柴油发电机喷油泵的组成、分类和要求

摘要：燃油喷射装置是柴油发电机的重要构成部分之一，是柴油发电机实现有效、清洗燃烧的核心技术，在满足不一样阶段柴油发电机排放法规中，都是以采用领先的燃油喷射系统为前提。燃油喷射装置性能的好坏，直接影响柴油发电机的动力性、经济性和可靠性等性能指标。随着近年来对柴油发电机燃油经济性和排放法规的不断提高，电喷燃油喷射技术己经成为柴油发电机的发展趋势。

      所有燃油喷射装置都包含三个基础组件：它们具有至少一个燃油喷射器（有时称为喷射阀），产生足够喷射压力的装置以及计量正确燃油量的装置。这三个基础组件可以是单独的设备（一个或多个喷油咀、燃油分配器、燃油泵），部分组合的装置（喷油阀和燃油泵）或完全组合的装备（单元喷油泵）。早期的机械喷射系统（鼓风喷射除外）一般将喷射阀（带针形喷嘴）与相对复杂的螺旋控制喷射泵结合使用，既可计量燃料，又可产生喷射压力。它们非常适用间歇性注射多点注射系统以及各种常规直接注射装置和腔室注射系统。微电子学领域的进步使喷射系统制造商能够显着提升燃油计量装置的精度。

（1）当喷油咀电磁阀未被触发时，小弹簧将枢轴盘下的球阀压向泄油孔上，泄油孔关闭，在阀控制腔内形成共轨高压。同样，在喷嘴腔内也形成共轨高压。共轨高压对控制柱塞端面的压力和喷嘴弹簧的合力高与高压燃油用途在针阀锥面上的开启力，结果，针阀被迫进入阀座且将高压通道与燃烧室隔离，密封，针阀保持关闭状态。

（2）当电磁阀被触发时，枢轴盘上移，球阀打开，同时泄油孔被打开，这时导致控制腔的压力下降，结果，活塞上的压力也随之下降，一旦活塞上的压力和喷嘴弹簧的合力降至低于功用于喷油泵针阀承压锥面上的压力，针阀将被打开，燃油经喷嘴上的喷孔喷入燃烧室。这种对喷油咀针阀的不直接控制采用了一套液压力放大系统，由于快速打开针阀所需的力不能直接由电磁阀产生，所谓的打开针阀所需的控制作用，是通过电磁阀打开泄油孔使得控制腔压力减轻，从而打开针阀。

（3）电磁阀一旦断电不被触发，小弹簧力会使电磁阀铁芯下压，球阀将泄油孔关闭。泄油孔关闭后，燃油从进油孔进入阀控制腔建立起油压，这个压力为油轨压力，这个压力功用在柱塞端面上产生向下压力，再加上喷嘴弹簧的合力大于喷嘴腔中高压燃油用途在针阀锥面上的压力，使喷嘴针阀关闭。

（4）此外，由于燃油压力高，会在针阀和控制柱塞处产生泄漏，这些泄露油会通过回油孔流入喷油嘴的回油口。

      燃油喷射系统是柴油发电机的心脏部件，对柴油发电机的性能起着决定性的作用，而喷油器则是供油装置中的重要部件，它处于整个供油系统的终端，它的组成与数据选购对于喷油程序、喷雾品质、油束与燃烧室的配合，乃至整个混合气体形成与燃烧有着重要危害。同时喷油器直截装配在柴油发电机气缸盖上，喷油咀头部发烫燃烧气体直接接触，工作条件极为苛刻，因此它又是影响柴油发电机可靠性的关键部件之一。

      组成大概，但雾化品质和喷射性能较差，很少被采用。

      闭式喷油器又称液压启阀式，利用液压启阀原理，针阀向内开启，雾化品质好，广泛应用在各种柴油发电机上。闭式喷油泵由本体、精密偶件针阀和针阀体、推杆、弹簧下座、弹簧、弹簧上座、调压螺钉、锁紧螺母以及高压滤器、进油管接头等部件结构，结构如图1所示。

      喷油嘴分为单孔式和多空式单孔式，外形如图2所示。

      通常为轴针式，喷孔直径在0.25～1.25mm。孔径大，不易堵塞，喷出的油束成空心柱状或空心锥状，穿透力强，雾化油粒较大。这种喷油咀用于采用分隔式燃烧室的小型柴油发电机。

      普通型、长型，4～12个，喷孔直径 0.15～1mm 。雾化油粒匀细，分布较均匀，因孔径较小喷孔容易堵塞，适合于直接喷射式燃烧室。

      普通喷油嘴因弹簧上置，顶杆长，品质大，引起针阀上升和下降时间较长，故而现代柴油发电机通常采用弹簧下置式。

      弹簧下置式也称为低惯量喷油嘴，外形如图3所示。这种喷油器调压弹簧靠近喷油嘴，挺杆等运动件质量和惯性小，减轻了针阀对座面的撞击和挺杆的跳跃，使针阀运动对油压变化反应灵敏，尤其是喷射终了时针阀关闭性能得到改良。对防范针阀座面穴蚀，防范燃气倒流造成油嘴结胶，卡死以及由于针阀反应不灵可能造成的后期喷射等不好现状都有明显效果。

      低惯量喷油器中调压弹簧的的作业条件和负载状况也得到了改良，由于弹簧可以浸入柴油中，运动件品质小，针阀运动转速和挺杆的追赶升程在弹簧中导致的附加应力小，但是由于喷油体内空间有限，位置又接近热区，因而对弹簧的质量要求较为严格。

      对于强化程度过高的中、低速柴油发电机，大都采用冷却式喷油嘴，外形如图4所示。这种喷油泵在针阀体内部部署有冷却液流道用以冷却，也称为内部冷却。冷却水通常采用淡水或柴油。淡水导热系数大，冷却效果好。使用淡水冷却的喷油泵冷却装置，是一个单独设立的冷却装置，称为喷油咀冷却系统。

      燃油在喷油器内循环冷却；启阀压力不可调整；后备时可预热喷油嘴；兼有驱气功用。

       为了使柴油发电机能达到全容量输出并能有效作业，它的燃油喷射装置必须满足下列要求：

      当柴油发电机起动、全负荷和高速运行时，燃油喷入汽缸的正时是非常重要的。因为柴油发电机启动时在上止点或接近上止点喷油时则较好，此时燃烧室中的空气较热，容易着火燃烧。柴油发电机启动后，高速运行时，喷油时间必须提前以补偿喷射滞后、着火滞后以及影响气缸内燃烧的其他条件。因此，现代许多柴油发电机的喷油泵内均装有自动喷油提前器、速度提前器、内部提前器或其他提前装置，其目的以适应燃油喷射正时变化时，产生高容量、高效率。

      燃油喷射装置必须很精确地测定供给柴油发电机的燃油量。因为柴油发电机从低速到高速时燃油需要量的变化是很大的，因此，燃油喷射系统应满足不一样工况燃油需要量的要求。

      柴油发电机的燃油喷射装置必须对燃油进行加压，以便打开喷嘴或泵喷嘴尖头。燃油加压压力，除了打开喷嘴所需的压力外，还需克服（2452～3138）kPa压缩压力把燃油喷入燃烧室。而喷嘴或泵喷嘴尖头压力的调定直接关系到燃油的雾化程度。当燃油以（10297～27459）kPa的高压泵经多孔或轴针周围才产生雾化。

      燃油经雾化后喷人燃烧室才能完全燃烧，否则燃油不容易燃烧。随着现代各种柴油发电机燃烧室设计的不同，要求燃油的雾化程度也是不一样的。

      燃油的分配与正时密切相关，必须准确并按柴油发电机的发火次序进行分配。分配式油泵向油泵的每个出油口送燃油，经油管按发火次序连接到各缸喷油嘴。

      柴油发电机燃油喷射必须迅速起始和迅速终止。如果燃油喷射开始滞后就会改变油泵对柴油发电机的正时，造成很难着车和运转不好；若喷射终止滞后就会发生排烟冒烟和不规则的排气噪音等缺陷。

      喷油泵的单位转角供油量dgp/dφ随柴油泵凸轮转角φ（或时间t）的变化规律称为供油规律。单位转角喷入汽缸的喷油量dgn/dφ随凸轮转角φ（或时间t）的变化规律称为喷油规律。

      供油规律和喷油规律可用曲线表示，喷油开始时刻比供油开始时刻滞后约9°凸轮转角，喷油连续时间比供油持续时间延长约4°凸轮转角，而且曲线形状有较大的变化。这些差别正是燃油喷射延迟的结果。

      直接危害燃油燃烧过程的是喷油规律，而喷油规律曲线的基本形状则是由供油规律确定的。

      在柱塞高效行程和供油始点相同状况下，凸轮外形越陡，油压上升越快，供油速度越大，喷油延长角和喷油持续角越小;若凸轮外形较平坦，则油压上升较慢，喷油延迟角和喷油持续角将增大。

      合理的凸轮外形应该是:开始供油段柱塞转速较小，以减小初期喷油量;供油的中期和后期，柱塞速度和喷射压力迅速提高，供油持续时间短。这样可使柴油发电机运行平稳，经济性高。柴油发电机型号不一样，所用凸轮的外形不一样。凸面凸轮的外形较平，柱塞转速较低，适用于中，低速柴油发电机;切线凸轮外型较陡，柱塞转速过高，适合于中，高速柴油发电机;凹面凸轮外形更陡，柱塞速度较高，实用于高速柴油发电机，但因加工困难，目前应用不多。

      此外，还有两次喷射的双凸峰凸轮。两次喷射使柴油发电机运行平稳，热效率也过高。

      有效作业段是指柱塞有效行程所对应的凸轮轮廓线。应把凸轮的高效工作段选在柱塞运动的高速部分以降低喷油连续角提高雾化质量。

      当每循环供油量和柱塞转速不变时，柱塞直径加大，使喷油转速增大，喷油持续角降低，有利于燃烧流程在上止点后附近结束，改进了柴油发电机的经济性，工作粗暴。在增压柴油发电机中，为了增加每循环的供油量，而喷油持续时间不增长，一般加大柱塞直径。但为预防柴油发电机工作粗暴，应适当减小供油提前角。

      喷油孔的孔数不变而直径减轻时，因为节流用途增强，喷油压力增加，此时雾化品质较好。但喷油持续时间延长，每度凸轮转角的燃油喷射量（喷油速率）减小。由于高压油管中的压力增加，容易产生重复喷射状况。

      油管越长，喷射延迟阶段越长，实际喷油提前角减小而喷射持续时间基本不变。因此，多缸柴油发电机各缸高压油管长度应相等。在各缸油管长度不一的柴油发电机上，为保证各缸喷油规律一致，油管较长的气缸其供油提前角应相应增大。

      油管内径越小，流阻越大，喷射延迟阶段愈长。

      当柴油发电机的负荷及喷油正时不变而速度增高时，喷射延长阶段和喷油连续角加大，单位凸轮转角的喷油量减少。当柴油发电机转速和喷油正时不变而增加负荷时，其喷油始点基础不变而终点后延，使喷油连续角增大。

      燃油正常喷射的优点是在柴油发电机每一工作循环的喷油程序中针阀只启闭一次，针阀升程曲线基础为一梯形，每一循环高压油管中的残余压力也基础相同。正常喷射以外的各种喷射型式均属不正常喷射。因此，现代柴油发电机一般采用电子喷射喷油泵，对喷油定时，喷油量和喷射率在内的喷油规律实行的较优控制，来完善柴油发电机的燃烧，使柴油发电机具有较好的经济性能和过低的废气排放，达到优化运转。