摘要：為達(dá)到嚴(yán)格的排放要求，康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)公司發(fā)展了一種新型的液壓驅(qū)動(dòng)的可變噴油正時(shí)控制系統(tǒng)，稱為STC(Step Timing Control) 分步噴油正時(shí)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)與PT噴油器合為一體，稱為PT(D)——STC型噴油器(簡(jiǎn)稱STC型噴油器。STC型PT噴油器與常規(guī)PT(D)噴油器相比，主要增加了液壓提前器及相關(guān)零件。STC型PT噴油器為分步正時(shí)控制噴油器。在起動(dòng)和輕載工況下，采用“噴油提前正時(shí)方式”，即燃油在壓縮循環(huán)中更早噴射；而在中、重載工況下采用“常態(tài)正時(shí)方式”，即燃油在壓縮循環(huán)中更晚噴射。
一、噴油器的工作過(guò)程
PT燃油泵噴油器的原理如圖1所示。其功用除了噴射霧化燃油外，還要對(duì)燃油進(jìn)行計(jì)量和加壓。由于噴油器的內(nèi)腔與氣缸相通，因此它屬于開式噴油器。在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和回位彈簧的作用下，噴油器柱塞在噴油器體內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。柱塞往復(fù)移動(dòng)一次便完成一個(gè)循環(huán)的進(jìn)油、計(jì)量、升壓和噴油過(guò)程。
噴油器的工作過(guò)程如圖2所示。柱塞上行初期，柱塞上的環(huán)槽與上進(jìn)油道接通時(shí)，來(lái)自PT燃油泵的燃油流入上進(jìn)油道,通過(guò)環(huán)槽沿下進(jìn)油道而流入環(huán)形槽,此時(shí)由于計(jì)量量孔仍被關(guān)閉，燃油不能流入泵體的錐形空腔，所以全部燃油只能通過(guò)回油量孔沿回油道流回燃油箱。當(dāng)柱塞繼續(xù)上行，計(jì)量量孔被打開時(shí)，部分燃油則流入泵體下部的錐形空腔，而大部分燃油仍經(jīng)回油量孔流回燃油箱。由于此時(shí)燃油壓力較低，噴孔直徑又很小，故燃油不會(huì)漏入燃燒室。當(dāng)柱塞下行直至柱塞封閉計(jì)量量孔時(shí)，進(jìn)油結(jié)束。此后柱塞繼續(xù)下行，錐形腔內(nèi)油壓急劇升高，燃油在高達(dá)100MPa壓力作用下呈細(xì)霧狀噴入燃燒室。當(dāng)柱塞下行至其錐形部分占據(jù)了泵體的整個(gè)錐形空腔時(shí)，噴油結(jié)束。此時(shí)，柱塞環(huán)槽上的臺(tái)階關(guān)閉進(jìn)油道，油路中的燃油停止流動(dòng)。
1、旁通階段
噴油器處于停止供油狀態(tài)，柱塞被壓在最低位置，柱塞中部細(xì)的部位把噴油器內(nèi)部的進(jìn)回油道勾通。這時(shí)燃油對(duì)噴油器進(jìn)行冷卻，并排除油道中的氣體，發(fā)動(dòng)機(jī)在作功和排氣沖程中噴油器柱塞一直處于這一狀態(tài)。
2、計(jì)量（量油）階段
當(dāng)凸輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)到進(jìn)氣沖程后不久，由于凸輪外型曲線的變化，柱塞在彈簧的作用下升起，先將進(jìn)、回油道切斷，燃油旁通結(jié)束，量孔開始計(jì)量，燃油流至噴油器的油杯，此時(shí)由于油壓低，噴孔直徑?。?asymp;0.17mm）而不會(huì)漏油。當(dāng)柱塞上升到最高位置后，凸輪外型曲線保持平穩(wěn)，柱塞處在最高位置直到進(jìn)氣結(jié)束。在壓縮沖程中，在凸輪曲線的作用下，柱塞緩慢下行，直至接近封閉計(jì)量孔，計(jì)量結(jié)束。
3、 準(zhǔn)備噴射階段
計(jì)量結(jié)束后，柱塞下行到一定的位置，下部的油杯及油道就產(chǎn)生了一定的壓力，使止回球閥落到球座上，關(guān)閉了進(jìn)油道，柱塞繼續(xù)下行把油道與油杯分開，由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高、計(jì)量時(shí)間短，其油杯不會(huì)被燃油充滿，所以，這階段只是壓縮和部分地排除油杯中的氣體，為噴射作準(zhǔn)備。
4、噴射階段
在發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮沖程接近終了時(shí)，凸輪外型曲線又有突然的變化，使柱塞快速下行，把油杯里的燃油以1056KG/CM的高壓，噴入汽缸內(nèi)，在噴射的同時(shí)，柱塞中部細(xì)的部位又使進(jìn)、回油道聯(lián)通，燃油又開始旁通，柱塞最后落到油杯上，噴油結(jié)束。
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圖1 康明斯柴油機(jī)PT噴油器原理圖 |
圖2 康明斯柴油機(jī)PT噴油器工作過(guò)程 |
二、噴油器的分類
PT噴油器分成法蘭型和圓簡(jiǎn)型二種。法蘭型噴油器是用法蘭安裝在缸蓋上，每一個(gè)噴油器都配有進(jìn)回輸油管;而圓桶型噴油器的進(jìn)液與泵油安全通道都建在缸蓋或汽缸身體，且沒(méi)有安裝法蘭，它是靠安裝輪或銷釘壓在缸蓋上的，那樣既降低了因?yàn)楣苈窔幕蚵┬构瓅起的常見故障，也使柴油發(fā)動(dòng)機(jī)外觀設(shè)計(jì)布局簡(jiǎn)易。圓桶型噴油器又可分成PT型、PTB型、PTC型、PTD型和PT-ECON型等。在其中.PT-ECON型噴油器用以對(duì)排氣管環(huán)境污染規(guī)定嚴(yán)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上。
1、法蘭式
該型號(hào)現(xiàn)在很少使用，實(shí)物如圖3所示。
2、圓柱式
（1）上止式：
使用于250KW-800KW等發(fā)電機(jī)組。調(diào)整方法為零間隙法（小扭矩法），實(shí)物如圖4所示。
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圖3 K-PTD法蘭式噴油器實(shí)物圖 |
圖4 PTD噴油器實(shí)物圖（上止式 |
（2）非上止式：使用于其它機(jī)型，調(diào)整方法為千分表法（行程法），實(shí)物如圖5所示。
（3）STC噴油器：使用于M600、G4、M11等發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整方法為零間隙法（大扭矩法90INLB），實(shí)物如圖6所示。PT（D）-STC噴油器工作原理如下：
STC型PT噴油器噴油提前角的提前是由STC控制閥輸送出的壓力潤(rùn)滑油(壓力不低于10psi或69kPa)控制的。當(dāng)壓力潤(rùn)滑油充滿于提前器柱塞與柱塞套之間的空間時(shí)，相當(dāng)于“液體挺柱”，提前器柱塞通過(guò)它，作用于提前器柱塞套，從而在相同的噴油凸輪轉(zhuǎn)角下，使噴油器柱塞下行，完成提前噴油。在常態(tài)正時(shí)方式下，STC控制閥關(guān)閉了壓力潤(rùn)滑油輸出通道，提前器柱塞與柱塞套之間沒(méi)有壓力潤(rùn)滑油，“液體挺柱”消失，在相同的噴油凸輪轉(zhuǎn)角下，提前器柱塞與柱塞套直接形成剛性接觸，噴油器柱塞恢復(fù)常態(tài)的下行，從而實(shí)現(xiàn)常態(tài)下的噴油正時(shí)。
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圖5 PTD噴油器實(shí)物圖（非上止式） |
圖6 帶STC噴油器實(shí)物圖（非上止式） |
● 燃油計(jì)量
——凸輪處于小基園位置；
——燃油從量孔流進(jìn)噴油器；
——計(jì)量柱塞頂端關(guān)閉了泄油口；
——計(jì)量柱塞下端打開了計(jì)量口；
——燃油進(jìn)入油杯；
——計(jì)量開始，凸輪仍然處于小基園；
——進(jìn)入油杯的油量取決于燃油壓力和計(jì)量口打開的時(shí)間。
● 開始噴油
——凸輪處于從小基園轉(zhuǎn)向大基園的上升段位置；
——在凸輪作用下柱塞向下運(yùn)動(dòng)；
——計(jì)量柱塞下端關(guān)閉了計(jì)量口；
——油杯中燃油壓力高于氣缸壓力時(shí)開始噴油；
——計(jì)量柱塞頂端打開了泄油口；
——燃油從泄油口流出而冷卻噴油器，并維持油道的穩(wěn)定壓力；
——噴油壓力達(dá)到20000psi。
● 噴油結(jié)束
——凸輪處于鼻尖位置；
——在凸輪作用下，噴油器柱塞壓入油杯；
——噴油器柱塞壓入油杯時(shí)，燃油噴孔被強(qiáng)制關(guān)閉，不產(chǎn)生二次噴射；
——噴油器準(zhǔn)備下一次計(jì)量。
三、PT噴油器的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)
1、 PT噴油器的好處
（1）在噴油提前正時(shí)方式下工作時(shí)：
——改進(jìn)在寒冷天氣下的怠速特性；
——減少在寒冷天氣下發(fā)動(dòng)機(jī)冒白煙；
——改善輕載工況的燃油經(jīng)濟(jì)性；
——減少噴油器積碳。
（2）在常態(tài)正時(shí)方式下工作時(shí)：
——控制氣缸最高爆發(fā)壓力；
——降低NOx（氮氧化物）的排放。
3、STC型PT噴油器的特點(diǎn)
——燃油壓力高達(dá)20000psi。
—— 燃油霧化優(yōu)異，排放煙度小。
——性能標(biāo)定方便，適應(yīng)性好。
——可以選用車用調(diào)速器或全程調(diào)速器。
——取消了高壓油路，沒(méi)有二次噴射的問(wèn)題。
——對(duì)于安裝調(diào)試的問(wèn)題不敏感。
綜上所述，PT燃油供給系統(tǒng)循環(huán)供給油量的控制是通過(guò)PT泵的供油壓力和噴油器的噴油時(shí)間兩個(gè)因素匹配來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
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(duì)濕度30%，使用標(biāo)準(zhǔn)No.2號(hào)柴油或符合ASTM D975的柴油。
