汽車柴油機分配式噴油泵(一)基本結構和工作原理

人們常常形容發動機是汽車的心臟，而噴油系統則是柴油機的心臟。它的產品質量、裝配調整和使用維修對柴油機的動力性能、油耗、排放和使用壽命起著決定性的作用。因此柴油機的噴油系統是現代柴油機汽車關鍵的核心系統，也是柴油機汽車維修中技術要求較高和難度較大的項目。
 
自1985年以來，我國先后引進了日本五十鈴公司N系列輕型卡車用的J系列直噴式柴油機、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以及美國康明斯公司的B系列直噴式柴油機等。引進的這些相當于國外20世紀80年代先進水平的汽車柴油機均裝用德國博世公司或日本電裝公司和杰克賽爾公司生產的VE型分配式噴油泵。
 
至今，我國安裝VE型分配式噴油泵的各類汽車柴油機的保有量已有幾十萬臺，市場維修量相當可觀。但是，與我國生產和使用歷史較長的直列式柱塞噴油泵相比，VE型分配式噴油泵由于在我國的使用時間較短，結構類型和附件種類又較多，許多汽車柴油機的使用和維修人員對VE型分配式噴油泵的基本結構、工作原理、使用維修和裝配調整等方面的知識尚缺乏基本了解，致使在使用和維修中出現的問題較多，往往因使用或調整不當而導致汽車動力不足，甚至大量冒黑煙等不良后果。為此，我們詳細介紹VE型分配式噴油泵的基本結構、工作原理、使用維修和裝配調整方法，供使用和維修人員在實際工作中參考。

一、概述
 
分配式噴油泵簡稱分配泵，是一種較為新穎的柴油機燃油噴射泵。與直列式柱塞噴油泵相比，分配泵僅用一對柱塞偶件就可以向2～6個汽缸供油。其結構簡單，零件少，體積小，質量輕，特別適合于小型高轉速柴油機使用。因此，國外在中小汽車，特別是轎車上得到了廣泛的應用。

分配泵按其結構形式可分為轉子式分配泵和單柱塞式分配泵。20世紀中葉英國CAV公司開發了DPA型轉子式分配泵，60年代我國也曾仿制批量生產過，配國產豐收型拖拉機。由于這種轉子式分配泵性能尚有一些缺陷，70年代末即停止生產。70年代中期，德國博世公司開發出了VE型單柱塞式分配泵（如圖1所示）。其結構簡單，性能完善，體積小，質量輕，很快受到全世界柴油機制造廠商的青睞，獲得了廣泛推廣，成為世界上生產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德國博世公司的專利技術生產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點：

 1.體積小，零件少，質量輕（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，有助于降低柴油機的噪聲。
 3.高速適應性好。直列式柱塞噴油泵最高轉速為2000r/min，而VE分配泵可達到3000r/min。
 4.直列式噴油泵燃油與潤滑油分開，密封性要求較高，一旦柴油泄漏稀釋機油，會加速機件磨損，易引發故障。而VE分配泵泵體內部充滿柴油，具有自潤滑作用，無需定期更換機油。
 5.VE分配泵的各種控制機構有相對的獨立性。可按柴油機的不同需要，組合成相應的控制機構。
 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分配泵具有防逆轉功能，可以防止柴油機反轉。
 8.VE分配泵在柴油機上的安裝位置靈活，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，而且對材料材質和熱處理的要求較嚴格，對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轉和應有的使用壽命。VE分配泵的基本技術規格如表2所示，其編號方法及其含義說明如圖2所示。

二、基本結構和工作原理

1.基本結構及功能

VE分配泵噴油系統的油路如圖3所示。柴油機啟動前，先用手動泵泵油，通過頂蓋上的溢流閥排除柴油管路中的空氣。柴油機運行時，由曲軸齒輪帶動分配泵的傳動軸。其前端的滑片式輸油泵將柴油從油箱中抽出，經過柴油濾清器和油水分離器，濾掉柴油中的雜質和水份后進入輸油泵，使柴油壓力升高。然后進入分配泵泵體內，再經過電磁閥進入柱塞腔。當柱塞向上運動時，壓縮柴油產生高壓，經柱塞中的油道和出油孔，分配到泵體上相應汽缸的油道，再經過出油閥、高壓油管和噴油器噴入對應的汽缸。泵體內多余的柴油從頂蓋上的溢流閥返回油箱。柴油如此循環流動既可帶走油路中的氣泡和零件摩擦產生的熱量，又可潤滑各個運動零件。與此同時，泵體內的柴油壓力控制提前器，相應改變噴油提前角。
 
分配泵是系統中的核心部件（如圖4所示），它主要由以下四部分組成：

（1）傳動供油部分（如圖5所示）
 
傳動軸通過十字聯軸器帶動平面凸輪盤旋轉，再帶動柱塞旋轉。柱塞彈簧和彈簧座將柱塞壓在凸輪盤上，使柱塞在旋轉的同時又作往復運動。這樣，柱塞腔中的柴油既被壓縮產生高壓，又通過柱塞中的出油孔分配到泵體上相應汽缸的油道，經出油閥、高壓油管和噴油器噴入對應的汽缸。

（2）調速控制部分（如圖6所示）
 
傳動軸上的齒輪帶動飛錘座和飛錘旋轉，飛錘的離心力推動調速套筒軸向移動。經調速機構撥動柱塞上的油量控制套筒隨轉速變化而左右移動，改變其右側棱邊與柱塞上徑向卸載孔的相對位置（如圖4所示），從而達到隨轉速變化來控制供油量變化的目的。

（3）滾輪座及提前器（如圖7所示）
 
滾輪座上裝有四個滾輪，通過圓柱銷與提前器活塞聯接。當泵體內柴油壓力變化時，推動提前器活塞移動，帶動圓柱銷使滾輪座轉動，改變滾輪與平面凸輪盤凸起的相對位置，從而達到改變供油提前角的目的。

（4）輸油泵及調壓閥（如圖8所示）
 
滑片式輸油泵旋轉時，由于轉子與泵殼偏心，滑片之間的容積變化而將柴油加壓到0.6～0.8 MPa，進入泵體內腔，而調壓閥則用來調節柴油壓力。當柴油壓力太高時，調壓活塞打開回油口，柴油返回進油口，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，起到自動調節輸油壓力的作用。由于調壓閥的作用，輸油泵產生的油壓隨著油泵轉速（即發動機轉速）增加而成正比提高，從而使供油提前角隨轉速提高而線性加大，滿足柴油機高效燃燒的要求。

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位置如圖9所示。首先介紹凸輪與柱塞上進、出油槽相互之間的相位。
 

對于四缸柴油機而言，分配泵的平面凸輪盤上有四段凸輪型線，相互間隔90°；滾輪座中裝有四個滾輪，相互間隔也是90°。柱塞頂端有四條進油槽，圓周上有一條出油槽，相應的分配套筒上有一個進油孔和四個出油孔。油泵傳動軸每轉過90°，在凸輪和柱塞彈簧的配合作用下，拉推柱塞左右往復運動一次的同時轉動90°，柱塞就相應完成一次進油、壓油和分配的供油過程。這樣的供油過程重復四次，分別向四個汽缸噴油。在柴油機的一個工作循環中，分配泵傳動軸旋轉一周。
 
對于六缸柴油機而言，分配泵的平面凸輪盤上有六段凸輪型線，相互間隔60°；滾輪座中裝有四個滾輪，但相互間隔分別為60°和120°。柱塞頂端有六條進油槽，而圓周上仍只有一條出油槽，相應的分配套筒上也有一個進油孔和六個出油孔。油泵傳動軸每轉過60°，柱塞就完成一次進油、壓油和分配的供油過程。這樣的供油過程重復六次，分配泵傳動軸旋轉一周。
 
無論是四缸分配泵還是六缸分配泵，柱塞完成一次進油、壓油和分配的供油過程是相同的，現詳述如下：

（1）進油過程
 
當平面凸輪最高點與滾輪接觸時，柱塞處于上止點。平面凸輪盤繼續轉動，滾輪沿平面凸輪下降段下滑，柱塞下行并同時旋轉，其進油槽與分配套筒上的進油孔接通，此時柱塞上的出油槽已轉過分配套筒上的出油孔而關閉，柴油經過電磁閥和分配套筒上的進油孔進入柱塞腔。當柱塞到達下止點進油過程結束時，平面凸輪已旋轉到最低點與滾輪接觸。

（2）壓縮噴油過程

 當平面凸輪盤繼續旋轉時，滾輪沿凸輪的上升段升起，柱塞上行壓縮柴油，并同時旋轉使其上的進油槽轉過分配套筒上的進油孔而關閉。而出油槽與分配套筒上的出油孔接通，隨著柱塞的繼續上行，高壓柴油經出油閥、高壓油管和噴油器噴入汽缸。

（3）供油結束
 
當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，柱塞腔內的高壓柴油經柱塞的中心油道卸載，油壓迅速下降，供油結束。

（4）均壓過程（如圖10所示）
 
供油結束以后，柱塞已旋轉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柱塞上的均壓槽和環槽與泵體內腔接通，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束點相對凸輪的位置（即控制套筒的控制平面與柱塞上卸載孔的相對位置），來改變供油的有效行程（如圖11所示）。由調速器根據轉速和負荷來調節控制套筒的位置，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火開關控制:
 
ST —— 柴油機啟動時，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 —— 柴油機正常運轉時，電磁閥一直通電。為了減少電磁閥發熱，延長電磁閥的使用壽命，串聯入一個降壓電阻，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，切斷進油通道，柴油機停機。