新聞主題	康明斯發動機PT噴油器的工作原理

 

摘要：康明斯柴油機PT泵的基本原理是液流的體積是與流體壓力、流過的時間以及液流的管道截面尺寸成比例，因此在結構上，以燃油泵輸出壓力和噴油器進油時間對進油量的影響來控制供油量，調節要素是壓力和時間，故稱PT系統。在PT燃油泵中，PT型燃油泵為最基礎的燃油泵，結構最具有代表性。PT型燃油泵主要由齒輪泵、減振器、節流軸、調速器、停車閥等幾部分組成。 為適應增壓發動機的要求，使燃油泵的供油壓力隨發動機增壓壓力的大小而變化。

 

一、PT燃油泵的組成

 

     齒輪式輸油泵、穩壓器、柴油濾清器、斷油閥、節流閥及MVS調速器和PTG調速器等組成一體，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。鋼質的減震器膜片能吸收齒輪泵泵油時產生的壓力脈沖，并使整個燃油系統的油流平穩。

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

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

（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，從齒輪泵端面間隙泄漏的燃油，一部分自齒輪泵主動軸從前軸承間隙流到PT泵泵體內，其余在潤滑和冷卻4個軸承后，經過3個軸承和總回油管再流回油箱。

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

2、濾網式磁性濾清器

      濾網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和鐵屑，主要結構是金屬濾網里加一個磁芯。濾網可濾去雜質，磁芯可除去細微的金屬鐵屑。

3、PT（G）兩極調速器

      其作用是穩定怠速和限制最高轉速，并能隨轉速和負荷的變化自動調整供油壓力，從而調整供油量。在中間轉速時，由操作員改變節流閥（油門）開度來控制供油量。

4、節流閥

      供操作人員在怠速范圍以上，按不同轉速和負荷條件的需要控制轉速。

5、VS全程調速器

      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整個轉速范圍內提供平順的速度調節和適應取力機構等不同速度的要求。

6、斷油閥

      結構如圖2所示，也叫停車閥。功用是停車時，可將此閥關掉，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電磁閥，由電磁鐵閥板（圓盤形）、回位彈簧、手控制螺釘等組成。原理如下：

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

（2）如果由于電氣系統的故障，電流不通時，閥片就吸不開，柴油機就啟動不了。為使柴油機在啟動線路有故障時仍能啟動，可擰進手控制螺釘，迫使閥板頂開，停車時須使螺釘擰出使之斷油。

 

圖1  PT泵齒輪泵的冷卻潤滑過程

圖2  康明斯PT燃油泵停車閥結構圖

 

 

二、PTG調速器的工作過程

 

1、啟動

      啟動時，節流閥開度較大，由于轉速很低（190-250r/min），調速柱塞6處在極左位置，齒輪泵的流量和壓力極小，不能使調速器柱塞和怠速柱塞分開，使旁通油道關閉，全部柴油經怠速油道和節流閥通道流往噴油器。

表1    發動機不同工況下G調速器的動作情況

 

2、怠速

       PTG調速器的功用之一就是能使柴油機保持穩定怠速。怠速時，節流閥關閉，燃油經怠速油道繞過節流閥流往噴油器。

      當柴油機怠速轉動時，調速柱塞稍右移，由于轉速低，齒輪泵來的油壓也低，壓力油穿過調速柱塞的徑向孔道、中心孔道，推動怠速柱塞，使怠速彈簧稍有壓縮，從而使調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轉速下降，由于飛塊離心力減小，調速柱塞因推力瞬時小于兩上柱塞端面間的油壓而左移，與此同時怠速彈簧便推動怠速柱塞也向左移動，于是怠速油道開度增加，噴油量隨之增加，柴油機轉速相應回升。反之，如果柴油機轉速升高，調速柱塞右移，關小怠速油道，燃油量減少，柴油機轉速下降，這樣就保證了柴油機在怠速下穩定運轉。

      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，其動作過程圖3所示。調速柱塞的位移取決于怠速彈簧的剛度。在怠速時，高速彈簧已伸長到自由狀態，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使怠速柱塞有較大的位移，因此可使燃油量及時改變，轉速波動就很小。卸下螺塞后，擰進或旋出怠速調節螺釘，就可以對怠速進行調整：擰進螺釘，怠速轉速提高；擰出螺釘，怠速轉速降低。

3、中速

      中速柴油機在中速時，由操作員控制使節流閥開度增大，怠速彈簧受到較大的壓縮，高速彈簧也開始受壓縮，軸向推力使調速柱塞右移，關閉了怠速油道。此時，齒輪泵油壓使調速柱塞和怠速柱塞分開，調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稍有增加，其余的燃油則從主油道、節流閥、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高。

4、最高轉速的控制

      PTG調速器另一個功用就是限制發動機的最高轉速，隨著發動機轉速升高，調速柱塞向右移，壓縮高速彈簧。在接近最高轉速時，通往節流閥的主油道被柱塞逐漸關小，這時由于轉速再升高主油道接近關閉。由于節流作用，噴油器進油壓力急劇下降，噴油量減少，轉速立即下降。最高轉速由PTG調速器的調速彈簧的彈力所決定，其大小可利用墊片調整。增加墊片，最高轉速升高；減少墊片，最高轉速下降。燃油壓力和發動機轉矩隨發動機轉速而變化的曲線如圖4所示。

5、超速

      在柴油機轉速繼續增高時，柱塞右移，壓縮調速彈簧，當轉速增高到額定轉速時，調速柱塞移向極右端，柱塞將通往節流閥的油道關小。同時柱塞上的小孔對準旁通油道，使大量柴油旁通回齒輪泵進口處，因此通向PT噴油器的油壓驟降，從而使噴油量及轉速受到限制，使柴油機停車以防超速。

6、扭矩校正

（1）高速校正：

      當發動機的轉速不高時，調速器柱塞位于左邊，高速校正彈簧處于松弛狀態，如圖a。轉速增至最大轉矩點時，校正彈簧的右端開始與柱塞套筒相接觸。轉速再上升，調速器柱塞繼續右移，高速校正彈簧2被壓縮。這樣調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，循環供油量減少，相應的發動機轉矩隨轉速上升而略有下降，提高了發動機的轉矩適應性。

（2）低速校正：

      低速校正彈簧是裝在飛塊助推柱塞的左端。當轉速高于最大扭矩點轉速時，調速柱塞靠向右方。此時低速扭矩校正彈簧處于自由狀態，如圖（a）。當轉速降到小于最大扭矩點轉速時，調速柱塞繼續向左移動，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速柱塞均受一向右推力。由于推力增大，燃油壓力也相應增大，柴油機扭矩上升。這樣就減緩了柴油機低速時扭矩減小的速率，提高了柴油機低速時的適應性。

       綜上所述，PTG調速器可自動限制最高轉速及維持怠速穩定運轉；由于裝有扭矩校正彈簧，所以使得柴油機外特性的適應性系數較大；在高速和怠速之間，調速器不起作用，由操作員操縱旋轉式油門（節流閥）的開度而實現加油和減油。

 

圖3  PT燃油泵怠速彈簧與高速彈簧的動作

圖4  柴油機燃油壓力轉矩曲線

 

三、PT噴油器原理與結構

 

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，每個噴油器都裝有進回油管；而圓筒型噴油器的進油與回油通道都設在氣缸蓋或氣缸體內，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型噴油器用于對排氣污染要求嚴格的柴油機上。法蘭型和圓筒型噴油器的工作原理基本相似，但在結構上有些差異。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；5-彈簧；6-噴油器體；7-進油道；8-環狀空間；9-垂直油道；10-回油量孔；11-儲油室；12-計量量孔；13-墊片；14-油嘴；15-密封圈；16-連接管；17-滾輪；18-噴油凸輪；19-發動機機體；20-滾輪架軸；21-調整墊片；22-滾輪架蓋；23-滾輪架；24-推桿；25-搖臂；26-鎖緊螺母；27-調整螺釘；28-進油量孔；29-柱塞。

       油嘴下端有8個直徑為0.20mm的噴孔（NH-220-CI和N855型柴油機圓筒型噴油器的孔徑為0.1778mm；NT-855和NTA-855型柴油機圓筒型噴油器的孔徑為0.2032mm；NH-220-CI型柴油機法蘭型噴油器的孔徑為0.20mm）。在柴油機噴油器體上通常標有記號，如178-A8-7-17，其各符號按順序的含義分別為：178-噴油器流量；A-80％流量；8-噴孔數；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油量孔、計量量孔和回油量孔。

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

 

圖5  PT噴油器的結構與工作原理圖

圖6  康明斯柴油機噴油凸輪的形狀

 

 

（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)四個型號，其中PT(D)噴油器是其余三種噴油器的改進型，應用最廣泛。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，當柱塞上行被擋住后，使噴油器的驅動系統卸除了載荷。PT噴油器計量量孔孔徑一般為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，其余結構與頂止式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。在進氣行程中，滾輪在凸輪凹面上滾動并向下移動。當曲軸轉到進氣行程上止點時，針閥柱塞在回位彈簧的彈力作用下開始上升，針閥柱塞上的環狀空間將垂直油道與進油道接通，此時計量量孔還處于關閉狀態。從PT泵來的燃油經過進油量孔、進油道、環狀空間、垂直油道、儲油室、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。

      曲軸繼續轉到進氣行程上止點后44℃A時，柱塞上升到將計量量孔打開的位置。計量量孔打開后，燃油經計量量孔開始進入柱塞下面的錐形空間。

      當曲軸轉到進氣沖程下止點前60℃A時，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前62℃A時，滾輪開始沿凸輪曲線上升，柱塞開始下降。到壓縮沖程上止點前28℃A時，計量量孔關閉。計量量孔的開啟時間和PT泵的供油壓力便確定了噴油器每循環的噴油量。

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

      柱塞下行到壓縮行程上止點后18℃A時，噴油終了。此時，柱塞以強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整螺釘調整，調整時要防止壓壞油嘴。

      在柱塞下行到最低位置時，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。

      在滾輪架蓋與發動機機體之間裝有調整墊片，此墊片用以調整開始噴油的時刻。墊片加厚，則滾輪架右移，開始噴油的時刻就提前。反之，墊片減少，滾輪架左移，噴油就滯后。

      搖臂上的調整螺釘是用來調整PT噴油器柱塞壓向錐形底部的壓力。在調整過程中采用扭矩法，即用扭力扳手將螺釘的扭矩調整到規定的數值。調整時，要使所調整的缸的活塞處于壓縮上止點后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：

      康明斯PT泵主要是依據發電機組的無需工作中情況、給PT噴油泵導出不一樣工作壓力的低壓燃油，具備了操縱液壓，局限發動機最大轉速比、平穩發動機最小轉速比、在機器運作時扭矩校準的功效。在PT燃油系統中，剩余油調整和按時噴射等都由PT噴油泵和其它部件去完成，PT泵僅調整剩余油，在安裝無需調整噴油按時，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，防止了發電機組高壓漏油等問題的產生。操作簡單、結構緊湊、返修率低，運行平穩是PT泵的最大特性，發電機組中應用PT燃油泵調整剩余油，促使各缸的剩余油分配均勻、平穩、從而促使康明斯柴油發動機的平穩安全性能大為改觀。

 

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