴油机-增压柴油机 图 1 中时限为现代大量使用的非增注：阴影线为大致范围压柴油机，虚线为增压柴油机的柱塞平均值。阴影线为大致分布范围。在同样缸径时发 动机强化程度高，柱塞直径较大；直接喷射较间接喷射时柱塞直径略大。增压柴油机的 柱塞直径与增压度有关，高增压、高 Pe 时柱塞直径较大。表 1.1 中、小型合成泵与发动机配套概况柴油机缸径（mm）657585105105120120135135150150160第19页 共47页喷油泵系列代号O A A A B P B P P Z用于柴油机高压燃油泵的种类有许多，并且现如今中型货车上柴油机性能都得到了 极大优良提升，比如以前 100KW 左右的柴油机，缸数六者居多，现如今柴油机强化程度 不断地的提升，大都采用四缸；二者其全负荷最低燃油消耗率都在 220g/KW*h 之上，而 现今随着柴油机科研人员的奋力不懈，一系列新突破：可变气门、高压共轨、中冷、增 压、高、低涡流等先进技术的应用，代表着经济性指标的燃油消耗率降至 200g/KW*h 以 下，非常鼓舞人心！必然燃油泵设计应紧跟时代步伐。直列式柱塞泵是我们能接触到的 高压燃油泵中、技术最为成熟、资料最为全面的传统泵体。刚刚开始，我想这里是最好 的开始，从最基础直列式柱塞泵设计，弄清弄懂，不断的积累，掌握其要领，打下 夯实的基础，（我志认为现如今在高压燃油泵方面的新技术，新成果，都是在这基础的 不断去摸索、去探究、去改进才应运而生的吧？）这样日后才能在高压燃油泵设计上真 正做到与时俱进，引导时代步伐！高压燃油泵的设计要看所要匹配柴油机具体的要求，并且要把这个燃油泵设计好就 必须了解该款发动机的基本性能参数。以下是所选 CA61101B 这款发动机的性能参数 如表 2-2。表 1-2 柴油机 CA61101B 主要性能参数形式4 冲程、直列 6 缸、水冷直 接喷射气缸压缩压力/Kpa2940压缩比17工作容积/L6.824活塞行程/mm120气缸直径/mm110最大转矩/(N*m)(1800 2000r/min)431最大功率(2900r/min)117最低油耗率/g/(KW*h)224喷油泵博世 A 型 柱塞直径 9.5mm喷油器DLLA S 喷孔 直径 0.29mm注：1.设定其额定为 110KW，额定转速为 2400r/min 标定 状况燃油消耗率为 240 g/(KW*h)2.上面告知的喷油泵参数作为参考喷油泵基本尺寸和型号选定的大致步骤是：a.求喷油量、供油量或供油速率；b.选 定柱塞直径；c.确定柱塞升程；d. 选定喷油泵型号；e.核验。1.1 柱塞直径可按给定数据和要求用不同的方法求出dn1.1.1 按喷油量选择dn设计时可按标定喷油量（ Qp ）的 1.21.3 作为设计油量（Q p）Q = (1.21.3)Neg geT m6 102 n .1.1.1.1如按最大功率或最大扭矩计算每循环油量时设计油量可取 1.151.20 倍。Neg 每缸标定功率(KW)；g 比油耗（g cm3 ）式中：enT 标定工况凸轮轴转速（rmp）ge 燃油比重（g KW h）表 1-2 可知：每缸的额定功率 Neg = 110/6KW 、比油耗ge = 240g/KW h 、标定工况凸轮轴转速3nT = 2400/2 rpm 、燃油比重m = 0.86 g/cm、图 1.2 不同柱塞时供油系数倍数取值=1.2。代入上式得Qp= 85.2713mm3/c根据QP 值查图 2-3 即可求得柱塞直径 dn 在 7.6 8.5mm。取 dn =8mm1.1.2 按供油量计算柱塞直径dnP按上述公式算出 Q ；参照图 1.1 和图 1.2 选定供油系数g 算出Q供油量g;按下式计算柱塞直径：dn = K.1.1.2.1式中K 应按 dn he (柱塞直径与有效行程)选取;该比值一般为 34.5,相应的 K 值 为 1.591.79(见图 1.3）。 图 1.3 喷油量与柱塞直径的关系图 1.4 K 值 dn he 的关系在一定的供油量 Qg 时,K 值越大，相应的柱塞直径也越大，供油速率较高，供油延 迟角较小，柱塞直径大小对供油性能参数的影响如表 1.3表 1.3柱塞直径对供油性的影响项目柱塞直径项目柱塞直径增大减小增大减小喷油延续角减小增大气缸压力升高率增加减小喷油峰值压力增加减小柱塞腔压力升高率增加减小喷油延续角减小增加柱塞偶件泄漏增加减小喷雾颗粒减小增大柱塞偶件磨损增加减缓供油速率增加减小凸轮，滚轮接触应力增加减小柴油机最大爆发压力增大减小二次喷射倾向增加减小3)根据柴油机升供油速率 T 计算柱塞直径1.2 柱塞升程1.2.1 几何有效行程 he已知几何供油量 Qg 和柱塞直径 dn ，可由下式求出相应的几何有效行程 he ：he = 1.274Qg/d2n.1.2.1.1Qg = Qp /g由柱塞直径 dn =8mm 可查图 2-2 得供油系数g =0.76 代入可得 he =1.8612mm1.2.2 全升程 H几何有效行程 he 与全升程 H 之比为 47 初选时一般非增压柴油机时可用下式计算：H = (47)he1.2.2.1将 he=1.8612mm 代入可得：H=7.444913.0286mm取H=8mm增压柴油机的 he/H 值与增压度有关。H 值可作设计和选泵的参考，或按喷油泵系列规范确定。综合初选：柱塞直径 dn =8mm 有效升程 he =1.8612mm 全升程 H=8mm1.3 列线图解按照柴油机的基本计算公式和喷油泵的性能，工作能力范围可绘制列线图，从而可 用图解法作初步选型和确定柱塞直径等的依据。一般用分泵列线图 1.5 供油量与调节杆行程的关系图和凸轮运动特性曲线作为选定 喷油泵及其原件基本尺寸的依据。几种小、中型喷油泵的列线图列举在图 4，可供设计 参考。1.4 对供油压力的初步考虑供油设备应按柴油机燃烧系统所需的供油速率供油，因而需要喷油泵相应的供油压 力。设计时必须注意最大供油压力应在喷油泵允许范围类内。1.4.1 不同燃烧系统所需的供油速率与最大喷油压力如图 2-6 所示， 分隔式燃烧室柴油机和油膜混过程（M 过程）柴油机的喷油压力较 低，无涡流或底涡流直接喷射式柴油机的喷油压力较高。 目前柴油机全负荷时最大喷油压力除非特殊要求，一般很少超过 1000kgf/cm2，其中直 接喷射、无涡流时为 4501000kgf/cm2(主要是中、低速柴油机)；直接喷射、有涡流时 为 300750kgf/cm2；分开式（包括预燃室和涡流式）为 200250kgf/cm2；M 过程时为 250550kgf/cm2；考虑到缩短喷油延续时间，提高喷油速率对经济性和排污的影响，近 年来喷油压力有进一步增加的趋势。图 1.5几种小、中型喷油泵供油量与调节杆行程的关系 a） 号泵 b）泵 c）A 型泵 d）P 型泵1.4.2 喷油泵允许最大峰值压力一般柱塞式喷油泵允许峰值压力为 400600kgf/cm2，可满足一般非增压柴油机的 需要。 随着柴油机强化程度的提高，喷油压力也相应地增加，尤其是增压和中冷高增 压柴油机要求喷油泵能承担更高的压力，因而需要采用强化泵。现代高强化型单体泵允 许的峰值压力可达 11001500kgf/cm2，合成泵也可达 8001300kgf/cm2。博世喷油泵 允许的最大压力范围如图 1.6 所示。图 1.6 不同燃烧系统供油速率图 1.7 西德博世喷油泵 与最大喷油压力之间的关系允许的最大压力范围a） 直接喷射、增压无或低涡流、1X 系列 2P-S4000 3P-S100 b）直接喷射增压、低涡流 c）直接喷射、4P-S30005MW10 6VE 有涡流 d）分开式和 M 燃烧室7A-S2000 8M第 2 节 喷油泵凸轮与从动体喷油泵凸轮，尤其是凸轮型线设计为喷油泵设计中的关键问题之一。 喷油泵与从动件（一般为滚轮挺柱体）是一对密切相关的配合件。凸轮型线规定了柱塞的运动规律，他对供油起止时间、供油压力、供油规律、油泵工作容量以及最高 转速有决定性作用。凸轮与滚轮之间的接触应力大小又直接喷油泵的使用寿命。凸轮的重要特性是升程、速度和加速度与凸轮转角的关系。2.1 喷油泵凸轮种类及工作段的选择2.1.1 凸轮种类凸轮轮廓可分为三种基本形式：凸面凸轮、切线凸轮和凹面凸轮，此外还有由上述 型面混合组成的多圆弧凸轮以及函数凸轮等。凹面凸轮的速度与加速度最大，其次是切线凸轮，凸面凸轮较低。多圆弧凸轮和函 数凸轮可按需要改变速度和加速度规律，以改善凸轮供油过程。目前高速柴油机普遍采用切线凸轮（包括切线单圆弧和切线多圆弧等）；而凸面凸 轮主要用于中、低速柴油机；凹面凸轮因工艺复杂较少采用。常见凸轮的速度规律可分为三角形、梯形、混合型和连续函数形式等四类。 凸轮外形有对称式(蛋形或扇形)和不对称式。对称式凸轮可允许逆转，扇形凸轮便于避开同输油泵凸轮从动体发生干涉，又可改善凸轮受力状况，但缩短了进油时间。不 对称式凸轮可减少噪声，但不能逆转。2.1.2 凸轮工作段的选择1）一般原则（1）供油延迟期应在高速段；（2）供油终点一般应在小圆弧过渡点之前，为保证凸轮接触应力在允许范围类， 常在升程上留有 0.30.45mm 的安全距离。（3） 如果需要超出过渡点到减速段工作，应特别注意其接触应力不得大于允许值。（4） 最佳工作段一般按柴油机燃烧过程、运转参数的要求，通过发动机试验选定。 2）选定步骤（1）决定几何供油开始点（即预行程终点）。常用的几种中、小型合成泵预行程 值见表 2.1 按预升值在凸轮升程图上得点 A。表 2.1 常用中、小型合成泵预行（mm）喷油喷油泵系预 升泵系备注预 升 程备注列代程列代号号2.5；1.71.8柱塞直径 563.0用于 X105 柴油机A1.92.0柱塞直径 6.57.5（4.7）2.152.25柱塞直径 892.1用于 490 柴油机，柱塞直径 72.6B用于 135 柴油机2.6用于 4125 柴油机，柱塞直径 93.12.9用于 4146 柴油机P2.02.93.4用于 6150 柴油机（2）决定几何供油终点：在升程坐标上自几何供油始点 A 起，加上几何有效行 程得 B 点，即为几何供油终点。（3）决定几何供油开始角、终止角与相应的柱塞速度以及供油延续角：将 A、 B 点分别投影到升程、速度曲线和转角坐标上得 AB、AB与 AB。 A 为几何供油始角，B为终止角，他们之间的间隔角即为供油延续角。 A、B为 相应的速度。（4）检查供油终止角是否超出允许点。（5）验算凸轮表面接触应力是否超过允许值。2.2 凸轮的设计计算在取得供油设备元件基本尺寸和工作参数（如柱塞行程、供油延续角）的基础上选 定凸轮的基本尺寸，然后可用计算法或图解法进行凸轮设计。2.2.1 经验数据在设计时应首先了解凸轮基圆直径、滚轮直径、顶圆（或过渡圆弧）直径等对柱塞 速度的影响以及基圆、滚轮直径与凸轮升程之间的一般比例关系，以便确定凸轮尺寸。 图 2.1a、b、c 分别表示切线凸轮基圆、过渡圆和滚轮直径对升程速度的影响。图 2.1a 切线凸轮的基圆直径图 2.1b 切线凸轮的过渡圆弧对柱塞速度的影响半径对柱塞速度的影响 1-基圆直径 Db=27mm2-32mm3-27mm1-r1=3mm 2-5mm 3-7mm图 2.1c 切线凸轮的滚轮直径图 2.2 基圆直径、滚轮直径对柱塞速度的影响与凸轮升程的关系1-rr=12mm2-18mm3-24mm图 2.2 为凸轮基圆、滚轮直径与凸轮升程之间的关系。设计时可以参考。并可采用 下列经验数据：合成泵基圆直径为 34H；2432mm滚轮直径 23H；1624mm凸轮轴直径为 2.73.5H；21.628mm单体泵的基圆直径可选较大的数值，约为 45H（最大可达 6H）。 滚轮销直径为滚轮直径的 4050%。已知柱塞全升程 H=8，可对合成泵基圆直径、滚轮直径、凸轮轴直径、过渡圆弧半 径取出几组相关数据，计算测绘以便从中选取较优组合！选取三组数据如下表 2.2表 2.2 凸轮、主要基本参数组号凸轮基圆直径滚轮直径过渡圆弧半径2719227182271722.2.2 设计与计算凸轮设计时可按需求采用不同的方法； 方法一：首先选取凸轮外形和基本尺寸，然后求运动特性。 方法二：首先选定速度特性，然后核算加速度，求出凸轮型线。 方法三：首先给定加速度特性，然后求速度和升程，确定凸轮型线。 在上述各三种方法中选取方法一为突破点（一） 选定凸轮基本尺寸和外形，求运动特性： 已知柱塞有效升程和全升程，选定基圆、滚轮直径和凸轮形状，可用计算法或图解法求解。1.计算法三种基本形式凸轮的升程、速度和加速度等，可按表 2.3 所列的公式 进行计算。按计算结果即可会出升程、速度和加速度图。2.图解法以瞬时中心理论为依据可对凸轮进行图解分析。表 2.3 凸轮设计方法的计算公式凸切线凸轮轮 轮 廓计算公式切线部分 = arccosRb + rrRb + rr + H R r + H = MOE = arctg b 1sin max R + rbrh= (R + r )(1-1）brcosV = (R + r )w sin 103brcos2 1+ sin 2 a= 1.0966 105 n2T(R + r )cos3 br过渡圆弧h= 11 b2 sin 2 + cos ) (R + r ) Cbr bV = wC sin +bsin 2C = R + H r22b12 1 b sin bcos 2 + b3 sin4 a= w2CCOS +C( 1 b2 sin 2 )3b=r + r1rmax = max (deg)备 注Db、Rb基圆直径、半径 r1过渡圆弧半径、凸轮转角H凸轮总升程 dr、rr滚轮直径、半径将组号、对应数据代入上式求解： = 42.1034max = 29.6157h= 23(1cos1)组号：c= 2.4086sin cos1h = 19.5(0.3478 sin 2 ) 2cos 232+ c = 2.0420sin +1.6957 sin 22将得到的柱塞升程、柱塞速度系数方程，用 excel 绘制其柱塞升程曲线与速度系数曲 线图标结果如下表 2.4 为柱塞升程与速度系数与凸轮转角对应具体数值（与图 2.3 是一致的）凸轮转 角过渡小 圆弧前 升程过渡小 圆弧后 升程过渡小圆弧 点后速度系 数过渡小圆弧 点前速度系 数凸轮转角（deg）0.00000.00004.87621.99810.000034.419.4600.01750.00355.02761.94270.0420351910.03490.01405.34151.82540.0841361820.05240.03165.63621.71140.1264371730.26180.81107.79960.48190.6680495150.27920.92657.87190.38500.7183504160.29671.05057.92800.28850.7699513170.31411.18327.96800.19220.8227522180.33161.32487.99200.09610.8769531190.34901.47558.00000.00000.9327540200.36651.63570.9901210.38391.80561.0493220.40141.98551.110423。此。处。略。0.54103.83091.6879310.55844.11931.7742320.57594.42241.8645330.59334.74091.9590340.60034.87281.998134.42.3 图柱塞升程曲线与速度系数曲线图 2.4 柱塞升程曲线与速度系数曲线有数据图可以看出 、max 值又应为： = 53.86max= 34.40到底哪个数据是最终正确的，可以用 Pro/E 绘制该凸轮机构，通过约束可以验证上 述公式所得凸轮包角 与升程起点到小圆弧过渡点最大转角max 是否正确； 同样用该方法求得组号、组号凸轮机构 、max 值：组号 = 53.86max= 34.99其对应柱塞升程曲线与速度系数曲线如图 2.4组号 = 53.86max = 31.0736其对应柱塞升程曲线与速度系数曲线如下图图 2.5 柱塞升程曲线与速度系数曲线图 2.6 组号、柱塞升程与速度系数曲线组综合 按照柴油机对喷油泵供油的性能要求“先缓后急”作为出发点将三组数据绘 制一张 excel 图中（如下图）便于对其三组数据进行对比，从中选择最优组合！由上图可知：当凸轮基圆直径、柱塞升程、过渡圆弧半径一定时，随着滚轮直径的 增加、升程起点到小圆弧过渡点最大转角max 在逐渐减小，柱塞升程，柱塞速度系数在 逐渐的缓缓地变陡，但都缓中有急；、凸轮升程的包角 在不变。 在此初选组号作为进一步优化数组：组号凸轮基圆直径滚轮直径过渡圆弧半径27172按照凸轮工作段的选取原则，结合表 3.1 给出 A 型喷油泵预行程的经验数据及有效 行程 he 可以在图 2.7 做出工作段曲线如下图图 2.7 柱塞升程曲线与速度系数曲线图 2.8 柱塞升程曲线与速度系数曲线又由图中可知小圆弧过渡点柱塞升程与几何供油终点 B 柱塞升程之差为=5.054465-4.0621=0.99345mm该值已与愿想设计预留安全距离 0.30.45mm 有一定的差距，这将是必导致供油延 续期没有在高速段，供油速率下降，继而导致供油压力不足，与燃油泵要求的泵油速率 先缓后急大相径庭！导致柴油机燃烧恶化，油耗增加，性能下降。所以该凸轮基圆直径 27、滚轮直径 17、过渡圆弧 2 的组合是有缺陷的，必须分析相关致使因素，对其进行修 改优化。综合分析图 3.1a、b、c 分别表示切线凸轮基圆、过渡圆和滚轮直径对升程速度的 影响。从 b 图可以知道，随着切线过渡圆弧 r1 的增加，柱塞速度系数的峰值在逐渐下降， 并且向前移动从而与之相对应的柱塞升程在减小，这是件好事！因为在柱塞预升程 h1 已取接近“经验范围 2.152.25”的上限，据自己经验有限，保守稳妥起见暂不取超出 范围的较大值，而柱塞有效行程 he 又是定值，导致供油升程终点 B 面对的减小无能为 力，在这样的情况下，怎样减小使其向安全距离靠拢，只能从对立方向来想办法，既 然咱们 B 点不能再升高，又要想缩短差距，何不让小圆弧过渡点 C向前走俩步，使其 所对应的 B 点柱塞升程降低，那么之间的差距自然就可以缩小下来， 使 值向 0.3 0.45mm 靠近。以此来达到自己所想要的预想情况。以下是对过渡圆弧的优化：在凸轮其它参数不变的情况下，对过渡圆弧进行修改 r1=4，绘制其相应柱塞升程速 度系数曲线，并将其与先者 r1=2 的特性曲线进行对比如 2.8 图同样在上图 2.8 做出基圆直径 27、滚轮直径 17、过渡圆弧 4 的凸轮工作段曲线如下图图 2.9 柱塞升程曲线与速度系数曲线可知小圆弧过渡点柱塞升程与几何供油终点 B 柱塞升程之差为=4.454072-4.0621=0.3929此值符合安全距离 0.30.45mm；说明小圆弧半径的变化达到我们的要求了！再者 过渡小圆弧半径半径的增加可以降低凸轮表面应力接触的峰值，使凸轮的整体工作性能 得以改善。至此最终将凸轮的基本尺寸参数确定下来如下：组号凸轮基圆直径滚轮直径过渡圆弧半径1271742.3 滚轮挺柱体2.3.1 典型结构常见的滚轮挺柱体结构可分为螺钉调节式、垫块调节式、和整体式等，其具体 结构和优缺点如表 2.5表 2.5 挺柱体结构简表结构形式名称简要说明螺 钉 调 节 式用于改变调节螺钉高度 H 值，调节供油始点优点：调整方便 缺点：（1）因螺钉顶面不易淬硬，而易磨损，常需调整（2）结构不够紧凑（3）不适应整体密封式油泵 此结构多见于老式泵垫 块 调 节 式用正式垫块调整 H 值，可避免上述结构存在的一些缺点。 但需注意：（1） 装配时一般分级装配，对用户不便。如提高加工 精度，滚轮销孔用磨削加工，并用过渡配合可不分级（2） 柱塞底部与垫块之间的间隙不易控制，如间隙过 大，噪声较大，并因柱塞冲击，加快磨损整 体 式整体式可避免上述两种结构缺点。但是，但不同的发动 机要求 H 值不同时，对制造与生产管理不便整 体 单 滚 子 式主要用于分配泵(a 图)，柱塞泵上可用 b 图所示结构 优点:结构简单缺点：承压能力较差 此种型式在小型分配泵上使用可靠。不推荐合成柱塞泵 使用2.3.2 定位方式常见的挺柱体定位有多种方式如表 2.6 所示.表 2.6 挺柱体定位方式结构形式名称厂牌油泵 型号配合 间隙简要说明滚 轮 销 定 位西德 Bosh 公 司及其他国仿 制品A B Z0.15早期的结构， 目前大多改为 滑块定位滑 块 定 位西德 Bosh 公 司日本 Diesel KiKi 公司 DP 公司A B0.15由滚轮销定位用滚轮销定位时易使泵体磨损，尤其是铝合金泵体更加明显。因而大都将其改进为 滑块定位（如 A、B 型泵），使之增加接触面积、延长使用寿命。新设计的油泵大多采 用定位螺钉或定位块等结构由于螺钉头部经过淬火，使用寿命长，如果磨损，只需更换 螺钉而不影响泵体。此外如 T 型块定位（f）和定位块定位（g），虽然挺柱与定位块直 接接触，但因两者接触表面较大并经淬火，所以使用寿命长。第29页 共47页第 3 节柱塞偶件柱塞偶件是柱塞式喷油泵的精密泵油元件。现代柴油机柱塞式喷油泵广泛采用滑阀 式柱塞偶件，其基本作用是泵油，控制每循环供油量、供油始点、终点和供油延续时间。柱塞和柱塞套之间精密配合既要保证良好的滑动性，又要有很高的液压密封性。 柱塞偶件的结构和参数与供油系统的供油特性、循环供油量、供油速率、供油延迟时间、喷雾质量以及喷射终了时燃油系统的减压的密切相关。也是决定供油系统其他零 部件（如出油阀、喷油嘴和输油泵等）主要特性参数的基础以及决定喷油泵体、凸轮轴 和喷油泵驱动装置等强度和尺寸的依据。3.1 柱塞偶件的工作过程柱塞由凸轮驱动做往复运动，并由传动机构控制其转向并按不同转角改变有效行程 以及相应的参量。3.1.1 柱塞的旋转运动转动柱塞的传动机构，目前应用较多的有两种：齿杆齿圈机构和拉杆拨叉 机构。1）齿杆齿圈机构中（图 3.1）齿条位移和柱塞转角的关系为DL = = K13.1.1.12L 齿杆位移（mm） 式中 D 齿圈节径（mm） 柱塞转角（rad）K1=D/2 对每一个具体的喷油泵为常数。 相应于柱塞转角所对应的柱塞表面圆弧长度 E 为1E =dn2则 L = K2 E式中：K2 = D/ dn图 3.1 齿杆齿圈机构显然齿杆齿圈机构中柱塞转角及相应的柱1-柱塞 2-调节齿圈 3-齿杆塞表面圆弧长 E 与齿条位移 L 呈线性关系。由于齿杆位移有一定的限制，因而控油棱边在柱塞圆周上的长度也有一定的范围。3.1.2 柱塞的工作工程如果柱塞与柱塞套相对位置一定，柱塞由下止点到上止点的整个升程可分为预升 程、减压升程、有效生成和剩余升程等几部分（见图 3.2）AA 表示柱塞位于下至点时柱塞顶面的位置，此时油孔全部开启，或打开（1/2 2/3）*do。BB 表示预升程结束，活塞等平面将进回油孔关闭的位置。AA 和 BB 之间的距离 h1 即为柱塞的预升程。预升程的大小和喷油泵工作转 速是决定柱塞腔有效进油时间截面的主要因素。图是喷油泵在不同最高转速时 预升程 h1 和柱塞全升程 H 之比的经验数据。CC 是减压升程结束时柱塞上端面的位置，此时柱塞腔压力上升，克服高压油管 内残余压力和出油阀弹簧力，是出油阀上升到减压带全部露出的位置。减压升程决定于出油阀结构和减压容积，但由于供油过程的液力效应，实际减压升 程要比理论的（或几何的）减压升程小。图 3.2 柱塞偶件工作理论升程DD 表示几何有效升程 he 结束时柱塞上端面的位置。 此时柱塞控油棱边恰好将油孔开启。柱塞有效生成结束到上止点之间的距离 h4 为柱塞的剩余 升程，用于往复运动减减速。图 3.3 h1/H 与 nTmax 的关系柱塞在上止点位置时柱塞顶端平面与柱塞套顶平面之间的距离为剩余间隙，一般为 0.51.0mm。柱塞由上止点向下至点运动过程中喷油泵进油腔与柱塞腔接通，并向柱塞腔充油。 为保证充油良好，除用输油 力泵压供油外，在设计柱塞偶件时，尤其高转速喷油泵，必须留有足够充油时间截 面。3.1.3 柱塞偶件供油过程中的液力效应柱塞上升挤压柱塞腔内的燃油，部分燃油从油孔回流到进油腔。随着柱塞上升，回 流截面不断缩小，节流效应越来越大，柱塞上端面尚未完全遮断，油孔 柱塞腔内压力 即开始上升，以致燃油除经油孔回油外，一部分流向出油阀，使出油 阀提前开启产生前供油。在柱塞控油棱边开启回油孔后，由于卸流截面积很小，节流严重，柱塞供油过程并 不立即停止，在这种卸油的同时仍继续向高压系供油的现象叫后供油。前、后供油的程度常用柱塞升程的当量值表示，亦即前供油升程和后供油升程，该 值与凸轮轴转速关系密切，并与油泵的结构参数如柱塞直径、速度、进回油孔数目和直 径有关。前、后供油现象使实际供油升程比几何供油升程加大，使供油延续时间增加， 造成：（1）出油阀作用减小。有与减压过程中的节流使出油阀不能在几何供油终了后立即 关闭，因而高速时精确的喷油计量困难。（2）供油时期和喷油时期之间的关系变得不确定，尤其在高速工况下。（3）容易出现过后喷油，同时会使系统内压力波增加，引起二次喷射。（4）喷油泵速度特性变陡，多缸泵的各缸供油不均匀度增加。 为了减少柱塞的上述前、后供油，即动力供油，可采取下列措施：（1） 设计足够大的进回油孔通道；（2)尽量避免回油油流通道的曲折和窄径； (3)采用小柱塞直径和高柱塞速度；3.2 柱塞偶件结构典型的尺寸结构如图 3.4 其主要尺寸比例可参阅图 3.5 壁厚系数 K = dn 一般为D10.40.5。进回油孔大多为径向对置，也有错开 120 或90 的，按孔在轴向位置的不同 可分为平孔和高低孔两种结构，其中高低孔的颈部密封性较好。尺寸较小的柱塞偶件有 时只有一个进回油孔。柱塞的典型结构与主要结构参数l1、l2与dn 的关系如图 3.6 所示。 目前柱塞中、小型柴油机常用的几种柱塞基本结构尺 寸和配套分别列 于表略与表略 中。图 3.4 柱塞套结构图 3.5 柱塞套主要尺寸与 dn 的关系图 3.6 斜槽柱塞结构 a）螺旋槽柱塞 b）图 3.7 柱塞头部主要尺寸比例3.3 柱塞偶件的设计与计算在选定喷油泵及其相关元件尺寸以后可按相应的系列规范选定柱塞偶件（参看 图 3.5 和图 3.7）二柱塞头部的形状和某些尺寸（主要是控油棱边角度，进回油孔直径和 位置等）按柴油机的具体要求进行设计。柱塞全升程与螺旋导程 t 的关系如图 3.8 所示。螺旋导程的常用值为 12、15、20、30、 40、60mm 等。按控油棱边形状分为螺旋线形：按旋转向分为左旋和右旋。 控油棱边在柱塞头部有三种：上置式、下置式、和上下分置式，见图 4-9图 3.8 柱塞升程 H 和螺旋导程 t3-9 控油棱边的布置 a）棱边下置式 b)棱边上置式 c）棱边上下置式控油棱边下置式的工作特点是供油始点不变，供油终点随柱塞的转动而变化。 控油棱边下置式柱塞在固定式发动机、机车柴油机及小型高速柴油机中广泛采用。用于运输式柴油机时往往还要加喷油提前器以便不同转速运转时改变供油提前角。 控油棱边上置式柱塞工作时供油终点不变，供油始点随油量（和负荷）减少而延迟，以改善工作的柔和性。这种结构适于要求转速与供油量变化一致的柴油机（如船用）。 控油棱边上下分置式柱塞使供油始点和供油终点同时改变，适用于转速和负荷经常变化的柴油机，但由于柱塞结构和工艺比较复杂而用的较少。 上述三种型式柱塞以供油始点不变的控油棱边下置式用的最广。3.3.1 螺旋槽柱塞的计算螺旋槽展开如图 4.10 所示，控油棱边一边为直线。 HH 为基准线， d0 为进油孔直 径，O1O1 为停油位置，O2O2 为最大油量位置。由图可知螺旋导程 t的关系为tg =tdn.3.3.1.1螺旋导程可参看图 4-8，并通用标准选值（如 12、15、20、30、40、60 等）。 如通过 HH 面的控油棱边对应的母线长度为l0 ，油孔直径为 d0 有效行程为 he0，则d0 12 1+d0 cos12 1+coshe0 = l0 或l0 = he0 + .3.3.1.2相对于 HH 面转过 角后，控油棱边所对应的母线长度为l，则 l = l + dn tg 式中之 可取正负两个方向（单位为度）0360对