新聞主題	康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)PT噴油器的工作原理

 

摘要：康明斯柴油機(jī)PT泵的基本原理是液流的體積是與流體壓力、流過的時(shí)間以及液流的管道截面尺寸成比例，因此在結(jié)構(gòu)上，以燃油泵輸出壓力和噴油器進(jìn)油時(shí)間對(duì)進(jìn)油量的影響來控制供油量，調(diào)節(jié)要素是壓力和時(shí)間，故稱PT系統(tǒng)。在PT燃油泵中，PT型燃油泵為最基礎(chǔ)的燃油泵，結(jié)構(gòu)最具有代表性。PT型燃油泵主要由齒輪泵、減振器、節(jié)流軸、調(diào)速器、停車閥等幾部分組成。 為適應(yīng)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的要求，使燃油泵的供油壓力隨發(fā)動(dòng)機(jī)增壓壓力的大小而變化。

 

一、PT燃油泵的組成

 

     齒輪式輸油泵、穩(wěn)壓器、柴油濾清器、斷油閥、節(jié)流閥及MVS調(diào)速器和PTG調(diào)速器等組成一體，并稱此組合體為PT燃油泵。

1、齒輪泵和膜片式減震器

（1）齒輪泵由一對(duì)齒輪和齒輪泵體、齒輪泵蓋等組成，作用是輸送燃油。齒輪泵的輸出油量和供油壓力隨齒泵轉(zhuǎn)速的增加而增大。輸油量通常是額定工況所需量的4-5倍。

（2）齒輪泵出油口后端的油流通往減震器總成。鋼質(zhì)的減震器膜片能吸收齒輪泵泵油時(shí)產(chǎn)生的壓力脈沖，并使整個(gè)燃油系統(tǒng)的油流平穩(wěn)。

（3）與泵體回油道相連的一端壓裝有壓力調(diào)節(jié)閥。燃油泵工作時(shí)，調(diào)速器和泵體中的回油克服壓力調(diào)節(jié)閥的彈簧力而進(jìn)入齒輪泵的進(jìn)油腔，在泵體形成3.4-4.1Pa的低壓油，使空氣不能進(jìn)入泵體。

（4）齒輪泵的轉(zhuǎn)速和柴油機(jī)轉(zhuǎn)速相同，旋轉(zhuǎn)方向可由齒輪泵體和泵蓋上特殊的凸緣標(biāo)記（或減震器的位置）來判斷。從燃油泵的后端看，若凸緣標(biāo)記在齒輪泵的右上方（減震器靠燃油泵右側(cè)）,則齒輪泵為右轉(zhuǎn)。反之，若該標(biāo)記在齒輪泵左下方（減震器靠燃油泵左側(cè)）,則齒輪泵為左轉(zhuǎn)。

（5）齒輪泵的冷卻潤滑：

     齒輪泵的冷卻潤滑過程如圖1所示。PT（G）型泵所采用的是整體冷卻式齒輪泵。整體冷卻式齒輪泵上面打印有“AR”或“BM”記號(hào)，從齒輪泵端面間隙泄漏的燃油，一部分自齒輪泵主動(dòng)軸從前軸承間隙流到PT泵泵體內(nèi)，其余在潤滑和冷卻4個(gè)軸承后，經(jīng)過3個(gè)軸承和總回油管再流回油箱。

（6）在彎管接頭中有一個(gè)彈簧止回閥，其作用是防止停車時(shí)，噴油器回油管中的燃油或空氣通過此處倒流。當(dāng)柴油機(jī)工作時(shí)，齒輪泵中的回油壓力推開此閥進(jìn)行回油。

2、濾網(wǎng)式磁性濾清器

      濾網(wǎng)式磁性濾清器的作用是再次濾除燃油泵所輸出的燃油中的雜質(zhì)和鐵屑，主要結(jié)構(gòu)是金屬濾網(wǎng)里加一個(gè)磁芯。濾網(wǎng)可濾去雜質(zhì)，磁芯可除去細(xì)微的金屬鐵屑。

3、PT（G）兩極調(diào)速器

      其作用是穩(wěn)定怠速和限制最高轉(zhuǎn)速，并能隨轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的變化自動(dòng)調(diào)整供油壓力，從而調(diào)整供油量。在中間轉(zhuǎn)速時(shí)，由操作員改變節(jié)流閥（油門）開度來控制供油量。

4、節(jié)流閥

      供操作人員在怠速范圍以上，按不同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷條件的需要控制轉(zhuǎn)速。

5、VS全程調(diào)速器

      位于燃油泵殼的上部，速度可以通過位于燃油泵頂部的VS速度控制桿加以改變。這種燃油泵能在柴油機(jī)整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)提供平順的速度調(diào)節(jié)和適應(yīng)取力機(jī)構(gòu)等不同速度的要求。

6、斷油閥

      結(jié)構(gòu)如圖2所示，也叫停車閥。功用是停車時(shí)，可將此閥關(guān)掉，切斷通往噴油器的燃油。安裝在泵的燃油出口處，通常是既能電操縱也能手操縱停車閥是一個(gè)電磁閥，由電磁鐵閥板（圓盤形）、回位彈簧、手控制螺釘?shù)冉M成。原理如下：

（1）通電時(shí)，閥板被吸向右方，處于開啟位置，燃油即能通過。反之，斷電時(shí)，閥板在回位彈簧的作用下壓向閥座，燃油被切斷。

（2）如果由于電氣系統(tǒng)的故障，電流不通時(shí)，閥片就吸不開，柴油機(jī)就啟動(dòng)不了。為使柴油機(jī)在啟動(dòng)線路有故障時(shí)仍能啟動(dòng)，可擰進(jìn)手控制螺釘，迫使閥板頂開，停車時(shí)須使螺釘擰出使之?dāng)嘤汀?/span>

 

圖1  PT泵齒輪泵的冷卻潤滑過程

圖2  康明斯PT燃油泵停車閥結(jié)構(gòu)圖

 

 

二、PTG調(diào)速器的工作過程

 

1、啟動(dòng)

      啟動(dòng)時(shí)，節(jié)流閥開度較大，由于轉(zhuǎn)速很低（190-250r/min），調(diào)速柱塞6處在極左位置，齒輪泵的流量和壓力極小，不能使調(diào)速器柱塞和怠速柱塞分開，使旁通油道關(guān)閉，全部柴油經(jīng)怠速油道和節(jié)流閥通道流往噴油器。

表1    發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況下G調(diào)速器的動(dòng)作情況

 

2、怠速

       PTG調(diào)速器的功用之一就是能使柴油機(jī)保持穩(wěn)定怠速。怠速時(shí)，節(jié)流閥關(guān)閉，燃油經(jīng)怠速油道繞過節(jié)流閥流往噴油器。

      當(dāng)柴油機(jī)怠速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，調(diào)速柱塞稍右移，由于轉(zhuǎn)速低，齒輪泵來的油壓也低，壓力油穿過調(diào)速柱塞的徑向孔道、中心孔道，推動(dòng)怠速柱塞，使怠速彈簧稍有壓縮，從而使調(diào)速柱塞和怠速柱塞略有分開，少量的柴油從旁通油道流回油泵，其余的油則通過怠速油道流往噴油器。如果由于某種外界原因使柴油機(jī)轉(zhuǎn)速下降，由于飛塊離心力減小，調(diào)速柱塞因推力瞬時(shí)小于兩上柱塞端面間的油壓而左移，與此同時(shí)怠速彈簧便推動(dòng)怠速柱塞也向左移動(dòng)，于是怠速油道開度增加，噴油量隨之增加，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速相應(yīng)回升。反之，如果柴油機(jī)轉(zhuǎn)速升高，調(diào)速柱塞右移，關(guān)小怠速油道，燃油量減少，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速下降，這樣就保證了柴油機(jī)在怠速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

      推壓怠速柱塞的彈簧力是由怠速彈簧和高速彈簧兩者彈力所組成，其動(dòng)作過程圖3所示。調(diào)速柱塞的位移取決于怠速彈簧的剛度。在怠速時(shí)，高速彈簧已伸長到自由狀態(tài)，僅怠速彈簧起作用。因怠速彈簧剛度較小，飛塊推力稍有改變就會(huì)使怠速柱塞有較大的位移，因此可使燃油量及時(shí)改變，轉(zhuǎn)速波動(dòng)就很小。卸下螺塞后，擰進(jìn)或旋出怠速調(diào)節(jié)螺釘，就可以對(duì)怠速進(jìn)行調(diào)整：擰進(jìn)螺釘，怠速轉(zhuǎn)速提高；擰出螺釘，怠速轉(zhuǎn)速降低。

3、中速

      中速柴油機(jī)在中速時(shí)，由操作員控制使節(jié)流閥開度增大，怠速彈簧受到較大的壓縮，高速彈簧也開始受壓縮，軸向推力使調(diào)速柱塞右移，關(guān)閉了怠速油道。此時(shí)，齒輪泵油壓使調(diào)速柱塞和怠速柱塞分開，調(diào)速柱塞和怠速柱塞的間隙增大，從旁通道油道回流的油量比怠速時(shí)稍有增加，其余的燃油則從主油道、節(jié)流閥、通道流向噴油器，流向噴油器的燃油流量和壓力均比怠速時(shí)高。

4、最高轉(zhuǎn)速的控制

      PTG調(diào)速器另一個(gè)功用就是限制發(fā)動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高，調(diào)速柱塞向右移，壓縮高速彈簧。在接近最高轉(zhuǎn)速時(shí)，通往節(jié)流閥的主油道被柱塞逐漸關(guān)小，這時(shí)由于轉(zhuǎn)速再升高主油道接近關(guān)閉。由于節(jié)流作用，噴油器進(jìn)油壓力急劇下降，噴油量減少，轉(zhuǎn)速立即下降。最高轉(zhuǎn)速由PTG調(diào)速器的調(diào)速彈簧的彈力所決定，其大小可利用墊片調(diào)整。增加墊片，最高轉(zhuǎn)速升高；減少墊片，最高轉(zhuǎn)速下降。燃油壓力和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速而變化的曲線如圖4所示。

5、超速

      在柴油機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)增高時(shí)，柱塞右移，壓縮調(diào)速彈簧，當(dāng)轉(zhuǎn)速增高到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，調(diào)速柱塞移向極右端，柱塞將通往節(jié)流閥的油道關(guān)小。同時(shí)柱塞上的小孔對(duì)準(zhǔn)旁通油道，使大量柴油旁通回齒輪泵進(jìn)口處，因此通向PT噴油器的油壓驟降，從而使噴油量及轉(zhuǎn)速受到限制，使柴油機(jī)停車以防超速。

6、扭矩校正

（1）高速校正：

      當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不高時(shí)，調(diào)速器柱塞位于左邊，高速校正彈簧處于松弛狀態(tài)，如圖a。轉(zhuǎn)速增至最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)時(shí)，校正彈簧的右端開始與柱塞套筒相接觸。轉(zhuǎn)速再上升，調(diào)速器柱塞繼續(xù)右移，高速校正彈簧2被壓縮。這樣調(diào)速器柱塞的作用力被高速校正彈簧抵消一部分，使燃油壓力下降，循環(huán)供油量減少，相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速上升而略有下降，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性。

（2）低速校正：

      低速校正彈簧是裝在飛塊助推柱塞的左端。當(dāng)轉(zhuǎn)速高于最大扭矩點(diǎn)轉(zhuǎn)速時(shí)，調(diào)速柱塞靠向右方。此時(shí)低速扭矩校正彈簧處于自由狀態(tài)，如圖（a）。當(dāng)轉(zhuǎn)速降到小于最大扭矩點(diǎn)轉(zhuǎn)速時(shí)，調(diào)速柱塞繼續(xù)向左移動(dòng)，便壓縮低速扭矩校正彈簧，如圖（b），此彈簧使飛塊助推柱塞和調(diào)速柱塞均受一向右推力。由于推力增大，燃油壓力也相應(yīng)增大，柴油機(jī)扭矩上升。這樣就減緩了柴油機(jī)低速時(shí)扭矩減小的速率，提高了柴油機(jī)低速時(shí)的適應(yīng)性。

       綜上所述，PTG調(diào)速器可自動(dòng)限制最高轉(zhuǎn)速及維持怠速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)；由于裝有扭矩校正彈簧，所以使得柴油機(jī)外特性的適應(yīng)性系數(shù)較大；在高速和怠速之間，調(diào)速器不起作用，由操作員操縱旋轉(zhuǎn)式油門（節(jié)流閥）的開度而實(shí)現(xiàn)加油和減油。

 

圖3  PT燃油泵怠速彈簧與高速彈簧的動(dòng)作

圖4  柴油機(jī)燃油壓力轉(zhuǎn)矩曲線

 

三、PT噴油器原理與結(jié)構(gòu)

 

1、 PT噴油器的基本形式

      PT噴油器分為法蘭型和圓筒型兩種。法蘭型噴油器是用法蘭安裝在氣缸蓋上，每個(gè)噴油器都裝有進(jìn)回油管；而圓筒型噴油器的進(jìn)油與回油通道都設(shè)在氣缸蓋或氣缸體內(nèi)，且沒有安裝法蘭，它是靠安裝輪或壓板壓在氣缸蓋上的，這樣既減少了由于管道損壞或泄漏引起的故障，也使柴油機(jī)外形布置簡單。圓筒型噴油器又可分為PT型、PTB型、PTC型、PTD型和PT-ECON型等。其中PT-ECON型噴油器用于對(duì)排氣污染要求嚴(yán)格的柴油機(jī)上。法蘭型和圓筒型噴油器的工作原理基本相似，但在結(jié)構(gòu)上有些差異。PT噴油器可大致分為兩種基本形式：

（1）具有安裝法蘭型的PT噴油器

      法蘭型噴油器的構(gòu)造如圖5所示，主要由噴油器體、柱塞、油嘴、彈簧及彈簧座等組成。圖1中的數(shù)字代表的零件名稱分別為：1-連接塊；2-連接桿；3-彈簧座；4-卡環(huán)；5-彈簧；6-噴油器體；7-進(jìn)油道；8-環(huán)狀空間；9-垂直油道；10-回油量孔；11-儲(chǔ)油室；12-計(jì)量量孔；13-墊片；14-油嘴；15-密封圈；16-連接管；17-滾輪；18-噴油凸輪；19-發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體；20-滾輪架軸；21-調(diào)整墊片；22-滾輪架蓋；23-滾輪架；24-推桿；25-搖臂；26-鎖緊螺母；27-調(diào)整螺釘；28-進(jìn)油量孔；29-柱塞。

       油嘴下端有8個(gè)直徑為0.20mm的噴孔（NH-220-CI和N855型柴油機(jī)圓筒型噴油器的孔徑為0.1778mm；NT-855和NTA-855型柴油機(jī)圓筒型噴油器的孔徑為0.2032mm；NH-220-CI型柴油機(jī)法蘭型噴油器的孔徑為0.20mm）。在柴油機(jī)噴油器體上通常標(biāo)有記號(hào)，如178-A8-7-17，其各符號(hào)按順序的含義分別為：178-噴油器流量；A-80％流量；8-噴孔數(shù)；7-噴孔尺寸為0.007in（0.1778mm）；17-噴油角度為17°噴霧角。噴油器體的油道中有進(jìn)油量孔、計(jì)量量孔和回油量孔。

      柱塞由噴油凸輪（在配氣凸輪軸上）通過滾輪、滾輪架、推桿和搖臂等驅(qū)動(dòng)。噴油凸輪具有特殊的形狀（如圖6所示），并按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)（從正時(shí)齒輪端方向看），其轉(zhuǎn)速是曲軸轉(zhuǎn)速的一半。

 

圖5  PT噴油器的結(jié)構(gòu)與工作原理圖

圖6  康明斯柴油機(jī)噴油凸輪的形狀

 

 

（2）圓柱式PT噴油器

      無外部油管，這種噴油器又分為PT(A) 、PT(B) 、PT(C) 、PT(D)四個(gè)型號(hào)，其中PT(D)噴油器是其余三種噴油器的改進(jìn)型，應(yīng)用最廣泛。PT(D)噴油器分為頂止式和非頂止式兩種，NTA855-M350型柴油機(jī)所用噴油器為PT（D）非頂止式。

① 頂止式：

      彈簧是用頂部限位螺套鎖住，限制噴油器柱塞和連接件的向上的行程，因此，當(dāng)柱塞上行被擋住后，使噴油器的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)卸除了載荷。PT噴油器計(jì)量量孔孔徑一般為0.43-0.64mm,回油量孔的孔徑為0.94-1.07mm。

② 非頂止式：

      除上部限制噴油彈簧方法不同外，其余結(jié)構(gòu)與頂止式PT(D)型噴油器相同，工作原理也一樣。

2、PT噴油器工作原理

      工作原理和噴油過程如圖7、圖8所示。在進(jìn)氣行程中，滾輪在凸輪凹面上滾動(dòng)并向下移動(dòng)。當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)到進(jìn)氣行程上止點(diǎn)時(shí)，針閥柱塞在回位彈簧的彈力作用下開始上升，針閥柱塞上的環(huán)狀空間將垂直油道與進(jìn)油道接通，此時(shí)計(jì)量量孔還處于關(guān)閉狀態(tài)。從PT泵來的燃油經(jīng)過進(jìn)油量孔、進(jìn)油道、環(huán)狀空間、垂直油道、儲(chǔ)油室、回油量孔和回油道而流回浮子油箱。燃油的回流可使PT噴油器得到冷卻和潤滑。

      曲軸繼續(xù)轉(zhuǎn)到進(jìn)氣行程上止點(diǎn)后44℃A時(shí)，柱塞上升到將計(jì)量量孔打開的位置。計(jì)量量孔打開后，燃油經(jīng)計(jì)量量孔開始進(jìn)入柱塞下面的錐形空間。

      當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)到進(jìn)氣沖程下止點(diǎn)前60℃A時(shí)，柱塞便停止上升，隨后柱塞就停留在最上面的位置，直到壓縮沖程上止點(diǎn)前62℃A時(shí)，滾輪開始沿凸輪曲線上升，柱塞開始下降。到壓縮沖程上止點(diǎn)前28℃A時(shí)，計(jì)量量孔關(guān)閉。計(jì)量量孔的開啟時(shí)間和PT泵的供油壓力便確定了噴油器每循環(huán)的噴油量。

      隨后，柱塞繼續(xù)下行，到壓縮上止點(diǎn)前22.5℃A時(shí)開始噴油，錐形空間的燃油在柱塞的強(qiáng)壓下以很高的壓力（約98MPa）呈霧狀噴入燃燒室。

      柱塞下行到壓縮行程上止點(diǎn)后18℃A時(shí)，噴油終了。此時(shí)，柱塞以強(qiáng)力壓向油嘴的錐形底部，使燃油完全噴出。這樣就可以防止噴油量改變和殘留燃油形成碳化物而存積于油嘴底部，柱塞壓向錐形底部的壓力可用搖臂上的調(diào)整螺釘調(diào)整，調(diào)整時(shí)要防止壓壞油嘴。

      在柱塞下行到最低位置時(shí)，凸輪處于最高位置。其后凸輪凹下0.36mm，柱塞即保持此位置不變直到做功和排氣終了。

      在滾輪架蓋與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體之間裝有調(diào)整墊片，此墊片用以調(diào)整開始噴油的時(shí)刻。墊片加厚，則滾輪架右移，開始噴油的時(shí)刻就提前。反之，墊片減少，滾輪架左移，噴油就滯后。

      搖臂上的調(diào)整螺釘是用來調(diào)整PT噴油器柱塞壓向錐形底部的壓力。在調(diào)整過程中采用扭矩法，即用扭力扳手將螺釘?shù)呐ぞ卣{(diào)整到規(guī)定的數(shù)值。調(diào)整時(shí)，要使所調(diào)整的缸的活塞處于壓縮上止點(diǎn)后90℃A的位置。

 

圖7  康明斯PT（D）噴油器工作原理

圖8  康明斯PT（D）噴油器噴油過程示意圖

 

總結(jié)：

      康明斯PT泵主要是依據(jù)發(fā)電機(jī)組的無需工作中情況、給PT噴油泵導(dǎo)出不一樣工作壓力的低壓燃油，具備了操縱液壓，局限發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速比、平穩(wěn)發(fā)動(dòng)機(jī)最小轉(zhuǎn)速比、在機(jī)器運(yùn)作時(shí)扭矩校準(zhǔn)的功效。在PT燃油系統(tǒng)中，剩余油調(diào)整和按時(shí)噴射等都由PT噴油泵和其它部件去完成，PT泵僅調(diào)整剩余油，在安裝無需調(diào)整噴油按時(shí)，PT泵是低壓燃油泵，去除開高壓油管，促使噴油工作壓力得到提高，防止了發(fā)電機(jī)組高壓漏油等問題的產(chǎn)生。操作簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、返修率低，運(yùn)行平穩(wěn)是PT泵的最大特性，發(fā)電機(jī)組中應(yīng)用PT燃油泵調(diào)整剩余油，促使各缸的剩余油分配均勻、平穩(wěn)、從而促使康明斯柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)安全性能大為改觀。

 

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