用于非道路國Ⅲ柴油機的VE泵的優化設計

【摘 要】隨著時代的進步，柴油機的尾氣排放問題日益引起社會各界的重視。VE泵在高速輕載的柴油機領域具有不可替代的優勢。作為非道路國Ⅲ的主流技術路線之一，電控VE泵用于拖拉機、叉車等農用機械和工程機械越來越受到行業的重視，但是，把VE泵用于低速大扭矩柴油機，必須對其進行設計優化。本文對VE泵的調速系統進行分析，提出了改進建議。

【關鍵詞】VE泵 柴油機 非道路國Ⅲ 優化

【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

在道路國Ⅲ階段，柴油版皮卡、輕卡、SUV領域，VE型分配泵得到了廣泛的應用，也促使VE泵成為非道路國Ⅲ柴油機的首選配置之一。但是，把VE泵用于低速大扭矩柴油機，改變了VE泵的用途，不利于發揮VE泵的優勢。本文對VE泵的調速原理進行了分析，提出設計改進意見，以使其更好地勝任非道路工況的要求。

1 VE泵調速系統的力學平衡關系

VE泵的力學分析，包括了兩個平衡：一是力的平衡，二是位移平衡。力的平衡是指由飛錘旋轉產生的離心力，作用在調速套筒上的分力與調速彈簧、怠速彈簧、緩沖彈簧等彈簧力之間的平衡，位移平衡是指調速套筒的水平移動距離與油量控制套位移之間的對應關系。本文以某種型號的VE泵為例，著重分析了位移平衡關系，并輔以力學分析，對VE泵的調速系統提出改進建議。

2 力的平衡關系

VE泵力的平衡系統的動力源自于飛錘旋轉所產生的離心力，飛錘旋轉產生的離心力計算如下：

（1）

式（1）中：

——飛錘質量（按10克計算）， ——飛錘質心與旋轉中心之間的距離（隨飛錘張開角度增大而增加）， ——油泵轉速， ——傳動齒輪與飛錘座齒輪的傳動比。

從公式（1）中可以看出，在飛錘張開角度不變的情況下，離心力與油泵轉速的平方成正比；在轉速不變的情況下，離心力隨飛錘張開角度的增大而增加。在VE泵工作過程中，調速系統受到零件間摩擦力及柴油渦流擾動的影響，力的平衡隨時處于一種調整過程之中。如果離心力、彈簧力過小，離心力和彈簧力之間的平衡就很容易被打破，造成發動機出現游車、抖動、怠速不穩等故障，在同樣轉速下，若想得到更大的離心力，使調速系統工作更穩定，就應設法增加飛錘張開的角度。

3 位移平衡關系

調速套筒的軸向運動，帶動了調速器球頭的移動，調速器球頭的位移決定了油泵供油量的大小。如果忽略調速器杠桿比隨調速器工作角度而產生的微小變化，調速套筒的軸向位移與調速器球頭位移之間存在一一對應關系。

對于某種配置的VE泵，先測試出其速度特性，根據其與發動機配試的參數，可以從速度特性表中查出各轉速下，調速器球頭的位移，從而反算出調速套筒的位移，得到飛錘在各轉速下的張開角度，評估該型號油泵的設計合理性與設計余量。VE泵的飛錘最大張開角度可以達到26度，如果計算得到的飛錘最大張開角度小于20度，說明調速系統沒有得到很好的利用；而如果計算得到的飛錘最大張開角度大于25度，說明設計余量太小，由于零部件存在差異，油泵極易出現高速不停油或啟動油量小的情況。

以匹配工程機械的某種配置VE泵為例，測試得到油泵的速度特性表如表1。

該型號VE泵與發動機進行匹配實驗，得到樣泵的性能參數如下：啟動點100轉/分，供油量6ml/100次；限煙點600轉/分，供油量17.5ml/500次；扭矩點900轉/分，供油量23.5ml/500次；標定點1250轉/分，供油量23.5ml/500次；最高空轉1350轉/分，供油量3ml/500次，調速率8%。查速度特性表，各轉速下控制套的理論行程分別為啟動點100轉/分，控制套行程1.37mm；限煙點600轉/分，控制套行程0.79mm；扭矩點900轉/分，控制套行程1.02mm；標定點1250轉/分，控制套行程1.09mm；最高空轉1350轉/分，控制套行程0.3mm。根據控制套的行程和調速器的杠桿比，計算得到調速套筒的最大位移為2.59mm，對應飛錘最大張開角度為15度。

從計算可以看出，該型號油泵沒有充分發揮調速系統的潛力。假設最高空轉時，飛錘的張開角度為23度，調速套筒的最大位移則為4.11mm，反算到啟動點100轉，MS值增加了約1.5mm，飛錘的離心力得到了充分的利用，但是啟動油量大大增加了，肯定會造成發動機啟動冒黑煙的情況。這就需要設法降低油泵的啟動供油量。按照VE泵的傳統設計，油泵的啟動油量是通過改變MS值來調整的，增大MS值，油泵的啟動油量增大；減小MS值，油泵的啟動油量減小。對于匹配工程機械的該配置VE泵而言，在MS值滿足油泵啟動油量要求的情況下，飛錘的最大張開角度只有15度，調速系統的能力沒有發揮出來。如果能讓啟動油量與MS值脫鉤，就可以充分發揮調速系統的潛力，有利于改善發動機的怠速加載能力，降低調速率，從而滿足工程機械對油泵的特殊要求。為了實現這一目標，可以利用調速支架擋銷來調整油泵的啟動油量。以油泵的最高空轉作為設計基準，將油泵的MS值統一調整到調速系統允許的最大值，這樣啟動油量會大大超出調試卡的要求，通過在調速支架擋銷上加調整套筒的方式，減小調速撥桿張開的最大角度，來滿足發動機對啟動油量的要求。采用這種方式，由于每臺油泵的MS值都相同，有利于提高油泵的一致性，進而提高油泵調試的效率。

4 結語

本文對VE泵調速系統的力學平衡關系進行了理論分析，對VE泵用于工程機械提出了改進設計的建議。只有解放思想，敢于創新，跳出條條框框的束縛，對VE泵的結構進行大膽改進，才能充分發揮出VE泵的潛力，使VE泵在低速大扭矩柴油機領域體現出其獨特的優勢。

參考文獻：

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[2] 羅子華，黃大明，韋志康，等.柴油機調速器概述[J].拖拉機與農用車，2007（4）：34.

作者簡介：隋信眾（1971—），男，山東龍口人，碩士，畢業于中國石油大學，高級工程師，技術主管。