前已说明,柴油机每缸所能发出的功率取决于其喷入气缸的燃油量,因此喷油泵的工作能力、调节范围与结构尺寸应与柴油机的大小相适应,但是由于柴油机的排量、功率与转速范围变化很大,若为每个机型设计一种喷油泵显然是不经济也是没有必要的。为此,人们对某一功率与转速范围的柴油机,可采用外形尺寸、结构形式、缸心距相同的喷油泵,用增减柱塞数、更换不同直径的柱塞、改变凸轮型线、升程以及出油阀结构尺寸等措施以及对供油量、转速等参数进行调整的方法,来满足不同柴油机的配套要求,形成了相应的喷油泵系列。
表5-1所示为德国Bosch公司直列式喷油泵的系列,其中部分车用柴油机的喷油泵(M型泵、A型泵、MW型泵与P型泵)结构与相对大小的比较见图5-11。表5-2所示则为我国自行设计或引进的主要直列泵参数汇总表。
表5-1 Bosch公司直列式喷油泵的性能参数表
图5-11 Bosch公司直列式喷油泵系列示例
表5-2 常用国产直列式喷油泵主要结构参数与性能指标表
对比表5-1和表5-2可知,引进后国产化的喷油泵的某些参数与指标,定得比原机高,例如,A型泵和P型泵的最高工作转速比Bosch公司的数据高,这一方面说明国外公司给出的数据比较保守与可靠,另一方面也反映了国内在引进基础上开发这些产品时,尽量挖掘其潜力,力求扩大其使用范围的努力。
此外,为了客观评价喷油泵的工作能力,表5-1和表5-2除了给出凸轮升程、柱塞直径与轴距等基本结构参数外,还列有若干对于喷油泵工作能力的评价指标,现说明如下:
1.最大循环供油量Vmax
喷油泵每循环供油量与许多结构与调整参数有关。如柱塞直径、凸轮形式与升程、预行程与供油持续角以及出油阀结构尺寸等。由于每一种喷油泵都可以装有几种不同直径的柱塞并作出不同的调整,因此为了进行比较,我们规定取喷油泵最大柱塞直径并设出油阀减压容积为零,采用标准切线凸轮,以凸轮升程至最大几何速度前的0.3mm处作为供油终点,将依据7°凸轮转角(国内外油泵行业公认作为基准的度数,如有公司采用其他度数则应另加说明)供油持续期内柱塞有效几何行程计算所得的循环供油量,定义为喷油泵的最大循环供油量Vmax,它是喷油泵几何供油量的极限值。由于没有考虑燃油的可压缩性、油管的弹性膨胀以及供油过程出油阀早开、迟闭的节流作用与柱塞泄漏等因素,因此与实际供油量有一定的差别,但是却便于对各个系列喷油泵的工作能力进行比较。Vmax越大,表示喷油泵的尺寸越大,工作能力越强,更能满足更大功率柴油机的配套要求。
2.最大平均供油速率Qmax
平均供油速率是指喷油泵在供油持续期内每度凸轮转角的平均供油量,最大平均供油速率即为最大循环供油量的条件下,取7°凸轮轴转角供油持续期作为计算依据求得的平均供油速率。其表达式为(www.daowen.com)
式中,Ap为柱塞面积(mm2);wp为柱塞在供油持续期内的平均上升速度(mm/℃A)。
由式(5-1)可见,提高Qmax有效途径为增加柱塞直径与提高柱塞平均速度(改变凸轮型线与增加预行程)。不言而喻,在同样的供油持续期内,提高最大平均供油速率可以增加循环供油量。
图5-12 柴油机不同燃烧系统所要求的最大泵端压力与最大平均供油速率之间的关系
a—直接喷射、增压、无或低涡流 b—直接喷射、增压、低涡流 c—直接喷射,有涡流 d—分隔式燃烧室
3.最大允许泵端压力pPmax
最大允许泵端压力是指喷油泵所能承受的最大泵端压力的峰值,其准确数值应是柱塞腔的实测压力。由于测量困难,一般可用在出油阀紧帽出油口处测取的油管泵端峰值压力来替代。众所周知,为了改善喷射油束的雾化与提高喷油速率,柴油机对喷油压力的要求不断提高,而喷油压力来自泵端的供油压力,有时为了简便起见,也会将泵端压力当作喷油压力,但实际上由于喷孔的节流作用,喷油器的嘴端压力一般略高于泵端压力。因此,提高泵端压力就是相应提高了喷油压力。但泵端压力又受到了喷油泵凸轮、挺柱体及泵体等零件强度和刚度方面的限制。
因此,最大允许泵端压力是一个既反映喷油泵强化程度又表征其工作可靠性的重要指标。图5-12所示为不同燃烧系统所要求的最大泵端压力与最大平均供油速率之间的关系。
4.喷油泵最高工作转速nPmax
前已说明,喷油泵转速np在二冲程柴油机中与柴油机转速n相同,在常见的四冲程柴油机中,则有np=n/2。在传统柱塞式喷油泵中,n或np增大,最大泵端压力与喷油压力均会增加,但同时柱塞运动产生的往复惯性力也会增大。当柱塞下行时,若此惯性力超过柱塞弹簧的压紧力时,会使挺柱滚轮与凸轮表面之间脱开,产生冲击。此外,附装在喷油泵上的机械式调速器也有一定的转速限制,综合两方面考虑,才能确定整个喷油泵总成(包括调速器)的最高工作转速nPmax。
最后应当说明的是,本节虽然只针对直列式喷油泵而言,但基本原理对于其他形式的喷油泵仍基本适用。
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