用于非道路国Ⅲ柴油机的VE泵的优化设计

【摘 要】随着时代的进步，柴油机的尾气排放问题日益引起社会各界的重视。VE泵在高速轻载的柴油机领域具有不可替代的优势。作为非道路国Ⅲ的主流技术路线之一，电控VE泵用于拖拉机、叉车等农用机械和工程机械越来越受到行业的重视，但是，把VE泵用于低速大扭矩柴油机，必须对其进行设计优化。本文对VE泵的调速系统进行分析，提出了改进建议。

【关键词】VE泵 柴油机 非道路国Ⅲ 优化

【Abstract】Along with the progress of the times， the problem of exhaust gas emissions of diesel engine is becoming more and more important. VE pump in the field of high speed and light load of diesel has irreplaceable advantages. As one of the main technical routes of the non road state， the electronic controlled VE pump is used for the agricultural machinery and construction machinery. However， the VE pump is used in low speed and high torque diesel engine. In this paper， the speed control system of VE pump is analyzed， and the improvement suggestions are put forward.

【Key words】VE pump diesel engine， the non road state optimization

在道路国Ⅲ阶段，柴油版皮卡、轻卡、SUV领域，VE型分配泵得到了广泛的应用，也促使VE泵成为非道路国Ⅲ柴油机的首选配置之一。但是，把VE泵用于低速大扭矩柴油机，改变了VE泵的用途，不利于发挥VE泵的优势。本文对VE泵的调速原理进行了分析，提出设计改进意见，以使其更好地胜任非道路工况的要求。

1 VE泵调速系统的力学平衡关系

VE泵的力学分析，包括了两个平衡：一是力的平衡，二是位移平衡。力的平衡是指由飞锤旋转产生的离心力，作用在调速套筒上的分力与调速弹簧、怠速弹簧、缓冲弹簧等弹簧力之间的平衡，位移平衡是指调速套筒的水平移动距离与油量控制套位移之间的对应关系。本文以某种型号的VE泵为例，着重分析了位移平衡关系，并辅以力学分析，对VE泵的调速系统提出改进建议。

2 力的平衡关系

VE泵力的平衡系统的动力源自于飞锤旋转所产生的离心力，飞锤旋转产生的离心力计算如下：

（1）

式（1）中：

——飞锤质量（按10克计算）， ——飞锤质心与旋转中心之间的距离（随飞锤张开角度增大而增加）， ——油泵转速， ——传动齿轮与飞锤座齿轮的传动比。

从公式（1）中可以看出，在飞锤张开角度不变的情况下，离心力与油泵转速的平方成正比；在转速不变的情况下，离心力随飞锤张开角度的增大而增加。在VE泵工作过程中，调速系统受到零件间摩擦力及柴油涡流扰动的影响，力的平衡随时处于一种调整过程之中。如果离心力、弹簧力过小，离心力和弹簧力之间的平衡就很容易被打破，造成发动机出现游车、抖动、怠速不稳等故障，在同样转速下，若想得到更大的离心力，使调速系统工作更稳定，就应设法增加飞锤张开的角度。

3 位移平衡关系

调速套筒的轴向运动，带动了调速器球头的移动，调速器球头的位移决定了油泵供油量的大小。如果忽略调速器杠杆比随调速器工作角度而产生的微小变化，调速套筒的轴向位移与调速器球头位移之间存在一一对应关系。

对于某种配置的VE泵，先测试出其速度特性，根据其与发动机配试的参数，可以从速度特性表中查出各转速下，调速器球头的位移，从而反算出调速套筒的位移，得到飞锤在各转速下的张开角度，评估该型号油泵的设计合理性与设计余量。VE泵的飞锤最大张开角度可以达到26度，如果计算得到的飞锤最大张开角度小于20度，说明调速系统没有得到很好的利用；而如果计算得到的飞锤最大张开角度大于25度，说明设计余量太小，由于零部件存在差异，油泵极易出现高速不停油或启动油量小的情况。

以匹配工程机械的某种配置VE泵为例，测试得到油泵的速度特性表如表1。

该型号VE泵与发动机进行匹配实验，得到样泵的性能参数如下：启动点100转/分，供油量6ml/100次；限烟点600转/分，供油量17.5ml/500次；扭矩点900转/分，供油量23.5ml/500次；标定点1250转/分，供油量23.5ml/500次；最高空转1350转/分，供油量3ml/500次，调速率8%。查速度特性表，各转速下控制套的理论行程分别为启动点100转/分，控制套行程1.37mm；限烟点600转/分，控制套行程0.79mm；扭矩点900转/分，控制套行程1.02mm；标定点1250转/分，控制套行程1.09mm；最高空转1350转/分，控制套行程0.3mm。根据控制套的行程和调速器的杠杆比，计算得到调速套筒的最大位移为2.59mm，对应飞锤最大张开角度为15度。

从计算可以看出，该型号油泵没有充分发挥调速系统的潜力。假设最高空转时，飞锤的张开角度为23度，调速套筒的最大位移则为4.11mm，反算到启动点100转，MS值增加了约1.5mm，飞锤的离心力得到了充分的利用，但是启动油量大大增加了，肯定会造成发动机启动冒黑烟的情况。这就需要设法降低油泵的启动供油量。按照VE泵的传统设计，油泵的启动油量是通过改变MS值来调整的，增大MS值，油泵的启动油量增大；减小MS值，油泵的启动油量减小。对于匹配工程机械的该配置VE泵而言，在MS值满足油泵启动油量要求的情况下，飞锤的最大张开角度只有15度，调速系统的能力没有发挥出来。如果能让启动油量与MS值脱钩，就可以充分发挥调速系统的潜力，有利于改善发动机的怠速加载能力，降低调速率，从而满足工程机械对油泵的特殊要求。为了实现这一目标，可以利用调速支架挡销来调整油泵的启动油量。以油泵的最高空转作为设计基准，将油泵的MS值统一调整到调速系统允许的最大值，这样启动油量会大大超出调试卡的要求，通过在调速支架挡销上加调整套筒的方式，减小调速拨杆张开的最大角度，来满足发动机对启动油量的要求。采用这种方式，由于每台油泵的MS值都相同，有利于提高油泵的一致性，进而提高油泵调试的效率。

4 结语

本文对VE泵调速系统的力学平衡关系进行了理论分析，对VE泵用于工程机械提出了改进设计的建议。只有解放思想，敢于创新，跳出条条框框的束缚，对VE泵的结构进行大胆改进，才能充分发挥出VE泵的潜力，使VE泵在低速大扭矩柴油机领域体现出其独特的优势。

参考文献：

[1] 周龙宝.内燃机学[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2] 罗子华，黄大明，韦志康，等.柴油机调速器概述[J].拖拉机与农用车，2007（4）：34.

作者简介：隋信众（1971—），男，山东龙口人，硕士，毕业于中国石油大学，高级工程师，技术主管。