新聞主題	康明斯柴油發(fā)電機的PT泵工作原理

 

摘要：PT燃油系統是美國康明斯發(fā)動(dòng)機公司（Cummins Engine Company）的專(zhuān)利產(chǎn)品。與一般柴油機的燃油系統相比，PT燃油系統在組成、結構及工作原理上都有其獨特之處。目前，國內的柴油發(fā)電機組、船用柴油機、中型卡車(chē)以及其他工程機械已經(jīng)大量采用康明斯發(fā)動(dòng)機和PT燃油系統。PT燃油噴射系統在動(dòng)力性、經(jīng)濟性以及環(huán)保方面都優(yōu)于柴油發(fā)電機直列泵噴油系統和分配泵噴油系統。PT泵燃油噴射系統是康明斯K系列、N系列等機型專(zhuān)用燃油噴射系統。

 

一、PT燃油系統的基本工作原理

 

      PT燃油系統通過(guò)改變燃油泵的輸油壓力（Pressure）和噴油器的進(jìn)油時(shí)間（Time）來(lái)改變噴油量，因此，把它命名為“PT燃油系統”或“壓力-時(shí)間系統”。由液壓原理可知，液體流過(guò)孔道的流量與液體的壓力、流通的時(shí)間及通道的截面積成正比。PT燃油系統即根據這一原理來(lái)改變噴油量。該系統的噴油器進(jìn)油口處設有量孔，其尺寸經(jīng)過(guò)選定后不能改變。燃油流經(jīng)量孔的時(shí)間則主要與柴油發(fā)動(dòng)機的轉速有關(guān)，隨轉速升降而變化。因此，改變噴油量主要通過(guò)改變噴油器進(jìn)油壓力來(lái)達到。

      一般柴油發(fā)電機上只裝PTG兩極式調速器，而在柴油發(fā)電機組或負荷變化頻繁的機器上加裝的有機械可變轉速全程式調速器（MVS）、可變轉速全程式調速器（VS）或專(zhuān)用全速調速器（SVS）。當只裝PTG兩極調速器時(shí)，節流閥與調速手柄連接，調節調速手柄可以使節流閥旋轉，從而改變節流閥通過(guò)的截面積。若加裝MVS、VS或SVS全程式調速器，則節流閥保持全開(kāi)位置不動(dòng)，MVS、VS或SVS調速器在PTG調速器不起作用的轉速范圍內起調速作用。

      當發(fā)動(dòng)機工作時(shí)，柴油被齒輪式輸油泵從柴油箱中吸出，經(jīng)柴油濾清器濾除燃油中的雜質(zhì)，再經(jīng)穩壓器消除燃油壓力的脈動(dòng)后，送入柴油濾清器。經(jīng)過(guò)濾清的柴油分成兩路，一路進(jìn)入PTG兩極式調速器和節流閥，另一路進(jìn)入MVS（VS、SVS）全程式調速器。其壓力經(jīng)過(guò)調速器和節流閥調節后，經(jīng)斷油閥供給噴油器。在噴油器內柴油經(jīng)計量、增壓然后被定時(shí)地噴入氣缸。多余的柴油經(jīng)回油管流回柴油箱。噴油器的驅動(dòng)機構包括噴油凸輪、擺臂、噴油器推桿和噴油器搖臂。噴油凸輪與配氣機構凸輪共軸。電磁式斷油閥用來(lái)切斷燃油的供給，使柴油機停轉。

 

二、PT燃油系統組成

 

      PT燃油泵有PT（G型）和PT（H型）兩種。后者與前者的區別是后者流量較大，并附有燃油控制阻尼器以控制燃油壓力的周期波動(dòng)。這里主要介紹PT（G型）燃油泵。

1、PT（G型）燃油泵組成

      PT燃油泵組成如圖1所示。

① 齒輪式輸油泵：

      從柴油箱中將油抽出并加壓通過(guò)油泵濾網(wǎng)送往調速器。

② 調速器：

      調節從齒輪式輸油泵流出的燃油壓力，并控制柴油機的轉速。

③ 節流閥：

      在各種工況下，自動(dòng)或手動(dòng)控制流入噴油器的燃油壓力（量）。

④ 斷油閥：

      切斷燃油供給，使柴油機熄火。

      由此可知：PT燃油泵在燃油系統中起供油、調壓和調速等作用。即在適當壓力下將燃油供入噴油器；在柴油機轉速或負荷發(fā)生變化時(shí)及時(shí)調節供油壓力，以改變供油量滿(mǎn)足工況變化的需要；調節并穩定柴油機轉速。PTG-MVS燃油泵的構造如圖2所示。

 

圖1  柴油發(fā)電機PT燃油系統的組成

圖2  柴油發(fā)電機PT燃油系統的結構

 

2、PTG兩極式調速器

      PTG兩極式調速器的工作原理如圖3所示。

      調速器柱塞可在調速器套筒內軸向移動(dòng)，也可通過(guò)驅動(dòng)件和傳動(dòng)銷(xiāo)使其旋轉。柱塞的左端受到飛塊離心力的軸向推力，右端則作用有怠速彈簧8與高速彈簧9彈力。

      調速器套筒上有三排油孔，與進(jìn)油口相通的為進(jìn)油孔，中間一排孔通往節流閥，左邊一排則連通怠速油道。

      在調速器柱塞右端有一軸向油道，并通過(guò)徑向孔與進(jìn)油孔相通。柴油機工作時(shí)，進(jìn)入調速器的柴油，少部分經(jīng)節流閥或怠速油道流向噴油器。大部分則通過(guò)調速器柱塞的軸向油道推開(kāi)怠速彈簧柱塞，經(jīng)旁通油道流回齒輪泵的進(jìn)油口。在飛塊的左端和右端分別設有低速轉矩控制彈簧和高速轉矩控制彈簧。

      PTG兩極式調速器的工作原理如下所述。

① 怠速工況

      怠速時(shí)，節流閥處于關(guān)閉位置（圖3右上角），燃油只經(jīng)過(guò)怠速油道流往噴油器。如果由于某種原因使轉速下降，飛塊離心力減小，怠速彈簧便推動(dòng)調速器柱塞向左移動(dòng)，使通往怠速油道的孔口截面增大，供油量增加。當轉速升高時(shí)，PTG調速器柱塞右移，流通截面減小，供油量減少，以此保持怠速穩定。怠速調整螺釘10用于改變怠速的穩定轉速。

② 高速工況

      當柴油機轉速升高時(shí)，PTG調速器的柱塞右移，怠速彈簧被壓縮，這時(shí)主要由高速彈簧起作用，PTG調速器柱塞凹槽的左邊切口已逐漸移至中間通往節流閥的孔口處。當轉速處于標定轉速時(shí)，切口位于孔口左側。此時(shí)，如果柴油機的轉速增高，則柱塞繼續右移，孔口流通截面減小，使流向噴油器的油量減少。當柴油機的負荷全部卸去時(shí)，則孔口的截面關(guān)至很小，柱塞右端的十字形徑向孔已移出調速器套筒5而與旁通油道相通，柴油機處于最高空轉轉速下工作，從而限制了轉速的升高。

③ 高速轉矩控制

      當柴油機在低速工況工作時(shí)，飛塊右端的高速轉矩控制彈簧處于自由狀態(tài)。如果發(fā)動(dòng)機的轉速升高，則飛塊離心力增大，使調速器柱塞右移。當轉速超過(guò)最大轉矩轉速時(shí)，彈簧開(kāi)始受到壓縮，使調速器柱塞所受到的飛塊軸向力減小，因而燃油壓力也減小，轉矩下降。轉速愈高，轉矩下降愈多，從而改善了柴油機高速時(shí)的轉矩適應性。

④ 低速轉矩控制

      當柴油發(fā)動(dòng)機轉速低于最大轉矩點(diǎn)轉速時(shí)，PTG調速器的柱塞向左移動(dòng)，壓縮低速轉矩控制彈簧，調速器柱塞增加了一個(gè)向右的推力，使燃油壓力相應增大，供油量增加，柴油機轉矩上升，從而減緩了柴油機低速時(shí)轉矩減小的傾向，提高了低速時(shí)轉矩的適應性。

3、節流閥

      PT燃油泵中的節流閥是旋轉式柱塞閥，除怠速工況外，燃油從PTG調速器至噴油器都要流經(jīng)節流閥。它用來(lái)調節除怠速和最高轉速以外各轉速的PT燃油泵的供油量。怠速和最高轉速的供油量由PTG調速器自動(dòng)調節。通過(guò)操縱手柄（或踩踏加速踏板）來(lái)轉動(dòng)節流閥，以改變節流閥通過(guò)斷面，達到改變供油壓力和PT燃油泵供油量的目的。

4、MVS及VS調速器

      在工程機械（如發(fā)電機組、推土機用）柴油機上，其PT燃油系統的PT泵內除了PTG兩極式調速器外，還裝有MVS或VS全程式調速器。它可使柴油機在使用人員選定的任意轉速下穩定運轉，以適應工程機械工作時(shí)的需要。

① MVS調速器

      MVS調速器在PT泵油路中的位置如圖1和圖2所示。圖4為MVS調速器的結構示意圖。其柱塞的左側承受來(lái)自輸油泵并經(jīng)柴油濾清器的柴油的壓力作用，此油壓隨柴油機轉速的變化而變化。柱塞右側與調速器彈簧柱塞相接觸而承受調速彈簧（包括怠速彈簧和調速器彈簧）的彈力。

      當PT泵的調速手柄處于某一位置時(shí)，其下的雙臂杠桿便使MVS調速彈簧的彈力與柱塞左側的油壓相平衡，使柴油機在該轉速下穩定工作。當柴油機的負荷減少面使其轉速上升時(shí)，則柱塞左側的油壓隨之增大，于是柱塞右移，來(lái)自節流閥的柴油通道被關(guān)小，使PT泵的輸出油壓下降，噴油泵的循環(huán)噴油量也隨之減小，以限制柴油機轉速的上升；反之，當柴油機的負荷增加而使其轉速下降時(shí)，則調速彈簧的彈力便大于柱塞左側的油壓，柱塞左移，來(lái)自節流閥的柴油通道被開(kāi)大，使PT泵的輸出油壓上升，噴油泵的循環(huán)噴油量也隨之增大，以限制柴油機轉速的下降。改變調速手柄的位置，即改變了調速彈簧的預緊力，柴油機便在另一轉速下穩定運轉。

      在怠速時(shí)，調速器彈簧呈自由狀態(tài)而不起作用，僅由怠速彈簧維持怠速的穩定運轉。MVS調速器設有高速和低速限制螺釘，用以限制調速手柄的極限位置。

      PT泵在附加了MVS調速器后，正常工作時(shí)節流閥是用螺釘加以固定的。如需調整，則擰動(dòng)節流閥以改變通過(guò)節流閥流向MVS調速器的油壓，從而使循環(huán)噴油量發(fā)生變化。

 

圖3 柴油發(fā)電機PTG兩極式調速器

圖4 柴油發(fā)電機MVS調速器結構示意圖

 

② VS調速器

      圖5為PTG-VS燃油泵結構示意圖。VS調速器也是一種全程式調速器，它是利用雙臂杠桿控制調速彈簧的彈力與飛錘的離心力相平衡來(lái)達到全程調速的目的。而前面所講述的MVS調速器是利用雙臂杠桿控制調速彈簧的彈力與油壓的平衡來(lái)實(shí)現全程調速的。

      圖5中數字標注的名稱(chēng)分別為：1-傳動(dòng)齒輪及軸；2-VS調速器飛錘；3-去噴油器的燃油；4-斷油閥；5-VS調速器柱塞；6-VS怠速彈簧：7-VS高速彈簧；8-VS調速器；9-VS油門(mén)軸；10-齒輪泵；11-脈沖減振器；12-自濾清器來(lái)的燃油；13-壓力調節閥；14-PTG調速器；15-怠速調整螺釘；16-卡環(huán)；17-PTG高速彈簧；18-PTG怠速彈簧；19-壓力控制鈕；20-節流閥；21-濾清器濾網(wǎng)；22-PTG調速器柱塞；23-高速轉矩彈簧；24-PTG調速器飛錘；25-飛錘柱塞；26-低速轉矩彈簧；27-主軸。

5、斷油閥

      圖6所示為電磁式斷油閥結構示意圖。通電時(shí)，閥片被電磁鐵吸向右邊，斷油閥開(kāi)啟，燃油從進(jìn)油口經(jīng)斷油閥供向噴油器。斷電時(shí)，閥片在復位彈簧的作用下關(guān)閉，停止供油。因此，柴油機啟動(dòng)時(shí)需接通斷油閥電路，停機時(shí)需切斷其電路。若斷油閥電路失靈，則可旋入螺紋頂桿將閥片頂開(kāi)，停機時(shí)再將螺紋頂桿旋出即可。

 

圖5  柴油發(fā)電機PTG-VS燃油泵結構示意圖

圖6  柴油發(fā)電機斷油閥結構示意圖

 

6、空燃比控制器（AFC）

      柴油機增壓后，噴油泵的供油量增大，使其在低速、大負荷或加速工況時(shí)容易產(chǎn)生冒黑煙的現象。當其在低速、大負荷工況下運行時(shí)，廢氣渦輪在發(fā)動(dòng)機低排氣能量下工作，壓氣機在低效率區內運行，導致提供的空氣量不足，引起排氣冒黑煙。當負荷突然增加、供油量突然增多時(shí)，增壓器轉速不能立即升高，使進(jìn)入氣缸的空氣量跟不上燃油量的迅速增加，導致燃燒不完全、排氣冒黑煙。為此，早期生產(chǎn)的康明斯增壓型柴油機，在PT泵上還安裝了一種真空式空燃比控制器（冒煙限制器），可以隨著(zhù)進(jìn)入氣缸的空氣量的多少來(lái)改變進(jìn)入氣缸的燃油量，并把供給噴油器的多余燃油旁通掉一部分，使其回流至燃油箱，從而很好地控制空燃比，以與進(jìn)氣量相適應，達到降低油耗和排放的目的。

      近年來(lái)生產(chǎn)的康明斯增壓型柴油機，采用了一種新式的空燃比控制器。它可以隨時(shí)按照進(jìn)入氣缸內空氣量的多少來(lái)合理供油，從而取代了早期使用的以燃油接通-切斷、余油分流的方式來(lái)限制排煙的真空式空燃比控制器。

      空燃比控制器安裝在PT泵內節流閥與斷油閥之間（如圖7所示）。在PTG-AFC燃油泵中，燃油離開(kāi)節流閥后先經(jīng)過(guò)AFC裝置再到達泵體頂部的斷油閥。而在PTG燃油泵中，燃油從節流閥經(jīng)過(guò)一條通道直接流向斷油閥。

      AFC的結構及工作原理如圖8所示。燃油在流出調速器并經(jīng)過(guò)節流閥后進(jìn)入AFC。當沒(méi)有受到渦輪增壓器供給的空氣壓力時(shí)，柱塞處于上端位置，于是柱塞就關(guān)閉了主要的燃油流通回路，由無(wú)充氣時(shí)節流閥6位置控制的第二條通路供給燃油，如圖8（a）所示。無(wú)充氣時(shí)節流閥直接安裝在節流閥蓋板里的節流閥軸的上邊。

      當進(jìn)氣歧管壓力增加或減小時(shí)，AFC柱塞就起作用，使其供給的燃油成比例地增加或減少。當壓力增大時(shí)，柱塞下降，柱塞與柱塞之間的縫隙增大，燃油流量增加，如圖8（b）所示。反之，壓力減小則柱塞縫隙變小，燃油流量減少。這樣就防止了燃油-空氣的混合氣變得過(guò)濃而引起排氣過(guò)度冒黑煙。AFC柱塞的位置由作用于活塞和膜片的進(jìn)氣歧管空氣壓力與按比例移動(dòng)的彈簧的相互作用而定。

 

圖7 柴油發(fā)電機PTG-AFC燃油泵的燃油流程

圖8  柴油發(fā)電機AFC的結構及工作原理

 

總結：

      長(cháng)期以來(lái)，由于相關(guān)產(chǎn)業(yè)比較落后，我國在發(fā)動(dòng)機制造技術(shù)上與西方發(fā)達國家一直有較大差距。近30年來(lái)進(jìn)口了大量工程機械，為方便維修，提高國內的發(fā)動(dòng)機制造水平，開(kāi)始引進(jìn)柴油機及相關(guān)零部件生產(chǎn)制造技術(shù)。據了解，除泵噴油器外的其它柱塞式燃油泵都已實(shí)現國產(chǎn)化。在上世紀70年代中期國內進(jìn)口的工程機械上開(kāi)始出現PT燃油泵，當時(shí)所采用的是帶MVS調速器的PT泵，現已基本淘汰，國內也無(wú)生產(chǎn)。本文介紹的是目前最常用的新型PT泵，PT燃油系通過(guò)壓力和時(shí)間的協(xié)調配合，使燃油的供給計量和定時(shí)噴射等方面滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機的理想工況。目前，已有很多國家引進(jìn)了它的生產(chǎn)技術(shù)，我國重慶康明斯發(fā)動(dòng)機有限公司和重慶油泵油嘴廠(chǎng)分別引進(jìn)了發(fā)動(dòng)機主機和PT燃油系的生產(chǎn)技術(shù)。PT燃油系由PT燃油泵和PT噴油器組成，具有結構簡(jiǎn)單，使用可靠，維修方便，體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。

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