柱塞偶件是喷油泵总成中重要和精密的零件之一，其间隙对喷油泵的循环供油量和喷射压力有着很大的影响。随着排放法规的日益严格，对直列式喷油泵而言，为了改善燃油喷雾锥角、贯穿度和雾粒大小等喷射雾化参数，使燃油与空气在燃烧室内更好地混合，燃烧更充分，提高喷射压力是一条主要措施。而随着喷射压力的提高，柱塞偶件的密封与润滑问题则更显突出。

　　液压摩擦副要求起到3个作用，即密封作用、润滑作用与液压作用。偶件滑动配合面应形成适当的油膜让这层油膜起到润滑剂的作用。油膜太薄或形不成，摩擦副就会磨损或烧坏；油膜太厚，则又影响密封作用，造成燃油大量泄漏，降低压缩效率，甚至不能建立起与喷油泵的油量和性能要求相适应的压力。因此油膜的形成及其变化对柱塞偶件的润滑与密封至关重要。

　　1油膜理论11偶件摩擦分析根据磨擦学的一般理论，滑动表面间的摩擦功率损失（A）与相对滑动速度（U）、正压力（F）、摩擦系数（/诚正比，如下式所示：其中，随着摩擦副间所形成的油膜和润滑状态不同，f也不相同：纯液体润滑（完全油膜）/=0 001~001边界润滑（部分油膜）/=005~03干摩擦（无油膜）0 3可见，在摩擦副之间形成的油膜。2U1入达到纯液体润滑或边界膜润滑时，f将大幅度降低。

　　12偶件间隙流分析燃油在柱塞偶件间缝隙流动的雷诺数一般都较小，属于层流范畴。缝隙中燃油产生运动的原因有2种：一种是由于存在压差而产生流动，称为压差流或Poiseuilfe流；另一种是由于组成缝隙的壁面具有相对运动而使缝隙中燃油流动称为剪切流或Couette流。两者的叠加称为CouetePoiseuille流。

　　HagenPoiseuille层流理论认为流体进入环形间隙时，流速变化图是线性的。流体速度在柱塞套一侧等于柱塞套运动速度，在柱塞面则与柱塞运动速度一致。在偶件配合间隙内的流场由2个方面决定：其一，由于零件相对运动速度差引起的剪切流速度场呈梯形分布；其二，由于柱塞腔高压燃油的作用，缝隙内燃油沿轴向形成一定压力的梯度，该压力差对除边界层之外的中间层燃油作用尤为明显，形成轴向压差流场。2种流场合成终形成如所示的类抛物线速度场分布。据此，可推导出通过间隙的渗漏率计算如下：差；L为泄漏长度；u为柱塞运动速度；Rb为柱塞套中孔半径；Rp为柱塞半径。

　　13热楔效应与挤压效应偶件间即使有油膜存在，但由于摩擦表面作相对高速滑动，这种滑动摩擦力所消耗的机械功转换成热量也将使油膜温度上升。油温的升高产生3种效应：a使油的粘度下降，润滑性降低，泄漏量增大，且油温过高会使油产生裂化变质；b热能的另一部分将使摩擦副的金属壁面产生局部温升；c油膜因温升而产生热膨胀，使其产生1个附加的压力场，这个压力场所构成的流体反力具有支承一定外载荷的能力，称为油膜的热楔效应。

　　间隙压差流产生的热能在向壁面传导之前，将首先使液流升温，因而可以近似地把它看成一个绝热过程。Thona在这个假设前提下推导出纯压差流与温升的关系：，at为出口与进口温度差；Ap为压差；p为燃油密度；为燃油比热。

　　F布拉克伯恩的研究认为：液体剪切流动所产生的摩擦热，使液体发生温升，温升使油膨胀而产生附加压力场，因而构成热楔流动。因此在这种有热效应情况下的剪切流动，实际上是剪切流与热楔流的综合，温升表达式为：度和压力条件下燃油的粘度和密度；hL为偶件的间隙与密封长度。

　　实际工作中，压差流与剪切流是同时作用的，油的温升也并不是两者的简单叠加。当压差流与剪切流成正交时，温升为：当压差流与剪切流同向或反向时，温升为：/12W）剪切流量qc =bhu/2）为配合宽度（周长）c为等容比热。

　　由剪切流、压差流综合作用产生的温升形成附加压力场，构成一个新的承载能力，可以平衡部分外加载荷。承载能力可由下式表示：油膜厚度有密切关系，油膜越薄，温升就越高，相应的承载能力就越大。

　　摩擦副之间形成的初始厚度油膜在外载荷的作用下，被压挤变薄，与此同时，在摩擦副间会形成压力场，此压力场的合力可以平衡外载荷力。油膜受挤压而产生的平衡外载荷力的效果，称之为油膜的挤压效应。柱塞挤压缝隙中油膜而产生的油膜承载能力与油膜厚度变化的关系可由下式表示：d￡/dt￡为柱塞横压后与柱塞套的偏心率，￡=eA（e为偏心距），由柱塞偶件配合间隙与油膜厚度决定。

　　从上式可以看出，油膜的挤压承载能力随偏心率增加即油膜厚度的减小而增加，并与油的粘度和柱塞半径有关。油膜厚度越薄，其承载能力越大的特点，对我们利用油膜挤压效应是十分有利的。

　　14小油膜厚度上面讨论的是纯液体摩擦条件下的温升，不适用于边界摩擦。边界膜极薄，且偶件表面总存在着粗糙凸峰或燃油中夹杂细小颗粒，在载荷的作用下，凸峰部分的实际接触面积远比外观接触面积小得多，因而凸峰部分的接触应力远比外观面积的平均接触应力高得多。在这种局部地方，边界膜被剥离，造成两金属表面的直接接触。随着柱塞的高速滑动，摩擦产生的热量会使接触凸峰部位产生极高的温升，发生粘着，接着又被外加滑动力矩所撕脱。这种粘着、撕脱，再粘着、再撕脱的过程，便是摩擦幅产生粘着磨损的过程。如果压力及速度进一步增大，凸峰接触面积和温升也随之增大，造成大面积的粘着或胶合，以致外加力矩不足以把接触部位再撕脱，这就出现“咬死”现象，偶件便不能再工作。

　　由此分析，导致偶件产生“咬死”的因素主要有3点，即零件表面粗糙度、燃油清洁度和偶件间隙。道森和希金森对等温线接触弹流在各种载荷、速度和材料下进行了广泛的数值计算，并在此基础上提出了一个实际使用的小油膜厚度公式，偶件受到的装配时的压应力和运动时的燃油压力，在柱塞高速运动时，由于波动特性，使柱塞和柱塞套会产生变形。总的波动振幅可能会大于它们的间隙值，从而破坏其间的油膜，出现边界摩擦，进而产生粘着现象。他认为，柱塞偶件的小工艺间隙（△r）值应大于柱塞套和柱塞可能产生的变形值，并能保证偶件有良好的密封性：时的径向变形量；r.柱塞套波动变形量。

　　上式表明，柱塞套的装配力矩大小应合理，受力应均匀，以减小其径向变形量；振动强度与偶件尺寸、材料、装配状况和燃油压力有关，柱塞腔压力升高率稳定和避免凸轮轴异常振动都可以有效地降低偶件的波动幅值。

　　2缝隙液流理论由于凸轮轴的随机振动、进回油孔的不均匀侧向液压力以及高压腔中周期性地升压和卸压等原因，柱塞和柱塞套之间的环形缝隙内存在一股不稳定的泄油流动和润滑流动（见）因而，层流理论的计算值与实测结果差异较大，原因是：a围绕柱塞的缝隙壁具有弹性，甚至在柱塞卡滞时，随着压力的增加，缝隙体积也产生较大的改变；b.压力不对称造成柱塞径向运动，使得缝隙的表面产生移动。缝隙中的升压和卸压过程中压力明显不对称，从而产生相应大小的径向压力。

　　这种不稳定流动会产生不对称的缝隙压力分布，引起的柱塞径向运动导致柱塞偏心，甚至歪斜。这使燃油泄漏量增大，同时还会出现一侧缝隙压力太大而使柱塞有咬死的危险。

　　高压腔压力随时间的变化和柱塞的不均匀运动会产生不稳定的缝隙流动，此时液体的物理特性（密度和粘度）随局部缝隙压力变化而改变，缝隙的边界也由于柱塞套壁的膨胀、柱塞的径向运动以及缝隙长度的周期性改变而随时间变化。缝隙流动中沿缝隙宽度的燃油平均周向分速度um和平均轴向分速度Vm分别为：将两者代入连续方程，并根据流动为准稳定流的假设，可得到“修正的雷诺润滑方程”

　　在柱塞偏心的情况下，缝隙宽度用平均缝隙宽度h表示：柱塞偏心位置见示意对缝隙宽度及坐标等参数进行无因次化，y=y/Lh=hA.，则相对偏心率表示为：将雷诺润滑方程沿整圈缝隙积分，可得到用来计算圆周面平均压力力轴向分布的基本微分方程：将用于计算PKh和的方程中的p用>替代，并考虑到柱塞偶件配合面缝隙入口处的边界条件云―H，=e以及缝隙出口处的边界条件声=0=y.，则可从方程（1）求解缝隙压力分布时得到方程：燃油密度（P、动力粘度）和缝隙宽度（h）均与根据上述两方程可计算出积分常数K1，则从泄流槽流走的质量泄漏率可由下方程计算：有：a是喷油系统在标定转速1 150rmin偶件间隙3 5n的模拟结果。可以看出柱塞渗漏量对循环供量的影响为23mm3.随着供油量的减少，喷油压力降低。表明了柱塞腔内考虑渗漏与否的两者大压力差为0.7bar表明了偶件渗漏率曲线与压力曲线外形一致，柱塞腔压力越大，偶件间隙之间的压差~越大，渗漏量也就越大；b柱塞运动速度与凸轮转速和凸轮型线相关。渗漏率随柱塞运动速度上升而加大，但大渗漏量并不出现在柱塞运动速度大处，当柱塞有效行程结束后（大约在35°左右处），泄油孔已打开，柱塞腔压力迅速下降，而柱塞转速继续上升；10分为间隙值35Mm，5n，6n时的柱塞渗漏量。从图中数值可看出，间隙值对渗漏量影响很大，而且当柱塞偶件磨损后，间隙加大，会大幅度减少循环供油量，特别是柴油机在低速起动时，油量明显不足。因此，柱塞偶件配合间隙大值应控制在3.5Mm内较为合适；7°时，柱塞腔压力达到大值9966bar柱塞套变形量也同时达到大值11Mm /馨1柱塞偶件径向间隙变化e燃油的粘度随温度的增高而显著降低，随压力的增高而增大，有试验测试表明，P型泵泵腔内的燃油温度高可达110°2是在常温和100°C下，燃油特性对柱塞渗漏特性的影响。可以看出，随着粘度的下降，燃油渗漏量明显增加。

　　柱塞腔压力和柱塞偶件渗漏率el柳藤2燃油特性对渗漏特性的影响4结语通过上述研究与分析，可以得到以下结论：a当偶件间隙形成的油膜达到纯液体润滑或边界膜润滑时，将大幅度降低摩擦系数；b.柱塞的运动使燃油温度升高，从而降低润滑油的粘度，并增加了偶件“粘着”的危险性，但同时产生热楔效应，附加的压力场使油膜具有支承一定的外载荷的能力；油膜的热楔效应与油膜厚度有密切关系，油膜越薄，温升就越高，相应的承载能力就越大；c油膜的挤压承载能力随油膜厚度的减小而增加，并与油的粘度和柱塞半径有关。油膜厚度越薄，其承载能力越大的特点，对我们利用油膜挤压效应是十分有利的；d柱塞的偏斜运动，使燃油泄漏量增大，同时还使一侧缝隙压力太大而使柱塞有咬死的危险。初始厚度油膜被压挤变薄，在摩擦副间会形成压力场，使油膜产生平衡外载荷力的能力；e在确定偶件小间隙时，不仅要考虑油膜的形成，保证柱塞偶件有良好的密封性，还要考虑在装配和使用过程中偶件的弹性变形；f柱塞偶件间隙的渗漏对喷射压力、循环供油量和润滑都存在不可忽视的影响。渗漏量与燃油粘度、腔内压力、柱塞运动速度、柱塞直径、间隙长度、相对偏心率等因素相关；从燃油渗漏角度看，本文研究喷油泵柱塞偶件配合间隙大值应控制在3. g控制柱塞偶件头部配合间隙，偶件配合间隙沿柱塞轴心线变化的方向性及偶件裙部配合间隙范围，成为减小和控制柱塞横向运动进而避免柱塞偶件发生卡死、泄漏为直接、有效的方法。这对柱塞偶件配磨工艺、配合间隙控制、零件几何精度、配合工作表面加工纹理与粗糙度指标的控制等都提出了相当高的要求。