性能特點和作用說明

康明斯柴油發(fā)電機PT燃油系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)組成

 

摘要：了解過康明斯發(fā)電機組產(chǎn)品的人都清楚，PT燃油系統(tǒng)是康明斯公司的專利產(chǎn)品。其具有獨特的超速保護裝置、低壓輸油管、管路少、故障率低、可靠性高、高壓噴射、燃燒充分的特點，并且裝有燃油供油和回油單向閥，使用起來更加安全可靠。與其他傳統(tǒng)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過人之處。目前，國內(nèi)的重慶康明斯公司生產(chǎn)的N、M、K系列大功率柴油發(fā)動機，通常均采用康明斯PT燃油系統(tǒng)。

 

一、康明斯燃油泵型號識別方法

 

      PT燃油泵根據(jù)柴油機的不同工況調(diào)整出適當(dāng)?shù)娜加蛪毫Γ≒），在該工況由噴油器確定的有效時間（T）內(nèi)流入噴油器的油杯。這樣流入油杯的循環(huán)油量（Q）就取決于燃油壓力（P）和流動時間（T），即：Q≈P*T。因為噴油器的計量孔是經(jīng)選定不變的，所以叫PT燃油系統(tǒng)。

其中，P——指的是PT燃油泵輸出的燃油壓力（Tressure）。

T——指的是噴油器允許燃油流入油杯的有效時間（Time）。

STC——Step Timing Control分布正時控制。

      早期康明斯柴油發(fā)電機PT（壓力一時間）燃油系統(tǒng)采用PTR（壓力一時間調(diào)節(jié)器）式油泵。后來PIR型油泵已被眺型油泵所代替。PTG型油泵在某些方面與PTR油泵不同，其主要不同點是燃油通道中壓力調(diào)節(jié)方法不同。在PTR油泵中，最大的燃油通道壓力是由一個單獨的壓力調(diào)節(jié)器控制的。而在PTG油泵中，最大的燃油通道改為由調(diào)速器來控制。PTG油泵多年來是康明斯柴油發(fā)電機的標(biāo)準(zhǔn)油泵。近年來由于對廢氣排放的重視，又開發(fā)和使用了PT（G）AFC油泵。這種油泵有個控制元件裝在泵內(nèi)，它可在柴油發(fā)電機不同的運轉(zhuǎn)工況下控制燃油管道中的壓力。由于這種裝置是根據(jù)進氣管或增壓壓力來控制燃油量故AFC型號的意思為空氣一燃油控制器。

      目前，在康明斯柴油發(fā)電機上使用有四種型號的燃油泵：PT（G）型、PT（G）VS型、PT（G）AFC型及PT（G）-AFC型（設(shè)有空氣/燃油控制）。燃油泵連接在空氣壓縮機、真空泵上，或由柴油發(fā)電機齒輪系驅(qū)動的燃油泵傳動軸上。燃油泵主軸依次驅(qū)動齒輪泵、調(diào)速器和轉(zhuǎn)速表軸。其中PT（G）型燃油泵總成由齒輪泵、標(biāo)準(zhǔn)調(diào)速器和節(jié)流閥三個主要部分組成。

       當(dāng)燃油泵需要維修時，應(yīng)對燃油泵進行識別，這樣才能確定正確的修理和校準(zhǔn)程序。康明斯柴油發(fā)電機不論是新的或修復(fù)后的燃油泵上面均有一塊銘牌。銘牌上有一個號碼，用來在燃油系統(tǒng)資料手冊中查閱油泵的正確安裝和調(diào)整的數(shù)據(jù)。康明斯燃油泵舊式銘牌和新式銘牌上的數(shù)據(jù)和符號的含義。

 

二、PT燃油泵的工作原理

 

      PT燃油系統(tǒng)通過改變?nèi)加捅玫妮斢蛪毫蛧娪推鞯倪M油時間來改變噴油量，因此，把它命名為“PT燃油系統(tǒng)”或“壓力一時間系統(tǒng)”，與其他機械高壓泵相比優(yōu)勢如表1所列。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)量孔的時間則主要與柴油柴油發(fā)電機的轉(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油壓力來達(dá)到。

      在康明斯PT（G）型燃油泵燃油的輸送量直接與燃油壓力，輸送燃油時間，燃油必須流經(jīng)小孔的尺寸有關(guān)。帶調(diào)速器的齒輪輸油泵中的油路。當(dāng)柴油發(fā)電機工作時，由曲軸帶動PT（G）泵的主軸，使齒輪輸油泵旋轉(zhuǎn)，柴油從油箱吸出通過濾清器過濾后，經(jīng)油管進入齒輪泵加壓，經(jīng)濾網(wǎng)再次濾清后，一路通向輔助調(diào)速器（MVS調(diào)速器）的一端，另一路流向標(biāo)準(zhǔn)調(diào)速器（PRG調(diào)速器）。進入標(biāo)準(zhǔn)調(diào)速器的柴油又分為兩路：一路經(jīng)節(jié)流閥7或怠速油道流向MVS調(diào)速器然后經(jīng)節(jié)流閥流向PT噴油器；一路流回齒輪泵。

      如果柴油發(fā)電機的工作轉(zhuǎn)速介于怠速與高速之間某一轉(zhuǎn)速運行，那么調(diào)速器對燃油流向不會有什么影響，在這種情況下，燃油受節(jié)流閥（即油門）調(diào)節(jié)，而油門由操作人員控制。當(dāng)油門處于全油量位置時，PT（G）型油泵調(diào)速器通過節(jié)流閥控制送往燃油管道的最大燃油壓力，能有效地調(diào)節(jié)送到柴油發(fā)電機去的燃油量。如果柴油發(fā)電機達(dá)到最高轉(zhuǎn)速，無論油門位置如何，調(diào)速器就會推動調(diào)速器柱塞擋住輸送燃油去噴油器的油道，因而，達(dá)到限速的目的。當(dāng)調(diào)速器切斷通往噴油器的油道時，燃油便旁通回到油泵主殼體中，燃油可用來潤滑調(diào)速器和調(diào)速器柱塞，當(dāng)殼體中逐漸充滿油時，燃油便回到齒輪泵吸油口一側(cè)，以備再度使用。

 表1    康明斯PT燃油泵與機械高壓泵性能對比

 

三、燃油泵結(jié)構(gòu)組成

 

      PT燃油系統(tǒng)的外形如圖1所示，其結(jié)構(gòu)由齒輪式輸油泵、穩(wěn)壓器、柴油濾清器、斷油閥、節(jié)流閥及調(diào)速器等組成一體（如圖2所示），并稱此組合體為PT燃油泵。一般汽車上只裝PTG兩極式調(diào)速器，而在發(fā)電機組上加裝的有機械可變轉(zhuǎn)速全程式調(diào)速器、可變轉(zhuǎn)速全程式調(diào)速器或?qū)Ｓ萌僬{(diào)速器。當(dāng)只裝PTG兩極調(diào)速器時，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。若加裝或全程式調(diào)速器，則節(jié)流閥保持全開位置不動，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。

 

圖1  康明斯柴油機PT（G）燃油泵結(jié)構(gòu)剖析圖

圖2  康明斯柴油機PT噴油泵結(jié)構(gòu)示意圖

 

1、 齒輪泵

      由一對外嚙合式齒輪組成。它裝在泵売的后方。由燃油泵主軸驅(qū)動主動齒輪，帶動被動齒輪轉(zhuǎn)動，使其對燃油產(chǎn)生擠壓力，形成燃油所具備的壓力（控制曲線示意圖如圖3所示），向整個燃油系統(tǒng)輸送燃油。燃油進油口在齒輪泵的后部。在燃油泵的后端裝設(shè)有脈沖消減器。它有個鋼質(zhì)膜片能吸收因齒輪泵工作時燃油中的脈沖，并使整個燃油系統(tǒng)的油流平順。

2、節(jié)流器

      當(dāng)使用一種限速型調(diào)速器時，節(jié)流器便控制柴油發(fā)電機高低息速間的轉(zhuǎn)速。對有全程式調(diào)速器的油泵，則允許操作人員將柴油發(fā)電機轉(zhuǎn)速調(diào)到運行工況。節(jié)流器是控制流向噴油器燃油流量的器件。它由一根具有內(nèi)孔的軸構(gòu)成。在校準(zhǔn)正確的燃油流量時，孔的大小是能夠調(diào)節(jié)的。

3、調(diào)速器

      康明斯柴油發(fā)電機采用的調(diào)速器形式較多，下面介紹幾種：

● 機械式調(diào)速器

      又稱標(biāo)準(zhǔn)調(diào)速器，它由一組彈簧和飛錘系統(tǒng)所控制，對柴油發(fā)電機具有兩種調(diào)速功能：

（1）在怠速運轉(zhuǎn)時調(diào)速起作用，當(dāng)柴油發(fā)電機在怠速運行時，調(diào)速器飛錘產(chǎn)生離心力，撥動柱塞移動。此時調(diào)速器彈簧組中的怠時彈簧和螺釘?shù)淖饔?，使調(diào)速器柱塞的位置恰好使急速油口充分開啟，讓燃油流過，維持柴油發(fā)電機怠試運轉(zhuǎn)。

（2）當(dāng)柴油發(fā)電機超過最高轉(zhuǎn)速時，調(diào)速器飛錘產(chǎn)生離心力增大，撥動柱塞位移，切斷通向噴油器的燃油，并使燃油流回齒輪泵。因此，柴油發(fā)電機轉(zhuǎn)速下降最高轉(zhuǎn)速后，又使調(diào)速器柱塞處于供油狀態(tài)。

（3）當(dāng)柴油發(fā)電機處于怠速與最高轉(zhuǎn)速之間運轉(zhuǎn)工況時，標(biāo)準(zhǔn)調(diào)速器不起作用，柴油發(fā)電機所需的燃油量，由油門位置控制。如果負(fù)荷不變，可控制油門位置改變柴油發(fā)電機的轉(zhuǎn)速。若轉(zhuǎn)速不改變，同樣亦可控制油門改變柴油發(fā)電機的負(fù)荷。

● 輔助調(diào)速器

      用于柴油發(fā)電機組的柴油機，若采用人工來控制油門位置，來改變轉(zhuǎn)建或負(fù)荷是不穩(wěn)定的。需要輔助調(diào)速器和標(biāo)準(zhǔn)調(diào)速器配合使用。在康明斯柴油發(fā)電機組上，采用二種輔助調(diào)速器：一種為MVS機械全程調(diào)速器，裝在標(biāo)準(zhǔn)調(diào)速器殼體上部，工作原理如圖4所示；另一種EFC電子調(diào)速器。EFC電子調(diào)速器，由電磁傳感器、調(diào)速控制及執(zhí)行器等組成。電磁傳感器裝在飛輪罩上，將飛輪齒圈所感應(yīng)到交流電訊號送到調(diào)速控制器上，與原有的參考量進行比較，當(dāng)出現(xiàn)差異量時，就會改變送到執(zhí)行器的電流量，使執(zhí)行器軸旋轉(zhuǎn)。改變?nèi)加拖到y(tǒng)的供油量，使柴油發(fā)電機的轉(zhuǎn)速或功率改變。裝上EFC電子調(diào)速器，應(yīng)將其調(diào)速器的油門軸固定在全開位置，讓燃油暢流。燃油由齒輪泵進人EFC執(zhí)行器腔中，經(jīng)控制后流向截止閥到噴油器。采用EFC電子調(diào)速系統(tǒng)時應(yīng)注意下面問題：

（1）安裝電磁傳感器時，應(yīng)保證傳感器的頂部與齒圈齒頂之間的間隙為（0.71～1.07）mm。

（2）執(zhí)行器按其直流電源電壓分有12V和24V，因此，要求控制器和執(zhí)行器電壓應(yīng)一致。

● 液力調(diào)速器

      這種調(diào)速器通常在固定式的機組中，柴油發(fā)電機負(fù)荷改變時，能保持恒定的轉(zhuǎn)速。烏德華德（Woodward）液力調(diào)速器。它利用柴油發(fā)電機潤滑系統(tǒng)中有壓力的機油作能量介質(zhì)。其機油來自調(diào)速器驅(qū)動機構(gòu)売的集油槽。當(dāng)柴油發(fā)電機負(fù)荷增加時，轉(zhuǎn)速將下降，飛球向內(nèi)運動，壓下導(dǎo)引閥柱塞，這就使伺服活塞下面有機油壓力，使活塞上升。伺服活塞的運動通過接頭桿傳到接頭軸上，接頭軸的傳動使柴油發(fā)電機供油量增加。反之，供油量減少。

4、調(diào)速柱塞

      它的作用是控制燃油的流向。由于受柱塞位移的限制，故調(diào)速柱塞采用2個節(jié)流孔。當(dāng)飛錘離心力起作用時，就有其中一個節(jié)流孔對準(zhǔn)套胃上上某一節(jié)流孔。柱塞套筒上有3個節(jié)油孔，距離飛錘最遠(yuǎn)的節(jié)流孔為進油孔，最靠近飛錘的節(jié)流孔為怠速油孔，另一只節(jié)流孔為供油孔，通向油門軸。

5、節(jié)流閥

      它是用來控制燃油泵到噴油器油路的開啟和關(guān)閉的閥門?？得魉共裼桶l(fā)電機組通常采用電動節(jié)流閥，它是個電氣操縱的電磁線圈閥，裝在燃油泵的上部，可以讓操作人員用車用點火開關(guān)來啟動柴油發(fā)電機或停車。當(dāng)電磁線圈通電時，電磁閥即開啟讓燃油流往噴油器。當(dāng)電磁線圈斷電時，電磁閥關(guān)閉，停止向噴油器供油，柴油發(fā)電機停車。線圈上裝有一只球形捏手，如果電動失靈時，可用人工操作。當(dāng)用啟動開關(guān)進行電氣操作時，應(yīng)把球形捏手逆時針方向旋到最外面，以便電路接通時線圈開啟節(jié)流閥。

 

圖3  柴油機燃油壓力控制曲線

圖4  MVS機械全程調(diào)速器工作原理圖

 

總結(jié)：

      康明斯發(fā)電機組中的PT泵屬于低壓燃油泵，型號為最為基礎(chǔ)的PT(G)型，主要由齒輪泵、脈沖消減器、兩極調(diào)速器、減震器、節(jié)流閥、磁性濾清器、斷油閥等38個主要零件組成。總結(jié)起來，PT泵通過利用葉輪的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，從而將燃油從進口吸入泵體，并通過壓縮作用將其推送至出口。這種工作原理使得燃油系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高效的燃油輸送和壓力提升。

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