PT燃油泵的控制
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PT燃油泵具有兩個(gè)功能：速度控制和油壓控制，兩者相互影響。 |
摘要：對于一般使用條件下的康明斯柴油發(fā)電機組，其PT泵往往只裝有PTG調速器，PTG調速器主要由柱塞、柱塞套、飛錘、壓力控制鈕、怠速彈簧、高速彈簧等組成。PTG調速器只控制怠速和最高轉速，在急速和最高轉速之間直接由操作員通過(guò)節流閥控制供油。從齒輪泵經(jīng)濾清器來(lái)的燃油經(jīng)供油管路和柱塞套上的油孔進(jìn)入柱塞中段凹陷部分的環(huán)狀空間，并由此經(jīng)怠速油路或正常工作油路到噴油器。同時(shí)，燃油還由柱塞的軸向孔流到柱塞與壓力控制鈕之間。柴油發(fā)電機工作時(shí)（起動(dòng)時(shí)除外），在燃油壓力的作用下，柱塞與壓力控制鈕之間形成一個(gè)間隙，部分燃油經(jīng)此間隙和旁通油路回到齒輪泵的入口處。
一、PT燃油系統速度控制
1、怠速控制怠速工作過(guò)程
怠速時(shí)，節流閥關(guān)閉（由操作員操縱），正常工作油路被切斷，這時(shí)柴油發(fā)電機轉速很低，飛錘的離心力很小，急速彈簧17稍被壓縮，柱塞處于接近最左端的位置。怠速油路5（它的斷面較?。┡c從齒輪泵來(lái)的供油進(jìn)油道4接通，燃油從怠速油路不經(jīng)節流閥直接經(jīng)過(guò)切斷閥送往噴油器，維持柴油發(fā)電機急速所需的油量。此時(shí)若柴油發(fā)電機的轉速升高，毛錘的離心力增大，超過(guò)此時(shí)怠速彈簧的作用力，推動(dòng)柱塞略向右移，柱塞上的臺階將怠速油路的流通面積遮住一部分，對燃油產(chǎn)生較大的節流作用，使經(jīng)怠速油路到噴油器的油壓下降，因而怠速油量減少，限制了怠速轉速的升高、柴油發(fā)電機轉速降低時(shí)，在怠速彈簧17的作用下壓力控制鈕左移，消除間隙后推動(dòng)柱塞左移，使怠速油道的通過(guò)斷面積增大，噴油量相應增加，使柴油發(fā)電機轉速回升。
2、正常工況和高速控制
（1）柴油發(fā)電機在正常工作時(shí)（轉速在怠速與標定轉速之間），節流閥打開(kāi)，燃油通過(guò)正常工作油路和節流閥送往噴油器，這時(shí)由于轉速的升高，飛錘的離心力通過(guò)柱塞將怠速彈簧進(jìn)一步壓縮，柱塞處于中間位置，柱塞上的臺階處于怠速油路與正常工作油路之間，正常工作油路始終處于接通狀態(tài)送往噴油器的油壓（也就是節流閥后的油壓）取決于節流閥的開(kāi)度和柴油發(fā)電機的轉速。節流閥開(kāi)度越大，送往噴油器的油壓會(huì )越高（因為節流閥的節流作用減小了），噴油器計量孔每循環(huán)的進(jìn)油量就越多，因而提高了柴油發(fā)電機負荷能力。
（2）當柴油發(fā)電機轉速升高時(shí)，飛錘的離心力增大，推動(dòng)柱塞右移。由于調速器起作用前，在燃油壓力的作用下，壓力控制鈕與柱塞兩者的端面保持間隙Δ，部分燃油從此間隙經(jīng)旁通油道流回。柱塞右移將使間隙減小，使通過(guò)旁通油道的同油量減少，柱塞套筒內腔的油壓即出油口的燃油壓力隨之增高，從而使噴油量不會(huì )因轉速升高噴油器進(jìn)油時(shí)間縮短而減少。反之亦然。由此可見(jiàn)，在PT燃油系統中，噴油器的進(jìn)油時(shí)間和PT泵的出油壓力始終處于動(dòng)態(tài)適應過(guò)程，從而使噴油器每循環(huán)的噴油量滿(mǎn)足柴油發(fā)電機的不同工況要求。這就是壓力—時(shí)間（PT）系統工作的基本原理。
（3） 當柴油發(fā)電機轉速超過(guò)標定轉速并繼續升高時(shí)，飛錘離心力進(jìn)一步增大，克服高速彈簧的彈力，使柱塞繼續右移，柱塞上的臺階將正常工作油路遮住一部分或全部，由于出油口的節流作用，供油壓力急劇下降，噴油量隨之迅速減少，從而限制了柴油發(fā)電機超速。這時(shí)，較多的燃油經(jīng)旁通油路回到齒輪泵的吸油端，PTG調速器的作用限制了柴油發(fā)電機的最高轉速。
3、高速轉矩校正
高速轉矩校正過(guò)程，高速轉矩彈簧裝在柱塞套筒和柱塞之間，當飛錘因離心力張開(kāi)而使高速轉矩彈簧壓縮時(shí)，高速轉矩彈簧將阻止柱塞體右移。柴油發(fā)電機轉速較低時(shí)，高速轉矩彈簧處于自由狀態(tài)。當轉速升高到最大轉矩轉速時(shí)，高速轉矩彈簧開(kāi)始與柱塞套筒接觸。隨著(zhù)轉速繼續升高，柱塞右移，轉矩彈簧也逐漸被壓縮，阻止柱塞的移動(dòng)和間隙Δ的減小，從而延緩了燃油壓力的增高，使噴油量相對減少，最終使柴油發(fā)電機的轉矩隨轉速升高而有較大的下降，以提高柴油發(fā)電機高速時(shí)的適應性。
4、低速轉矩校正
低速轉矩校正過(guò)程，在飛錘柱塞的左端裝有低速轉矩彈簧（亦稱(chēng)飛錘助推彈簧）。當轉速降低時(shí)，飛錘柱塞左移，低速轉矩彈簧被壓縮，使飛錘柱塞的移動(dòng)受阻，調速柱塞左移亦受阻，從而延緩了間隙Δ的增大和燃油壓力的下降，使噴油量相對增加、因此，低速轉矩彈簧的作用是當柴油發(fā)電機低速運轉時(shí)，使其轉矩適當增大，以提高柴油發(fā)電機在低速時(shí)的適應性。低速轉矩機構的結構細節。
表1 康明斯柴油機轉速控制范圍
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低怠速
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575-650RPM
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最大扭矩轉速
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1500RPM
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額定轉速
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1500RPM
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高怠速（無(wú)負載）
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2300RPM
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注：以上轉速按發(fā)動(dòng)機規格和型號各異。最大扭矩轉速約為額定轉速的70%；高怠速往往大于額定轉速的8--10%。
二、PT燃油泵調速原理與結構
1、調速器的工作原理
兩極式調速器主要由發(fā)動(dòng)機轉速的感應部件、傳動(dòng)部件和附加裝置等組成。PT（G）標準兩極調速器的工作原理是只在最低轉速和標定轉速兩種情況下起調速作用，以保證低速時(shí)工作穩定和防止飛車(chē)事故的發(fā)生。 兩極式調速器與單程式調速器的主要不同點(diǎn)是：調速彈簧由兩根（或兩組）彈簧所組成，低速彈簧較長(cháng)但剛性較弱，高速彈簧較短但剛性強，兩彈簧都有一定的預緊力。
2、調速器的結構
如圖2所示，零件分布對應序號：1.飛塊輔助彈簧，2.飛塊輔助柱塞調整墊，3.飛塊助推柱塞，4.飛塊支座，5.飛塊，6.高速扭矩校正彈簧，7.柱塞，8.怠速油道，9.主油道，10.進(jìn)油道，11.旁通油道，12.怠速柱塞導套，13.怠速柱塞，14.怠速彈簧，15.高速彈簧，16.平墊圈，17.怠速調整螺釘，18.怠速螺釘彈簧，19.調整墊。
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圖1 PT燃油泵兩極調速器原理圖 |
圖2 PT燃油泵兩極調速器結構圖 |
3、兩極調速器功能
（1）控制低怠速：
低怠速控制的關(guān)鍵在于調速器柱塞的臺肩與怠速油道的相對位置。
○ 低怠速調節：
要使柱塞在某一位置不變，其先決條件是F推與F彈相等，它們是平衡的，若某一因素發(fā)生改變，柱塞就會(huì )左右移動(dòng)。油道的截面面積就會(huì )改變，油壓也會(huì )發(fā)生變化，根據前面的介紹，油量也會(huì )變化，從而導致轉速也發(fā)生變化。
F推∝n²
n ↑→ F推↑→柱塞右移→通道減小→P↓→Q↓→n↓
n ↓→ F推↓→柱塞左移→通道增加→P↑→Q↑→n↑
這樣就使發(fā)動(dòng)機維持在某一怠速轉速下穩定運轉。所維持的怠速轉速是不是符合要求，要看機型而定，一般要求在565—750轉/分,另外，轉速不在范圍內，假如偏大，說(shuō)明通道面積偏大，其解決辦法是人為的減小F彈，使柱塞右移從而減小通道面積，來(lái)達到降低怠速的目的。反之亦然，怎樣降低F彈就是我們要討論的另一個(gè)問(wèn)題。
○ 怠速調節：
我們通過(guò)怠速調節螺釘來(lái)調節怠速，即通過(guò)擰進(jìn)擰出怠速調節螺釘來(lái)改變F彈（彈簧力）。
（2）控制高怠速（最高空車(chē)轉速）：
關(guān)鍵在于調速器柱塞臺肩與主油道的相對位置。
○ 高怠速控制：
跟低怠速控制一樣：
n ↑→ F推↑→柱塞右移→通道減小→P↓→Q↓→n↓
n ↓→ F推↓→柱塞左移→通道增加→P↑→Q↑→n↑
這樣就使發(fā)動(dòng)機維持在某一高怠速轉速下穩定運轉。所維持的高怠速轉速是不是符合要求，也要看機型而定，不同的機型轉速不一樣，有2100轉/分、有2300轉/分等，同樣的道理，若轉速不在范圍內，如偏大，說(shuō)明通道面積偏大，其解決辦法是人為的減小F彈，使柱塞右移從而減小通道面積，來(lái)達到降低高怠速的目的。反之亦然，怎樣降低F彈就是我們要討論的另一個(gè)問(wèn)題。
○ 高怠速的調節：
我們是通過(guò)調整高速彈簧墊片的厚度來(lái)改變F彈（彈簧力）。以達到調整高怠速的目的。
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圖3 PT燃油泵兩極調速器怠速狀態(tài) |
圖4 PT燃油泵兩極調速器高速狀態(tài) |
（3）壓力調節：
調速器的壓力控制都是通過(guò)油道截面面積的改變來(lái)實(shí)現的，工作原理如圖5所示。
壓力調節的作用是用來(lái)修正來(lái)自于齒輪泵的燃油壓力，為油泵提供基礎油壓，這就是為什么所有的PT泵都有兩極調速器的原因。其起作用的裝置是調速器柱塞、怠速柱塞（紐扣）以及彈簧等。
F推=P×A=F彈
其中：
P——燃油壓力；
F推——飛塊推力；
A——怠速柱塞凹入面面積；
這就是壓力調節公式， F推只與轉速的平方成正比，A的大小與所選擇的怠速柱塞有關(guān)，也就是說(shuō)不同的怠速柱塞所調節出來(lái)的燃油壓力是不同的，如圖6所示。所以，怠速柱塞是不能隨意更換的。
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圖5 柴油機燃油壓力控制原理 |
圖6 PT燃油系統的壓力調節示意圖 |
以上所有的數據均是基于柴油發(fā)電機組帶燃油泵、水泵、機油泵、空濾器和消聲器運轉時(shí)獲得的，但不帶有充電機、空壓機、風(fēng)扇、選用設備和驅動(dòng)件。
以上所有的數據都是基于ISO 3046標準參考的條件—海拔110m（361ft），大氣壓力100kPa（29.53inHg），進(jìn)氣溫度25℃ (77°F)，相對濕度30%，使用標準No.2號柴油或符合ASTM D975的柴油。
