喷油泵在油量调节齿杆位置不变时,各循环喷油量Vb随油泵转速np(或柴油机转速n)变化的特性Vb=f(np)称为喷油泵的速度特性。齿杆在标定工况油量位置时的这一特性又称为喷油泵的速度外特性。
图5-27的实线3和4分别为常见的柱塞泵的速度外特性和部分负荷速度特性曲线。由图可见,两者的油量均随转速升高而加大,但外特性速度特性的Vb先上升而后趋于平坦,而部分负荷速度特性的Vb则随np上升较多。产生这一现象的原因是柱塞套进、回油孔燃油的节流作用和燃油在柱塞偶件间泄漏的综合影响。柱塞上行时,理论上当柱塞顶平面关闭柱塞套进油孔时才开始压油,而实际上当柱塞顶平面还未完全关闭进油孔时,由于节流作用,柱塞压油腔内的燃油来不及通过进油孔尚开启的截面回流,腔内的压力就开始升高,导致出油阀提早开启。同样,当柱塞的斜槽(或螺旋槽)边缘打开柱塞套回油孔时,理论上即停止供油,但实际上斜槽边缘刚打开回油孔时,由于回油孔开启截面不大,节流作用较大,柱塞腔油压不可能立即降到出油阀落座压力,从而使出油阀延迟关闭。出油阀的早开和迟闭,使实际的柱塞有效供油行程大于几何供油行程,实际供油量和喷油量多于几何供油量。转速增高时,节流作用加强,使每循环喷油量增大。另外,柱塞与柱塞套间配合间隙虽然很小(一般为1.5~3μm),但在往复运动中间隙可能偏在一边,由于柱塞腔与低压油腔的压力差很大,且密封长度短,故存在少量的燃油的泄漏,泄漏量多少与时间有关,转速高时每循环经历时间短,泄漏量少,致使供油量增多;低速时泄漏量多,致使供油量减少。因此,通过节流和渗漏共同作用,使各循环供油量或喷油量随转速升高而加大,随转速降低而减小。
喷油泵速度特性的上述走向,不符合柴油机的工作要求,因为柴油机的充量系数ϕc(图5-27实线1)以及扭矩Ttq或平均有效压力pme的曲线(图5-27实线2),在最大扭矩点以后均是随转速升高而降低的。而柴油机的扭矩与平均有效压力主要取决于充量系数以及与之相适应的喷油量的配合,如果按如图5-27所示的喷油泵速度特性工作,必然会导致柴油机外特性上标定点油量偏高(超出冒烟极限)或最大扭矩点油量偏低(扭矩不足),致使柴油机冒烟严重或扭矩贮备系数降低。因此,从充分利用空气、获得更大的动力性能角度考虑,较理想的供油外特性应如图5-27中的虚线5所示。
图5-28 等容式出油阀的各种结构形式
a)标准型 b)间隙型 c)削扁型 d)旁通型 e)管型 f)孔型(www.daowen.com)
影响喷油泵速度特性曲线走向的因素很多,主要有出油阀类型、柱塞直径、进回油孔的数目、柱塞直径与进回油孔直径之间的比值、喷油压力的大小以及喷油器的结构等。在其他条件已经确定或难于更改的情况下,改变出油阀形状与结构参数是改变喷油泵速度特性最常用的方法之一。例如,如图5-28所示即为各种等容式出油阀的结构特点:图5-28a所示为普通等容式出油阀,其减压带与阀座孔之间配合间隙仅为1~3μm,因此出油阀落座过程中,当减压带落入阀座孔以后,就能将柱塞腔与连接高压油管的出油阀紧帽腔完全隔开,并在继续落座过程中完成减压作用;图5-28b是减小减压带的直径,将配合间隙适当放大(间隙为0.025~0.1mm)的间隙型出油阀;图5-28c是将减压带一侧削去一部分(削扁量0.08~0.25mm)的削扁型出油阀;图5-28d是在减压带上面钻有小的旁通节流孔(ϕ=0.4~1.5mm)的旁通型出油阀;图5-28e、f是将出油阀的十字槽通道改变为内孔式通道,并在阀体上的适当部位钻旁通节流孔的管型及孔型出油阀。上述对出油阀结构作适当变化目的就是利用这些间隙或小孔的节流作用,削弱出油阀在柴油机低速范围内减压作用,从而达到增加喷油量、改善喷油泵速度特性的目的。
图5-29 等压式和等容式出油阀油泵速度特性的比较
另外,采用等压式出油阀也能大大改善油泵速度特性的走向。图5-29所示即为等压式出油阀与等容式出油阀油泵速度特性的比较。图中GDV(实线)和GRV(虚线)分别表示等压式出油阀和等容式出油阀油泵速度特性的走向。由图可见,在供油量不大的部分负荷范围内,两种出油阀油泵速度走向基本一致,均符合图5-27所示的供油量随转速增加而增加的趋势。但是,在供油量较大接近全负荷工况时,两种出油阀速度特性均得到一定程度的校正,供油量反而随转速的增加而有所降低,而且等压式出油阀的效果更好一些。造成这种现象的因素十分复杂,其中一个重要原因是,前面在分析油泵速度特性走向时,只谈到了压油过程进回油孔节流作用造成的出油阀早开与晚关的影响,而没有考虑柱塞下行时柱塞顶部空间的充油情况,实际上,油泵在高速大负荷时,进油孔开启时间随转速增加而减少,加上进油孔的强烈节流作用,导致柱塞空间充油不足,而影响下次压油过程的供油量,有时这种减少供油量的影响,会超过前述压油过程因节流作用造成的供油量增加的作用,两者综合的结果,可使油泵速度特性在大负荷时呈现改善的趋势,而等压式出油阀由于在各种工况下均能保持系统内残余压力稳定,因而在低速大负荷时的供油量也会超过等容式出油阀的供油量,后者则因为在低速大负荷时,往往卸压过度,会造成系统残余压力过低,甚至出现负压(气穴现象)的情况,致使供油压力与供油量降低。
上述基于液体节流作用改变喷油泵速度特性的方法,称为液力校正,但这种方法(不论是采用等容式还是等压式出油阀或是改变柱塞套中进回油孔的尺寸等)难度较大且不易稳定,只能作为柴油机匹配工作中的辅助手段,与此同时还应通过加装调速器的方法,利用调速器弹簧或凸轮机构来改变柱塞的有效行程以调节各个工况所需的供油量,这种以调速器为手段的机械校正方法将在第7章中加以介绍。
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