新聞主題	康明斯柴油發(fā)電機(jī)的PT泵工作原理

 

摘要：PT燃油系統(tǒng)是美國(guó)康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)公司（Cummins Engine Company）的專利產(chǎn)品。與一般柴油機(jī)的燃油系統(tǒng)相比，PT燃油系統(tǒng)在組成、結(jié)構(gòu)及工作原理上都有其獨(dú)特之處。目前，國(guó)內(nèi)的柴油發(fā)電機(jī)組、船用柴油機(jī)、中型卡車以及其他工程機(jī)械已經(jīng)大量采用康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)和PT燃油系統(tǒng)。PT燃油噴射系統(tǒng)在動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及環(huán)保方面都優(yōu)于柴油發(fā)電機(jī)直列泵噴油系統(tǒng)和分配泵噴油系統(tǒng)。PT泵燃油噴射系統(tǒng)是康明斯K系列、N系列等機(jī)型專用燃油噴射系統(tǒng)。

 

一、PT燃油系統(tǒng)的基本工作原理

 

      PT燃油系統(tǒng)通過改變?nèi)加捅玫妮斢蛪毫Γ≒ressure）和噴油器的進(jìn)油時(shí)間（Time）來改變噴油量，因此，把它命名為“PT燃油系統(tǒng)”或“壓力-時(shí)間系統(tǒng)”。由液壓原理可知，液體流過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(tǒng)即根據(jù)這一原理來改變噴油量。該系統(tǒng)的噴油器進(jìn)油口處設(shè)有量孔，其尺寸經(jīng)過選定后不能改變。燃油流經(jīng)量孔的時(shí)間則主要與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)，隨轉(zhuǎn)速升降而變化。因此，改變噴油量主要通過改變噴油器進(jìn)油壓力來達(dá)到。

      一般柴油發(fā)電機(jī)上只裝PTG兩極式調(diào)速器，而在柴油發(fā)電機(jī)組或負(fù)荷變化頻繁的機(jī)器上加裝的有機(jī)械可變轉(zhuǎn)速全程式調(diào)速器（MVS）、可變轉(zhuǎn)速全程式調(diào)速器（VS）或?qū)Ｓ萌僬{(diào)速器（SVS）。當(dāng)只裝PTG兩極調(diào)速器時(shí)，節(jié)流閥與調(diào)速手柄連接，調(diào)節(jié)調(diào)速手柄可以使節(jié)流閥旋轉(zhuǎn)，從而改變節(jié)流閥通過的截面積。若加裝MVS、VS或SVS全程式調(diào)速器，則節(jié)流閥保持全開位置不動(dòng)，MVS、VS或SVS調(diào)速器在PTG調(diào)速器不起作用的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)起調(diào)速作用。

      當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)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(wěn)壓器消除燃油壓力的脈動(dòng)后，送入柴油濾清器。經(jīng)過濾清的柴油分成兩路，一路進(jìn)入PTG兩極式調(diào)速器和節(jié)流閥，另一路進(jìn)入MVS（VS、SVS）全程式調(diào)速器。其壓力經(jīng)過調(diào)速器和節(jié)流閥調(diào)節(jié)后，經(jīng)斷油閥供給噴油器。在噴油器內(nèi)柴油經(jīng)計(jì)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(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)凸輪共軸。電磁式斷油閥用來切斷燃油的供給，使柴油機(jī)停轉(zhuǎn)。

 

二、PT燃油系統(tǒng)組成

 

      PT燃油泵有PT（G型）和PT（H型）兩種。后者與前者的區(qū)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油泵濾網(wǎng)送往調(diào)速器。

② 調(diào)速器：

      調(diào)節(jié)從齒輪式輸油泵流出的燃油壓力，并控制柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速。

③ 節(jié)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(jī)熄火。

      由此可知：PT燃油泵在燃油系統(tǒng)中起供油、調(diào)壓和調(diào)速等作用。即在適當(dāng)壓力下將燃油供入噴油器；在柴油機(jī)轉(zhuǎn)速或負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)及時(shí)調(diào)節(jié)供油壓力，以改變供油量滿足工況變化的需要；調(diào)節(jié)并穩(wěn)定柴油機(jī)轉(zhuǎn)速。PTG-MVS燃油泵的構(gòu)造如圖2所示。

 

圖1  柴油發(fā)電機(jī)PT燃油系統(tǒng)的組成

圖2  柴油發(fā)電機(jī)PT燃油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

 

2、PTG兩極式調(diào)速器

      PTG兩極式調(diào)速器的工作原理如圖3所示。

      調(diào)速器柱塞可在調(diào)速器套筒內(nèi)軸向移動(dòng)，也可通過驅(qū)動(dòng)件和傳動(dòng)銷使其旋轉(zhuǎn)。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?gòu)椈?與高速?gòu)椈?彈力。

      調(diào)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(jié)流閥，左邊一排則連通怠速油道。

      在調(diào)速器柱塞右端有一軸向油道，并通過徑向孔與進(jìn)油孔相通。柴油機(jī)工作時(shí)，進(jìn)入調(diào)速器的柴油，少部分經(jīng)節(jié)流閥或怠速油道流向噴油器。大部分則通過調(diào)速器柱塞的軸向油道推開怠速?gòu)椈芍?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(shè)有低速轉(zhuǎn)矩控制彈簧和高速轉(zhuǎn)矩控制彈簧。

      PTG兩極式調(diào)速器的工作原理如下所述。

① 怠速工況

      怠速時(shí)，節(jié)流閥處于關(guān)閉位置（圖3右上角），燃油只經(jīng)過怠速油道流往噴油器。如果由于某種原因使轉(zhuǎn)速下降，飛塊離心力減小，怠速?gòu)椈杀阃苿?dòng)調(diào)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(dāng)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，PTG調(diào)速器柱塞右移，流通截面減小，供油量減少，以此保持怠速穩(wěn)定。怠速調(diào)整螺釘10用于改變怠速的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。

② 高速工況

      當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，PTG調(diào)速器的柱塞右移，怠速?gòu)椈杀粔嚎s，這時(shí)主要由高速?gòu)椈善鹱饔?，PTG調(diào)速器柱塞凹槽的左邊切口已逐漸移至中間通往節(jié)流閥的孔口處。當(dāng)轉(zhuǎn)速處于標(biāo)定轉(zhuǎn)速時(shí)，切口位于孔口左側(cè)。此時(shí)，如果柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速增高，則柱塞繼續(xù)右移，孔口流通截面減小，使流向噴油器的油量減少。當(dāng)柴油機(jī)的負(fù)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(diào)速器套筒5而與旁通油道相通，柴油機(jī)處于最高空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速下工作，從而限制了轉(zhuǎn)速的升高。

③ 高速轉(zhuǎn)矩控制

      當(dāng)柴油機(jī)在低速工況工作時(shí)，飛塊右端的高速轉(zhuǎn)矩控制彈簧處于自由狀態(tài)。如果發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速升高，則飛塊離心力增大，使調(diào)速器柱塞右移。當(dāng)轉(zhuǎn)速超過最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速時(shí)，彈簧開始受到壓縮，使調(diào)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(zhuǎn)矩下降。轉(zhuǎn)速愈高，轉(zhuǎn)矩下降愈多，從而改善了柴油機(jī)高速時(shí)的轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性。

④ 低速轉(zhuǎn)矩控制

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

3、節(jié)流閥

      PT燃油泵中的節(jié)流閥是旋轉(zhuǎn)式柱塞閥，除怠速工況外，燃油從PTG調(diào)速器至噴油器都要流經(jīng)節(jié)流閥。它用來調(diào)節(jié)除怠速和最高轉(zhuǎn)速以外各轉(zhuǎn)速的PT燃油泵的供油量。怠速和最高轉(zhuǎn)速的供油量由PTG調(diào)速器自動(dòng)調(diào)節(jié)。通過操縱手柄（或踩踏加速踏板）來轉(zhuǎn)動(dòng)節(jié)流閥，以改變節(jié)流閥通過斷面，達(dá)到改變供油壓力和PT燃油泵供油量的目的。

4、MVS及VS調(diào)速器

      在工程機(jī)械（如發(fā)電機(jī)組、推土機(jī)用）柴油機(jī)上，其PT燃油系統(tǒng)的PT泵內(nèi)除了PTG兩極式調(diào)速器外，還裝有MVS或VS全程式調(diào)速器。它可使柴油機(jī)在使用人員選定的任意轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，以適應(yīng)工程機(jī)械工作時(shí)的需要。

① MVS調(diào)速器

      MVS調(diào)速器在PT泵油路中的位置如圖1和圖2所示。圖4為MVS調(diào)速器的結(jié)構(gòu)示意圖。其柱塞的左側(cè)承受來自輸油泵并經(jīng)柴油濾清器的柴油的壓力作用，此油壓隨柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化。柱塞右側(cè)與調(diào)速器彈簧柱塞相接觸而承受調(diào)速?gòu)椈桑òǖ∷購(gòu)椈珊驼{(diào)速器彈簧）的彈力。

      當(dāng)PT泵的調(diào)速手柄處于某一位置時(shí)，其下的雙臂杠桿便使MVS調(diào)速?gòu)椈傻膹椓εc柱塞左側(cè)的油壓相平衡，使柴油機(jī)在該轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定工作。當(dāng)柴油機(jī)的負(fù)荷減少面使其轉(zhuǎn)速上升時(shí)，則柱塞左側(cè)的油壓隨之增大，于是柱塞右移，來自節(jié)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(jī)轉(zhuǎn)速的上升；反之，當(dāng)柴油機(jī)的負(fù)荷增加而使其轉(zhuǎn)速下降時(shí)，則調(diào)速?gòu)椈傻膹椓Ρ愦笥谥髠?cè)的油壓，柱塞左移，來自節(jié)流閥的柴油通道被開大，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(jī)轉(zhuǎn)速的下降。改變調(diào)速手柄的位置，即改變了調(diào)速?gòu)椈傻念A(yù)緊力，柴油機(jī)便在另一轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

      在怠速時(shí)，調(diào)速器彈簧呈自由狀態(tài)而不起作用，僅由怠速?gòu)椈删S持怠速的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。MVS調(diào)速器設(shè)有高速和低速限制螺釘，用以限制調(diào)速手柄的極限位置。

      PT泵在附加了MVS調(diào)速器后，正常工作時(shí)節(jié)流閥是用螺釘加以固定的。如需調(diào)整，則擰動(dòng)節(jié)流閥以改變通過節(jié)流閥流向MVS調(diào)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(jī)PTG兩極式調(diào)速器

圖4 柴油發(fā)電機(jī)MVS調(diào)速器結(jié)構(gòu)示意圖

 

② VS調(diào)速器

      圖5為PTG-VS燃油泵結(jié)構(gòu)示意圖。VS調(diào)速器也是一種全程式調(diào)速器，它是利用雙臂杠桿控制調(diào)速?gòu)椈傻膹椓εc飛錘的離心力相平衡來達(dá)到全程調(diào)速的目的。而前面所講述的MVS調(diào)速器是利用雙臂杠桿控制調(diào)速?gòu)椈傻膹椓εc油壓的平衡來實(shí)現(xiàn)全程調(diào)速的。

      圖5中數(shù)字標(biāo)注的名稱分別為：1-傳動(dòng)齒輪及軸；2-VS調(diào)速器飛錘；3-去噴油器的燃油；4-斷油閥；5-VS調(diào)速器柱塞；6-VS怠速?gòu)椈桑?-VS高速?gòu)椈桑?-VS調(diào)速器；9-VS油門軸；10-齒輪泵；11-脈沖減振器；12-自濾清器來的燃油；13-壓力調(diào)節(jié)閥；14-PTG調(diào)速器；15-怠速調(diào)整螺釘；16-卡環(huán)；17-PTG高速?gòu)椈桑?8-PTG怠速?gòu)椈桑?9-壓力控制鈕；20-節(jié)流閥；21-濾清器濾網(wǎng)；22-PTG調(diào)速器柱塞；23-高速轉(zhuǎn)矩彈簧；24-PTG調(diào)速器飛錘；25-飛錘柱塞；26-低速轉(zhuǎn)矩彈簧；27-主軸。

5、斷油閥

      圖6所示為電磁式斷油閥結(jié)構(gòu)示意圖。通電時(shí)，閥片被電磁鐵吸向右邊，斷油閥開啟，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(fù)位彈簧的作用下關(guān)閉，停止供油。因此，柴油機(jī)啟動(dòng)時(shí)需接通斷油閥電路，停機(jī)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，停機(jī)時(shí)再將螺紋頂桿旋出即可。

 

圖5  柴油發(fā)電機(jī)PTG-VS燃油泵結(jié)構(gòu)示意圖

圖6  柴油發(fā)電機(jī)斷油閥結(jié)構(gòu)示意圖

 

6、空燃比控制器（AFC）

      柴油機(jī)增壓后，噴油泵的供油量增大，使其在低速、大負(fù)荷或加速工況時(shí)容易產(chǎn)生冒黑煙的現(xiàn)象。當(dāng)其在低速、大負(fù)荷工況下運(yùn)行時(shí)，廢氣渦輪在發(fā)動(dòng)機(jī)低排氣能量下工作，壓氣機(jī)在低效率區(qū)內(nèi)運(yùn)行，導(dǎo)致提供的空氣量不足，引起排氣冒黑煙。當(dāng)負(fù)荷突然增加、供油量突然增多時(shí)，增壓器轉(zhuǎn)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(dǎo)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(jī)，在PT泵上還安裝了一種真空式空燃比控制器（冒煙限制器），可以隨著進(jìn)入氣缸的空氣量的多少來改變進(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(yīng)，達(dá)到降低油耗和排放的目的。

      近年來生產(chǎn)的康明斯增壓型柴油機(jī)，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(nèi)空氣量的多少來合理供油，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(nèi)節(jié)流閥與斷油閥之間（如圖7所示）。在PTG-AFC燃油泵中，燃油離開節(jié)流閥后先經(jīng)過AFC裝置再到達(dá)泵體頂部的斷油閥。而在PTG燃油泵中，燃油從節(jié)流閥經(jīng)過一條通道直接流向斷油閥。

      AFC的結(jié)構(gòu)及工作原理如圖8所示。燃油在流出調(diào)速器并經(jīng)過節(jié)流閥后進(jìn)入AFC。當(dāng)沒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，由無充氣時(shí)節(jié)流閥6位置控制的第二條通路供給燃油，如圖8（a）所示。無充氣時(shí)節(jié)流閥直接安裝在節(jié)流閥蓋板里的節(jié)流閥軸的上邊。

      當(dāng)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(dāng)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濃而引起排氣過度冒黑煙。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(jī)PTG-AFC燃油泵的燃油流程

圖8  柴油發(fā)電機(jī)AFC的結(jié)構(gòu)及工作原理

 

總結(jié)：

      長(zhǎng)期以來，由于相關(guān)產(chǎn)業(yè)比較落后，我國(guó)在發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)上與西方發(fā)達(dá)國(guó)家一直有較大差距。近30年來進(jìn)口了大量工程機(jī)械，為方便維修，提高國(guó)內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)制造水平，開始引進(jìn)柴油機(jī)及相關(guān)零部件生產(chǎn)制造技術(shù)。據(jù)了解，除泵噴油器外的其它柱塞式燃油泵都已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。在上世紀(jì)70年代中期國(guó)內(nèi)進(jìn)口的工程機(jī)械上開始出現(xiàn)PT燃油泵，當(dāng)時(shí)所采用的是帶MVS調(diào)速器的PT泵，現(xiàn)已基本淘汰，國(guó)內(nèi)也無生產(chǎn)。本文介紹的是目前最常用的新型PT泵，PT燃油系通過壓力和時(shí)間的協(xié)調(diào)配合，使燃油的供給計(jì)量和定時(shí)噴射等方面滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的理想工況。目前，已有很多國(guó)家引進(jìn)了它的生產(chǎn)技術(shù)，我國(guó)重慶康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司和重慶油泵油嘴廠分別引進(jìn)了發(fā)動(dòng)機(jī)主機(jī)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(jié)構(gòu)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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