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(jī)組，其PT泵往往只裝有PTG調(diào)速器，PTG調(diào)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(diào)速器只控制怠速和最高轉(zhuǎn)速，在急速和最高轉(zhuǎn)速之間直接由操作員通過節(jié)流閥控制供油。從齒輪泵經(jīng)濾清器來的燃油經(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(jī)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(tǒng)速度控制
1、怠速控制怠速工作過程
怠速時(shí)，節(jié)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(jī)轉(zhuǎn)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（它的斷面較小）與從齒輪泵來的供油進(jìn)油道4接通，燃油從怠速油路不經(jīng)節(jié)流閥直接經(jīng)過切斷閥送往噴油器，維持柴油發(fā)電機(jī)急速所需的油量。此時(shí)若柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速升高，毛錘的離心力增大，超過此時(shí)怠速彈簧的作用力，推動(dòng)柱塞略向右移，柱塞上的臺(tái)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(jié)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(zhuǎn)速的升高、柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)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，使怠速油道的通過斷面積增大，噴油量相應(yīng)增加，使柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速回升。
2、正常工況和高速控制
（1）柴油發(fā)電機(jī)在正常工作時(shí)（轉(zhuǎn)速在怠速與標(biāo)定轉(zhuǎn)速之間），節(jié)流閥打開，燃油通過正常工作油路和節(jié)流閥送往噴油器，這時(shí)由于轉(zhuǎn)速的升高，飛錘的離心力通過柱塞將怠速彈簧進(jìn)一步壓縮，柱塞處于中間位置，柱塞上的臺(tái)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(jié)流閥后的油壓）取決于節(jié)流閥的開度和柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。節(jié)流閥開度越大，送往噴油器的油壓會(huì)越高（因?yàn)楣?jié)流閥的節(jié)流作用減小了），噴油器計(jì)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(jī)負(fù)荷能力。
（2）當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，飛錘的離心力增大，推動(dòng)柱塞右移。由于調(diào)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，使通過旁通油道的同油量減少，柱塞套筒內(nèi)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(zhuǎn)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，在PT燃油系統(tǒng)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(yīng)過程，從而使噴油器每循環(huán)的噴油量滿足柴油發(fā)電機(jī)的不同工況要求。這就是壓力—時(shí)間（PT）系統(tǒng)工作的基本原理。
（3） 當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過標(biāo)定轉(zhuǎn)速并繼續(xù)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(xù)右移，柱塞上的臺(tái)階將正常工作油路遮住一部分或全部，由于出油口的節(jié)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(jī)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(diào)速器的作用限制了柴油發(fā)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。
3、高速轉(zhuǎn)矩校正
高速轉(zhuǎn)矩校正過程，高速轉(zhuǎn)矩彈簧裝在柱塞套筒和柱塞之間，當(dāng)飛錘因離心力張開而使高速轉(zhuǎn)矩彈簧壓縮時(shí)，高速轉(zhuǎn)矩彈簧將阻止柱塞體右移。柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，高速轉(zhuǎn)矩彈簧處于自由狀態(tài)。當(dāng)轉(zhuǎn)速升高到最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速時(shí)，高速轉(zhuǎn)矩彈簧開始與柱塞套筒接觸。隨著轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，柱塞右移，轉(zhuǎn)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(jī)的轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速升高而有較大的下降，以提高柴油發(fā)電機(jī)高速時(shí)的適應(yīng)性。
4、低速轉(zhuǎn)矩校正
低速轉(zhuǎn)矩校正過程，在飛錘柱塞的左端裝有低速轉(zhuǎn)矩彈簧（亦稱飛錘助推彈簧）。當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，飛錘柱塞左移，低速轉(zhuǎn)矩彈簧被壓縮，使飛錘柱塞的移動(dòng)受阻，調(diào)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(zhuǎn)矩彈簧的作用是當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，使其轉(zhuǎn)矩適當(dāng)增大，以提高柴油發(fā)電機(jī)在低速時(shí)的適應(yīng)性。低速轉(zhuǎn)矩機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。
表1 康明斯柴油機(jī)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速
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1500RPM
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額定轉(zhuǎn)速
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1500RPM
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高怠速（無負(fù)載）
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2300RPM
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注：以上轉(zhuǎn)速按發(fā)動(dòng)機(jī)規(guī)格和型號各異。最大扭矩轉(zhuǎn)速約為額定轉(zhuǎn)速的70%；高怠速往往大于額定轉(zhuǎn)速的8--10%。
二、PT燃油泵調(diào)速原理與結(jié)構(gòu)
1、調(diào)速器的工作原理
兩極式調(diào)速器主要由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的感應(yīng)部件、傳動(dòng)部件和附加裝置等組成。PT（G）標(biāo)準(zhǔn)兩極調(diào)速器的工作原理是只在最低轉(zhuǎn)速和標(biāo)定轉(zhuǎn)速兩種情況下起調(diào)速作用，以保證低速時(shí)工作穩(wěn)定和防止飛車事故的發(fā)生。 兩極式調(diào)速器與單程式調(diào)速器的主要不同點(diǎn)是：調(diào)速彈簧由兩根（或兩組）彈簧所組成，低速彈簧較長但剛性較弱，高速彈簧較短但剛性強(qiáng)，兩彈簧都有一定的預(yù)緊力。
2、調(diào)速器的結(jié)構(gòu)
如圖2所示，零件分布對應(yīng)序號：1.飛塊輔助彈簧，2.飛塊輔助柱塞調(diào)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(dǎo)套，13.怠速柱塞，14.怠速彈簧，15.高速彈簧，16.平墊圈，17.怠速調(diào)整螺釘，18.怠速螺釘彈簧，19.調(diào)整墊。
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圖1 PT燃油泵兩極調(diào)速器原理圖 |
圖2 PT燃油泵兩極調(diào)速器結(jié)構(gòu)圖 |
3、兩極調(diào)速器功能
（1）控制低怠速：
低怠速控制的關(guān)鍵在于調(diào)速器柱塞的臺(tái)肩與怠速油道的相對位置。
○ 低怠速調(diào)節(jié)：
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(jù)前面的介紹，油量也會(huì)變化，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)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(jī)維持在某一怠速轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。所維持的怠速轉(zhuǎn)速是不是符合要求，要看機(jī)型而定，一般要求在565—750轉(zhuǎn)/分,另外，轉(zhuǎn)速不在范圍內(nèi)，假如偏大，說明通道面積偏大，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，來達(dá)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)問題。
○ 怠速調(diào)節(jié)：
我們通過怠速調(diào)節(jié)螺釘來調(diào)節(jié)怠速，即通過擰進(jìn)擰出怠速調(diào)節(jié)螺釘來改變F彈（彈簧力）。
（2）控制高怠速（最高空車轉(zhuǎn)速）：
關(guān)鍵在于調(diào)速器柱塞臺(tái)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(jī)維持在某一高怠速轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。所維持的高怠速轉(zhuǎn)速是不是符合要求，也要看機(jī)型而定，不同的機(jī)型轉(zhuǎn)速不一樣，有2100轉(zhuǎn)/分、有2300轉(zhuǎn)/分等，同樣的道理，若轉(zhuǎn)速不在范圍內(nèi)，如偏大，說明通道面積偏大，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，來達(dá)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)問題。
○ 高怠速的調(diào)節(jié)：
我們是通過調(diào)整高速彈簧墊片的厚度來改變F彈（彈簧力）。以達(dá)到調(diào)整高怠速的目的。
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圖3 PT燃油泵兩極調(diào)速器怠速狀態(tài) |
圖4 PT燃油泵兩極調(diào)速器高速狀態(tài) |
（3）壓力調(diào)節(jié)：
調(diào)速器的壓力控制都是通過油道截面面積的改變來實(shí)現(xiàn)的，工作原理如圖5所示。
壓力調(diào)節(jié)的作用是用來修正來自于齒輪泵的燃油壓力，為油泵提供基礎(chǔ)油壓，這就是為什么所有的PT泵都有兩極調(diào)速器的原因。其起作用的裝置是調(diào)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(diào)節(jié)公式， F推只與轉(zhuǎn)速的平方成正比，A的大小與所選擇的怠速柱塞有關(guān)，也就是說不同的怠速柱塞所調(diào)節(jié)出來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(jī)燃油壓力控制原理 |
圖6 PT燃油系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)示意圖 |
以上所有的數(shù)據(jù)均是基于柴油發(fā)電機(jī)組帶燃油泵、水泵、機(jī)油泵、空濾器和消聲器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)獲得的，但不帶有充電機(jī)、空壓機(jī)、風(fēng)扇、選用設(shè)備和驅(qū)動(dòng)件。
以上所有的數(shù)據(jù)都是基于ISO 3046標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)No.2號柴油或符合ASTM D975的柴油。
