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康明斯發(fā)電機(jī)組PT泵的原理和構(gòu)造 |
摘要：在世界范圍內(nèi)，僅僅只有美國康明斯柴油發(fā)電機(jī)公司一家采用這種獨(dú)特的PT供油系統(tǒng)。它是該公司的專利，1954年開始裝在康明斯柴油發(fā)電機(jī)上，因此它是一種較新的燃油系統(tǒng)。PT燃油系統(tǒng)是康明斯柴油發(fā)電機(jī)區(qū)別于其他柴油發(fā)電機(jī)的標(biāo)志。其鑒別字母”PT”是”壓力和時(shí)間(Pressure-Time)的縮寫。隨著我國改革開發(fā)的進(jìn)一步加深，康明斯發(fā)電機(jī)組PT系列燃油系統(tǒng)的應(yīng)用也比以前更加的普遍。但是在使用過程中，遇到的最主要的問題就是康明斯發(fā)電機(jī)組PT系列燃油系統(tǒng)的校對問題。特別是康明斯發(fā)電機(jī)組PT系列噴油器噴射精度的校對問題是關(guān)鍵所在。
一、康明斯PT燃油泵的工作原理
燃油從油箱流經(jīng)濾清器被齒輪泵所吸入，從齒輪泵排出的燃油壓力約為980kPa左右，然后經(jīng)過康明斯發(fā)電機(jī)組PT泵內(nèi)部的穩(wěn)壓器、調(diào)速器、節(jié)流閥（油門）、斷流閥（停車閥）后，離開康明斯發(fā)電機(jī)組PT泵組合體，大部分經(jīng)供油管分別進(jìn)入左排或右排缸的燃油歧管中，每個(gè)氣缸蓋上都鉆有燃油通道，使燃油從燃油歧管進(jìn)入噴油器。
噴油器由凸輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)所控制，按順序定時(shí)地把燃油噴入氣缸，噴油器中其余的燃油通過鉆在氣缸蓋上與進(jìn)油通道相平行的另一條回流通道經(jīng)燃油回油歧管，返回康明斯發(fā)電機(jī)組PT泵的進(jìn)油一側(cè)。
康明斯發(fā)電機(jī)組PT型供油系統(tǒng)調(diào)節(jié)供油量所依據(jù)的基本原理是：液體通過某一通道的流量是與液體的壓力、允許通過的誒時(shí)間和通道的阻力（通道的斷面尺寸）成比例。在通過時(shí)間的阻力不變情況下，流量與壓力成正比；在壓力與阻力不變時(shí)，流量與允許通過的時(shí)間也成正比；若壓力與時(shí)間不變，則流量與阻力成反比。這實(shí)質(zhì)上是由流體力學(xué)龍崗基本方程式所導(dǎo)出的必然結(jié)論。
作為單一噴油器來說，其入口處的量孔斷面尺寸是經(jīng)選定而不變的。那么，油量僅與壓力和噴油時(shí)間成正比，所以可稱為康明斯發(fā)電機(jī)組PT供油系。另外，噴油凸輪形狀也是不變的。以角度計(jì)無論轉(zhuǎn)速然后變化，所經(jīng)歷的角度是不變的，但以時(shí)間計(jì)則燃油進(jìn)入時(shí)間是變化的，隨轉(zhuǎn)速升高而變短，使噴油量減少。在此情況下，如果還要保持供油量不變，則必須由康明斯發(fā)電機(jī)組PT燃油泵來提高噴油器的進(jìn)油壓力，以補(bǔ)償由時(shí)間縮短對供油量得影響。所以康明斯發(fā)電機(jī)組PT燃油泵的輸油壓力是同時(shí)隨柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速而變化的，這就是利用壓力、時(shí)間來控制循環(huán)供油量得基本道理?；谏鲜鲈順?gòu)成了整個(gè)康明斯發(fā)電機(jī)組PT型供油系，根據(jù)油箱的安裝高位與低位不同，圖1、圖2分別給出了原理圖。
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圖1 PT燃油泵工作原理圖（低位油箱） |
圖2 PT燃油泵工作原理圖（高位油箱） |
二、柴油機(jī)供油系統(tǒng)的功用
柴油發(fā)電機(jī)供油系的功用是根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)的工作要求，定時(shí)、定量、定壓地將霧化質(zhì)量良好的柴油按一定的噴油規(guī)律噴入汽缸內(nèi)，并使其與空氣迅速良好地混合和燃燒，它工作的情況對柴油發(fā)電機(jī)的性能有重要影響。要了解一供油系統(tǒng)必須搞清楚該系統(tǒng)是以什么噴油規(guī)律在什么時(shí)候，以多大的壓力，向汽缸內(nèi)噴入多少燃油的問題。
1、簡單的液壓原理（帕斯卡原理）
（1）在充滿流體的系統(tǒng)中，任何壓力的變化立即等量的傳到整個(gè)系統(tǒng)。
（2）流體通過某一截面的流量與流體壓力、允許通過時(shí)間和通過的截面面積正比
若通流時(shí)間和通流截面不變其流量與其壓力成正比例；若壓力和截面不變其流量與時(shí)間成正比例；若壓力和時(shí)間不變則流量與截面成正比例。
即：Q∝P*T*A
根據(jù)上述理論，圖3、圖4展出示意圖，得出水量取決于三個(gè)因素：
● 水的壓力；
● 流動(dòng)時(shí)間；
● 通道面積（閥門開度）；
康明斯PT燃油系統(tǒng)就是根據(jù)這一簡單液壓原理來設(shè)計(jì)的。
2、由此得出結(jié)論
油杯中的油量就取決于燃油壓力、計(jì)量時(shí)間和計(jì)量孔的大小。
（1）計(jì)量孔的大小
在PT系統(tǒng)中，計(jì)量孔的大小取決噴油器、噴油器又取決CPL號，當(dāng)CPL號確定后，計(jì)量孔就固定不變。這樣，在柴油發(fā)電機(jī)工作時(shí)，每循環(huán)噴油量只取決于燃油壓力和計(jì)量時(shí)間這兩個(gè)因素。
（2）計(jì)量時(shí)間
實(shí)際上是柱塞打開計(jì)量孔到關(guān)閉計(jì)量孔的這段時(shí)間間隔。時(shí)間間隔的長短取決于噴油器柱塞上下運(yùn)動(dòng)的快慢，即取決于柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速高低。在柴油發(fā)電機(jī)實(shí)際工作時(shí)，人為是無法控制計(jì)量時(shí)間的，它僅僅取決于柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速。
（3）燃油壓力
指的是PT泵在各種工況下輸出的燃油壓力，它與柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速關(guān)系。
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圖3 水的壓力原理圖 |
圖4 PT燃油系統(tǒng)液壓原理圖 |
三、PT燃油系統(tǒng)與高壓燃油系統(tǒng)的區(qū)別
1、PT燃油系統(tǒng)
（1）PT燃油泵輸出的燃油壓力最大不超過300PSI(21kg/cm²)。
（2）所有的噴油器都共用一根供油管。
（3）即使有些空氣進(jìn)入燃油系統(tǒng)也不會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)“失速”。
（4）PT油泵不需要正時(shí)調(diào)整。
（5）有80%左右的燃油用于冷卻噴油器后回到油箱，噴油器得到很好的冷卻。
（6）噴射壓力范圍高達(dá)10000PSI--20000PSI(703--1406kg/cm²)，這樣保證良好的霧化。
（7）油管連接處少量漏油對整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率無影響。
（8）油量受油泵和油嘴控制。
（9）發(fā)動(dòng)機(jī)功率可以保持穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生功率損耗。
（10）發(fā)動(dòng)機(jī)的停車是切斷燃油的流動(dòng)。
2、高壓燃油系統(tǒng)
（1）高壓油泵輸出的油壓高達(dá)2500--3000PSI(176--225kg/cm2)。
（2）每一噴油器需從油泵中單獨(dú)引出供油管。
（3）當(dāng)空氣進(jìn)入燃油系統(tǒng)時(shí)柴油發(fā)電機(jī)馬上“失速”。
（4）高壓油泵需要正時(shí)調(diào)整。
四、PT燃油系統(tǒng)的組成及流向
康明斯發(fā)電機(jī)組PT系列燃油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特殊，不能使用普通的液壓檢測系統(tǒng)進(jìn)行檢驗(yàn)，故需要一套更加先進(jìn)，更加精確的專用的檢測儀器。 康明斯發(fā)電機(jī)組PT噴油器的檢測是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，但目前相關(guān)的儀器設(shè)備都存在著諸多的問題。國外此種類的檢測儀器多是采用早期的控制方式，而且很多功能還是通過機(jī)械來實(shí)現(xiàn)的，不但構(gòu)造復(fù)雜，而且出現(xiàn)故障的幾率非常大。控制部分也只能單一讀值，不能進(jìn)行比較和分析。國內(nèi)的相關(guān)檢測儀器普遍存在精度差的問題。
1、PT燃油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
它由油箱、燃油濾清器、PT燃油泵、低壓輸油管、噴油器、搖臂、推桿、噴油凸輪和回油管等組成。其中PT燃油泵結(jié)構(gòu)如圖5所示，包括齒輪泵、磁性濾清器、脈沖膜片減振器、兩極調(diào)速器、節(jié)流軸、電磁閥等。
2、燃油流動(dòng)
燃油流程如圖6所示。燃油泵將燃油從油箱中吸起，經(jīng)過濾清、調(diào)速器等送到噴油器，根據(jù)PT系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，PT泵供給噴油器的燃油將有80%左右在工作中經(jīng)噴油器又回到油箱，主要起冷卻和潤滑噴油器，并防止寒冷氣候時(shí)燃油凍結(jié)及將PT系統(tǒng)里的空氣帶回油箱排掉的作用。
3、PT油泵特殊配置
如：增加VS（全程）調(diào)速器、AFC冒煙限制器、EFC電子調(diào)速器、ASA空氣信號衰減器等裝置。
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圖5 康明斯PT燃油泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 |
圖6 康明斯PT燃油系統(tǒng)流程圖 |
總結(jié)：
有的用戶，認(rèn)為康明斯PT燃油系統(tǒng)與國外的產(chǎn)品相比，明顯不如高壓油泵。主要原因有如下2個(gè)方面：對康明斯發(fā)電機(jī)組PT燃油系統(tǒng)的工作原理研究不足，對燃油在噴油器的進(jìn)油口處的相關(guān)參數(shù)研究不足；機(jī)械結(jié)構(gòu)與控制方法不合理。這些都會(huì)直接影響了檢測儀器的精度。 本文對康明斯發(fā)電機(jī)組PT系列燃油系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的研究，并具有針對性的設(shè)計(jì)了一種新型康明斯發(fā)電機(jī)組PT系列噴油器校對系統(tǒng)。較以前的檢測儀器有精度更高，使用更加簡便，操作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。該檢測儀器的控制核心采用了工控機(jī)，能夠記錄各種不同康明斯發(fā)電機(jī)組PT系列噴油器的檢測標(biāo)準(zhǔn)。
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