论文“改善发动机冷起动性能的研究”原稿

风中的眼睛

                          改善喷油泵冷起动性能的研究
                  摘要：针对PMD喷油泵冷起动困难的问题，对喷油泵的回油螺钉、凸轮轴、柱塞做了改进设计，提高了喷油泵在起动、怠速工况下的工作能力，改善了喷油泵的冷起动困难的问题，基本满足了发动机冷起动的要求。
         关键词：冷起动；回油螺钉；降速型线；等压阀；柱塞
     引言：PMD喷油泵是山东康达集团有限公司开发的满足非道路国二排放的喷油泵，现在已经在玉柴、常柴等多家发动机厂批量、小批量装机。我国地域辽阔，有的柴油机卖到北方后遇到冬天，发现冷车起动较为困难，给用户带来极大不便，针对这一问题我们在玉柴冷冻试验室进行了发动机冷冻试验，改善了发动机的冷起动困难的问题。
        问题：常温下首先将装有PMD喷油泵的玉柴4BJ发动机正常启动运转后，在冷库里冷冻经过24小时的冷冻，发动机的机油温度达到-5摄氏度。在-5摄氏度温度下，电瓶使用两个120Ah串联，发动机顺利起动，起动时间约为2.3秒。再24小时冷到到-10摄氏度，电瓶使用两个120Ah串联，起动发动机，发动机有着火迹象，起动电机停止运转后发动机熄火，多次起动发动机均失败，起动转速波形见图1。把喷油提前角分别调到15度和17度，发动机在-10摄氏度仍无法起动，可见喷油泵在怠速位置时喷油泵的工作能力无法满足发动机的需要。

图1
    我们仔细检查了发动机、喷油泵的油路，发现喷油泵回油管处有明显的气泡排出，经检查相关油路，未发现漏气；更换柴油滤清器，更换溢流阀，仍有气泡排出。
   分析原因：发动机冷冻后，冷起动困难。从喷油泵的角度出发进行分析大致有以下两点原因：1、冷冻后的发动机，因为喷油泵高压油腔内有空气而导致喷油泵的起动油量减小，发动机无法启动。2、发动机可以启动，但因气缸内温度很低，喷出的油量没有充分燃烧，无法维持起动、怠速运转而熄火。
   改进措施：针对上述分析的原因，我们制定了如下的整改措施：
   1、排除喷油泵高压油腔中的空气。我们检查了喷油泵整个油路没有发现因为零部件质量出现问题而引起了油路中进去气体。拆卸进、回油螺钉后仔细经检查发现原结构存在设计缺陷，原结构如图2，

图2
右侧的A型组合密封垫装在回油螺钉螺纹处，因为螺纹的原因该处密封垫没有起到密封的作用，喷油泵高压油腔的燃油通过螺纹可以进入回油管低压油腔里，这样就导致喷油泵在冷冻的时间内高压油腔内出现气体，喷油泵起动时喷射出的油量减小，无法起动开发动机。
        针对这一问题重新设计了回油螺钉和接头座，结构如图3，使A型组合密封垫密封在回油螺钉的圆柱处，消除了因为A型组合垫密封在螺纹处产生喷油泵高压油腔内高压燃油泄漏的问题，喷油泵经过冷冻后，再通过放气螺钉放气时，发现喷油泵高压油腔的空气明显减少。

图3
    2、优化喷油泵的凸轮型线，凸轮轴采用降速凸轮型线设计，提高喷油泵的在低速工况的工作能力。发动机启动后，迅速在低速工况运转时，因为转速较低通常在550r/min~750r/min之间，此时喷油泵因为油量很小，导致其喷射压力较低。冷冻后气缸内温度较低、雾化较差，不利于燃烧。这样即使发动机起动后，喷油泵在怠速位置时也无法维持发动机的正常运转，发动机将马上熄火。为了提高该工况的喷射压力，使发动机可以正常运转，必须提高该工况的供油速率，即提高柱塞的运动速度。
        基于上面的想法，采用降速凸轮型线设计的方法对喷油泵的凸轮轴重新进行了设计，改进前、后柱塞运动速度如图4，
       

图4
        改进后的凸轮轴供油始点为降速段的起始点，与改进前的柱塞运动速度相比提高了大约27%，并且提高了工作段喷油泵的平均供油速率，大大提高了喷油泵的工作能力。优化前、后柱塞供油始点的供油速率对比数据如表1（注：柱塞直径为Φ10.5）。

        预行程        凸轮转角        供油速率
改进前        4.0（mm)        31(deg)        25.96(mm3/deg)
改进后        5.8(mm)        36(deg)        32.89(mm3/deg)
                                表1
        采用等压阀，提高喷油泵在低速位置的供油量。原机泵采用的是等容阀，在同一台喷油泵进行了等压阀与等容阀相比的油量变化的的对比，对比数据如图4，可见油门手柄在怠速位置时，喷油泵的转速从怠速转速750r/min降到启动转速550r/min，采用等压阀时，在转速为550r/min时喷油泵的喷油量提高了约180%。这样发动机起动后转速较低，在温度较低的气缸内，可以有足够多的喷油量来维持发动机的运转而不会熄火。

图5
        改进柱塞头部结构，采用双导程柱塞见图6，改善怠速的稳定性。在不改变喷油泵和调速器的任何参数调整的情况下，绝大多数喷油泵有低速不稳定现象。但在采用出油阀与双导程柱塞组合的方案时不稳定现象基本或完全消失〔1〕。

图6
    通过该结构可以提高冷启动后发动机在怠速位置运转的稳定性，减小冷车时转速波动的波动范围，降低因为怠速转速波动而熄火的可能性。
    应用：按照上面的改进措施，试制了回油螺钉、降速凸轮轴及柱塞偶件，装配了PMD喷油泵重新进行了冷起动试验：
    -10摄氏度条件下，电瓶使用两个120Ah串联 ，第一次起动成功，起动时间约1.2秒；
        -15摄氏度条件下，电瓶使用两个120Ah串联，发动机第一次起动成功，起动时间约4.5秒；
        -20摄氏度条件下，带预热装置起动，预热时间为25秒，电瓶使用两个120Ah串联，发动机两次起动失败；电瓶使用两个150Ah串联，第一次起动成功，时间约6.7秒；
        -25摄氏度的条件下，带预热装置起动，预热时间为25秒，电瓶使用两个150Ah串联，起动发动机，起动失败。更换成两个180Ah串联，重新冷冻，待温度到达要求后，重新起动，起动时间约16.3秒后起动电机停止运转，发动机可以运转，运转约1分钟后停车熄火，启动成功，如图7。（注：冷启动试验时，油门手柄始终在怠速位置）
       

                           图7
    结论：1、回油螺钉的改进设计，降低了喷油泵高压油腔内的气泡，提高了喷油泵启动时的供油量；凸轮轴的改进设计，提高了喷油泵在起动、怠速工况的供油速率及工作能力；柱塞的改进设计，提高了喷油泵在怠速工况的运转情况；等压阀的使用，提高了喷油泵在怠速位置时喷油量。它们的应用，可以改善发动机的冷启动性能。
        合理的选择起动电瓶的电量也将有助于发动机冷启动性能的改善。

随风1

针对论文“改善发动机冷起动性能的研究”，给出的专业回复如下：

该论文针对PMD喷油泵在冷起动方面存在的问题进行了深入研究，通过对喷油泵的回油螺钉、凸轮轴以及柱塞进行改进设计，有效提高了喷油泵在起动和怠速工况下的性能，显著改善了冷起动困难的问题。该论文研究内容详实，方法专业，对于发动机冷起动技术的改进具有重要的参考价值。关键词和引言部分也阐述得清晰明了。

建议进一步开展实验研究，以验证改进设计的有效性和可靠性，并考虑在不同环境条件下对改进后的喷油泵进行长期测试，以确保其性能的稳定性。总的来说，该论文为发动机冷起动性能的改善提供了有益的参考。