学习目标
1.了解直列泵柴油机燃油系统的结构原理
2.掌握调速器的结构原理
3.掌握柴油机游车故障诊断方法
基础知识
一、柴油机直列泵燃油系统简介
柴油机直列泵燃油系统如图12-17所示，它由燃油箱、输油泵、喷油泵、燃油滤清器、喷油器和燃油管路等元件组成。输油泵将燃油箱内的燃油吸出，经油水分离器（粗滤器）、输油泵、燃油滤清器输送至高压油泵；高压油泵对燃油进行二次加压，在正确的时刻通过各缸高压油管为喷油器供油；当喷油压力达到一定值后，喷油器打开，将燃油喷入气缸，完成整个供油过程。
回油管将喷油器、喷油泵及燃油滤清器中的多余燃油送回燃油箱。
图12-17 燃油系统的构成
二、燃油系统主要元件
1.燃油滤清器
燃油滤清器（图12-18）的作用是除去柴油中的尘土、水分或其他机械杂质，以降低对精密偶件的磨损。燃油滤清器应按保养要求定期更换。
2.输油泵
输油泵的作用是建立初级燃油压力，向喷油泵输送燃油。输油泵结构如图12-19所示，它由手油泵和机械泵两部分组成。机械泵负责发动机正常工作时的供油，而手油泵只用于系统排气。输油泵多安装于喷油泵上，由高压油泵的凸轮轴驱动。
图12-18 燃油滤清器
图12-19 输油泵的结构
输油泵的工作原理如图12-20所示。在高压油泵的泵轴上设有输油泵凸轮，凸轮通过滚轮组件、推杆驱动活塞下行；活塞上行复位由复位弹簧驱动完成。活塞在凸轮作用下下行时，柱塞下方的油腔压力增高，油腔内的燃油顶开出油阀将燃油泵出，为高压油泵供油；凸轮转过最高点后，活塞在弹簧作用下复位上行，此时，活塞下方的油腔容积增大，在真空吸力作用下进油阀被吸开，将燃油吸入活塞下方的油腔。以上过程不断循环，输油泵就可连续为高压油泵供油。
3.直列柱塞泵
（1）直列柱塞泵结构 直列柱塞泵结构如图12-21所示，它由泵体、分泵、油量调节机构、传动机构和调速器等部分组成。直列柱塞泵按结构类型可分为A型泵、B型泵和P型泵等多种类型。
图12-20 输油泵工作原理
图12-21 直列柱塞泵
分泵（图12-22）是直列泵的核心元件，每个分泵负责为某一缸供油，分泵的数量等于气缸数。分泵由柱塞副、出油阀及驱动机构等零件组成。
（2）供油原理 柱塞偶件的泵油过程如图12-23所示。柱塞头部加工有直槽和斜槽，直槽将柱塞顶部油腔与斜槽下部的环形油腔连通。柱塞套筒上有一个或两个油孔与泵体上的低压油腔（压力由输油泵建立）连通。柱塞下行至上端面在柱塞套筒的进油孔以下时，低压油腔的柴油进入柱塞顶上的油腔内。柱塞自下止点向上运动，且上端面没有完全遮住柱塞套筒上的油孔时，部分柴油被柱塞挤回低压油腔。柱塞上端面完全遮住油孔（图12-23c）时，柱塞外圆柱面切断柱塞套筒内腔与泵体低压油腔的通道，柱塞继续上升，柱塞套筒内的燃油压力迅速上升，打开出油阀，为喷油器供油。柱塞继续上移，当其头部下斜面刚刚露出套筒的油孔时，低压油腔与斜槽下部环形油腔连通，柱塞上方的高压燃油通过直槽迅速流回到低压油腔，使柱塞顶上的油压下降、出油阀关闭，供油停止（图12-23d）。此后，柱塞继续上行，直到上止点为止，但不再泵油。从上述吸油和压油过程可知，在柱塞向上运动的整个过程中，只有中间一段行程（从图12-23c到图12-23d）才是供油过程，这一行程称为柱塞的有效行程。
图12-22 分泵结构
图12-23 柱塞泵油过程
a）柱塞下行吸入燃油 b）柱塞上行回流 c）柱塞封堵进油口，开始供油 d）油口露出，供油结束
（3）油量调节 油量调节机构的作用是实现油量控制，使供油量能在最大供油量到零供油量（断油）的范围内连续变化，以适应柴油机的负荷要求。油量调节机构的组成如图12-24所示，供油量的调节是通过齿杆机构转动柱塞实现的。齿条运动时，带动齿圈转动，而齿圈与控制柱塞转动的控制套筒固定在一起。这样，拉动齿条时，柱塞便同步转动，供油结束时刻会随柱塞斜边对正柱塞套筒回油孔位置的改变而变化。柱塞转动的角度不同，柱塞的有效行程也不同，因此供油量也随之改变。
柱塞相对不供油位置（图12-24a）转动的角度越大，柱塞上端面到打开柱塞套筒回油孔的斜边距离也越大，供油量也就越多。若柱塞转动的角度较小，则断油开始较早，供油量也较少。柴油机熄火时必须断油，可将柱塞上的纵向直槽转到正对着柱塞套筒上的回油孔方向。此时，在整个柱塞行程中，柱塞套筒内的燃油一直通过直槽流回低压油道，出油阀不会打开，故供油量为零。
图12-24 油量调节机构
a）停止供油位置（直槽与进油口对正） b）供油量增加 c）最大供油量（有效行程最大）
一些喷油泵上采用了油量调节机构，其为拨叉拉杆式设计（图12-24），调节原理与齿轮齿条机构相同。
4.调速器
（1）喷油泵的速度特性 喷油泵的速度特性指在油量调节机构位置不变的情况下，随柴油机负荷的突然改变，供油量反向变化（负荷增大，供油减少；负荷减小，供油增加）的现象。当负荷减小时，转速升高，导致柱塞泵循环供油量增加，这会使转速进一步升高，如此不断恶性循环，造成发动机转速越来越高，最后飞车；反之，当负荷增大时，转速降低，导致柱塞泵循环供油量减少，这会使转速进一步降低，如此不断恶性循环，造成发动机转速越来越低，最后熄火。
图12-25 拨叉拉杆式油量调节机构(www.xing528.com)
速度特性显然对保持柴油机稳定运转是不利的。要改变这种恶性循环，就要克服喷油泵的速度特性。为此，喷油泵都装有调速器。调速器是根据发动机负荷变化来自动调节供油量，从而保证发动机的转速稳定。
调速器按功能可分为两速调速器和全程调速器两类。两速调速器只在怠速和最高转速时起作用，中间转速供油需由驾驶人通过控制油门来调节，多用于车用柴油机；全程调速器全程对供油量进行调节，多用于工程机械用柴油机。
（2）RFD型调速器 RFD型调速器是在RAD和RSV调速器的基础上发展而来的全速/两速调速器，它既可作两速用，又可作全速用，其结构如图12-26所示。下面对这种调速器的两速应用工作原理进行介绍。
①起动工况。驾驶人将加速踏板踩到底后，控制杠杆处于全负荷位置。支持杠杆以销钉d为支点逆时针旋转，浮动杠杆以销轴b为支点逆时针旋转，齿条被推到最左边（最大喷射量的位置）。此时，浮动杠杆被拉到最左边，导动杠杆绕着销轴a顺时针转动，滑套左移、飞块回收，这使齿条移动到最左边，即最大供油位置，保证起动时可加浓混合气。
图12-26 RFD型两极调速器
1—飞块 2—支持杠杆 3—控制杠杆 4—滚轮 5—油泵凸轮轴 6—浮动杠杆 7—调速弹簧 8—速度设定杠杆 9—供油调节齿杆（齿条） 10—拉力杠杆 11—速度设定调节螺栓 12—起动弹簧 13—拉杆 14—导动杠杆 15—怠速弹簧 16—滑套
②无负荷运转（怠速）工况。发动机怠速运转时的工作情况如图12-27所示。控制杠杆处于无负荷位置，通过杠杆传动使齿条被拉到最右端（最小供油位置）。怠速转速下飞块离心力将怠速弹簧压缩，当离心力与怠速弹簧弹力平衡时，齿条位置保持不变。
当负荷突然减小、发动机转速提高时，飞块离心力增大，滑套受力平衡被打破，会进一步压缩怠速弹簧右移，带动导动杠杆、浮动杠杆、齿条一同右移，使供油量下降，并抑制转速提高；当负荷突然增大时，发动机转速降低，飞块离心力减小，滑套受力平衡被打破，在怠速弹簧作用下左移，带动导动杠杆、浮动杠杆、齿条一同左移，使供油量上升，并抑制转速下降。
③中速供油量控制。踩下加速踏板，控制杠杆逆时针转动，齿条左移增加供油量，发动机转速上升，飞块离心力增大，滑套右移将怠速弹簧压缩到极限。此后，驾驶人继续踩下加速踏板，发动机转速在怠速和额定转速间变化时，飞块保持在固定开度不变，销轴b位置不再变化，调速器不再对供油量进行调节，供油量大小只由加速踏板角度决定。控制杠杆位置与齿条位置一一对应。
④最高转速时的供油量控制。如图12-28所示，达到最高转速时，飞块的离心力与调速弹簧之间的受力平衡被打破，飞块的离心力大于调速器弹簧的弹力，飞块在中速时的位置基础上继续张开，拉力杠杆在飞块离心力作用下绕销轴a逆时针转动、通过杆件带动齿条右移，供油量减小，发动机的转速上升势头被遏制。当转速超过额定转速200r/min左右时，齿条将右移至停油位置。
图12-27 怠速工作情况
图注同图12-26
图12-28 最高转速工作情况
图注同图12-26
维修案例
游车故障诊断
游车指发动机运转情况下，加速踏板固定在某一位置不动，但发动机的转速仍在较大的范围内周期性地忽高忽低变化的现象。游车的车辆在加速时转速上升滞后，而松开加速踏板减速时转速下降缓慢。
（1）原因
游车的根本原因是油量调节机构故障，如喷油泵相关机件的运动阻力过大或配合间隙过大；调速器的灵敏度下降，调速器反应滞后于转速的变化。具体原因如下：
①喷油泵油量调节拉杆（即齿条）移动不灵活。
②喷油泵凸轮轴轴向间隙过大。
③喷油泵供油调节拉杆上固定的拔叉与调节臂配合间隙过大，或油量调节齿杆与齿圈的间隙过大。
④供油调节拉杆与拔叉（齿圈与柱塞旋转套筒）松动或变形，妨碍了循环供油量的及时调节。
⑤调速器内部机油太脏、太少或黏度过大。
⑥调速器内运动件配合过紧，阻力大。
⑦调速器内运动件各连接处磨损过度、松旷。
⑧调速器弹簧变形或折断。
⑨调速器飞块收张不灵活。
（2）诊断与处理方法
①首先检查调速器内机油是否过少、过脏或黏度过大，必要时清洗、更换机油。
②对于A型泵，可拆下喷油泵检视窗盖板，用手捏住油量调节拉杆（或齿杆），检查拉杆（或齿杆）前后移动是否自如。如果油量调节拉杆移动阻力较大，则说明拉杆（或齿杆）与支承孔配合过紧或弯曲变形，应拆下调速器盖，分解油泵并查明原因。
③如果用手捏住油量调节拉杆来回移动灵便，说明配合件间隙过大或固定螺钉有松动。如果前后移动拉杆（或齿杆）的同时，用手捏住拔叉（或齿圈），感觉有相对移动，说明螺钉松动，应紧固。齿杆与齿圈的齿隙过大，也可能造成游车。
④若上述检查结果正常，则是调速器各连接点松旷，如飞锤销孔座架连接处，拉杆（或齿杆）与调速杠杆连接处等。
⑤检查调速器弹簧是否变形，各飞块收张距离是否一致。
⑥检查凸轮轴轴向间隙。
你学会了吗？
1.柴油机喷油泵的速度特性如何？调速器的作用是什么？
2.什么是柴油机游车？如何诊断并排除游车故障？
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