康明斯动力（深圳）有限公司

 

新闻主题	康明斯发动机PT喷油器的工作原理

 

摘要：康明斯柴油机PT泵的基本原理是液流的体积是与流体压力、流过的时间以及液流的管道截面尺寸成比例，因此在结构上，以燃油泵输出压力和喷油器进油时间对进油量的影响来控制供油量，调节要素是压力和时间，故称PT系统。在PT燃油泵中，PT型燃油泵为最基础的燃油泵，结构最具有代表性。PT型燃油泵主要由齿轮泵、减振器、节流轴、调速器、停车阀等几部分组成。 为适应增压发动机的要求，使燃油泵的供油压力随发动机增压压力的大小而变化。

 

一、PT燃油泵的组成

 

     齿轮式输油泵、稳压器、柴油滤清器、断油阀、节流阀及MVS调速器和PTG调速器等组成一体，并称此组合体为PT燃油泵。

1、齿轮泵和膜片式减震器

（1）齿轮泵由一对齿轮和齿轮泵体、齿轮泵盖等组成，作用是输送燃油。齿轮泵的输出油量和供油压力随齿泵转速的增加而增大。输油量通常是额定工况所需量的4-5倍。

（2）齿轮泵出油口后端的油流通往减震器总成。钢质的减震器膜片能吸收齿轮泵泵油时产生的压力脉冲，并使整个燃油系统的油流平稳。

（3）与泵体回油道相连的一端压装有压力调节阀。燃油泵工作时，调速器和泵体中的回油克服压力调节阀的弹簧力而进入齿轮泵的进油腔，在泵体形成3.4-4.1Pa的低压油，使空气不能进入泵体。

（4）齿轮泵的转速和柴油机转速相同，旋转方向可由齿轮泵体和泵盖上特殊的凸缘标记（或减震器的位置）来判断。从燃油泵的后端看，若凸缘标记在齿轮泵的右上方（减震器靠燃油泵右侧）,则齿轮泵为右转。反之，若该标记在齿轮泵左下方（减震器靠燃油泵左侧）,则齿轮泵为左转。

（5）齿轮泵的冷却润滑：

     齿轮泵的冷却润滑过程如图1所示。PT（G）型泵所采用的是整体冷却式齿轮泵。整体冷却式齿轮泵上面打印有“AR”或“BM”记号，从齿轮泵端面间隙泄漏的燃油，一部分自齿轮泵主动轴从前轴承间隙流到PT泵泵体内，其余在润滑和冷却4个轴承后，经过3个轴承和总回油管再流回油箱。

（6）在弯管接头中有一个弹簧止回阀，其作用是防止停车时，喷油器回油管中的燃油或空气通过此处倒流。当柴油机工作时，齿轮泵中的回油压力推开此阀进行回油。

2、滤网式磁性滤清器

      滤网式磁性滤清器的作用是再次滤除燃油泵所输出的燃油中的杂质和铁屑，主要结构是金属滤网里加一个磁芯。滤网可滤去杂质，磁芯可除去细微的金属铁屑。

3、PT（G）两极调速器

      其作用是稳定怠速和限制最高转速，并能随转速和负荷的变化自动调整供油压力，从而调整供油量。在中间转速时，由操作员改变节流阀（油门）开度来控制供油量。

4、节流阀

      供操作人员在怠速范围以上，按不同转速和负荷条件的需要控制转速。

5、VS全程调速器

      位于燃油泵壳的上部，速度可以通过位于燃油泵顶部的VS速度控制杆加以改变。这种燃油泵能在柴油机整个转速范围内提供平顺的速度调节和适应取力机构等不同速度的要求。

6、断油阀

      结构如图2所示，也叫停车阀。功用是停车时，可将此阀关掉，切断通往喷油器的燃油。安装在泵的燃油出口处，通常是既能电操纵也能手操纵停车阀是一个电磁阀，由电磁铁阀板（圆盘形）、回位弹簧、手控制螺钉等组成。原理如下：

（1）通电时，阀板被吸向右方，处于开启位置，燃油即能通过。反之，断电时，阀板在回位弹簧的作用下压向阀座，燃油被切断。

（2）如果由于电气系统的故障，电流不通时，阀片就吸不开，柴油机就启动不了。为使柴油机在启动线路有故障时仍能启动，可拧进手控制螺钉，迫使阀板顶开，停车时须使螺钉拧出使之断油。

 

图1  PT泵齿轮泵的冷却润滑过程

图2  康明斯PT燃油泵停车阀结构图

 

 

二、PTG调速器的工作过程

 

1、启动

      启动时，节流阀开度较大，由于转速很低（190-250r/min），调速柱塞6处在极左位置，齿轮泵的流量和压力极小，不能使调速器柱塞和怠速柱塞分开，使旁通油道关闭，全部柴油经怠速油道和节流阀通道流往喷油器。

表1    发动机不同工况下G调速器的动作情况

 

2、怠速

       PTG调速器的功用之一就是能使柴油机保持稳定怠速。怠速时，节流阀关闭，燃油经怠速油道绕过节流阀流往喷油器。

      当柴油机怠速转动时，调速柱塞稍右移，由于转速低，齿轮泵来的油压也低，压力油穿过调速柱塞的径向孔道、中心孔道，推动怠速柱塞，使怠速弹簧稍有压缩，从而使调速柱塞和怠速柱塞略有分开，少量的柴油从旁通油道流回油泵，其余的油则通过怠速油道流往喷油器。如果由于某种外界原因使柴油机转速下降，由于飞块离心力减小，调速柱塞因推力瞬时小于两上柱塞端面间的油压而左移，与此同时怠速弹簧便推动怠速柱塞也向左移动，于是怠速油道开度增加，喷油量随之增加，柴油机转速相应回升。反之，如果柴油机转速升高，调速柱塞右移，关小怠速油道，燃油量减少，柴油机转速下降，这样就保证了柴油机在怠速下稳定运转。

      推压怠速柱塞的弹簧力是由怠速弹簧和高速弹簧两者弹力所组成，其动作过程图3所示。调速柱塞的位移取决于怠速弹簧的刚度。在怠速时，高速弹簧已伸长到自由状态，仅怠速弹簧起作用。因怠速弹簧刚度较小，飞块推力稍有改变就会使怠速柱塞有较大的位移，因此可使燃油量及时改变，转速波动就很小。卸下螺塞后，拧进或旋出怠速调节螺钉，就可以对怠速进行调整：拧进螺钉，怠速转速提高；拧出螺钉，怠速转速降低。

3、中速

      中速柴油机在中速时，由操作员控制使节流阀开度增大，怠速弹簧受到较大的压缩，高速弹簧也开始受压缩，轴向推力使调速柱塞右移，关闭了怠速油道。此时，齿轮泵油压使调速柱塞和怠速柱塞分开，调速柱塞和怠速柱塞的间隙增大，从旁通道油道回流的油量比怠速时稍有增加，其余的燃油则从主油道、节流阀、通道流向喷油器，流向喷油器的燃油流量和压力均比怠速时高。

4、最高转速的控制

      PTG调速器另一个功用就是限制发动机的最高转速，随着发动机转速升高，调速柱塞向右移，压缩高速弹簧。在接近最高转速时，通往节流阀的主油道被柱塞逐渐关小，这时由于转速再升高主油道接近关闭。由于节流作用，喷油器进油压力急剧下降，喷油量减少，转速立即下降。最高转速由PTG调速器的调速弹簧的弹力所决定，其大小可利用垫片调整。增加垫片，最高转速升高；减少垫片，最高转速下降。燃油压力和发动机转矩随发动机转速而变化的曲线如图4所示。

5、超速

      在柴油机转速继续增高时，柱塞右移，压缩调速弹簧，当转速增高到额定转速时，调速柱塞移向极右端，柱塞将通往节流阀的油道关小。同时柱塞上的小孔对准旁通油道，使大量柴油旁通回齿轮泵进口处，因此通向PT喷油器的油压骤降，从而使喷油量及转速受到限制，使柴油机停车以防超速。

6、扭矩校正

（1）高速校正：

      当发动机的转速不高时，调速器柱塞位于左边，高速校正弹簧处于松弛状态，如图a。转速增至最大转矩点时，校正弹簧的右端开始与柱塞套筒相接触。转速再上升，调速器柱塞继续右移，高速校正弹簧2被压缩。这样调速器柱塞的作用力被高速校正弹簧抵消一部分，使燃油压力下降，循环供油量减少，相应的发动机转矩随转速上升而略有下降，提高了发动机的转矩适应性。

（2）低速校正：

      低速校正弹簧是装在飞块助推柱塞的左端。当转速高于最大扭矩点转速时，调速柱塞靠向右方。此时低速扭矩校正弹簧处于自由状态，如图（a）。当转速降到小于最大扭矩点转速时，调速柱塞继续向左移动，便压缩低速扭矩校正弹簧，如图（b），此弹簧使飞块助推柱塞和调速柱塞均受一向右推力。由于推力增大，燃油压力也相应增大，柴油机扭矩上升。这样就减缓了柴油机低速时扭矩减小的速率，提高了柴油机低速时的适应性。

       综上所述，PTG调速器可自动限制最高转速及维持怠速稳定运转；由于装有扭矩校正弹簧，所以使得柴油机外特性的适应性系数较大；在高速和怠速之间，调速器不起作用，由操作员操纵旋转式油门（节流阀）的开度而实现加油和减油。

 

图3  PT燃油泵怠速弹簧与高速弹簧的动作

图4  柴油机燃油压力转矩曲线

 

三、PT喷油器原理与结构

 

1、 PT喷油器的基本形式

      PT喷油器分为法兰型和圆筒型两种。法兰型喷油器是用法兰安装在气缸盖上，每个喷油器都装有进回油管；而圆筒型喷油器的进油与回油通道都设在气缸盖或气缸体内，且没有安装法兰，它是靠安装轮或压板压在气缸盖上的，这样既减少了由于管道损坏或泄漏引起的故障，也使柴油机外形布置简单。圆筒型喷油器又可分为PT型、PTB型、PTC型、PTD型和PT-ECON型等。其中PT-ECON型喷油器用于对排气污染要求严格的柴油机上。法兰型和圆筒型喷油器的工作原理基本相似，但在结构上有些差异。PT喷油器可大致分为两种基本形式：

（1）具有安装法兰型的PT喷油器

      法兰型喷油器的构造如图5所示，主要由喷油器体、柱塞、油嘴、弹簧及弹簧座等组成。图1中的数字代表的零件名称分别为：1-连接块；2-连接杆；3-弹簧座；4-卡环；5-弹簧；6-喷油器体；7-进油道；8-环状空间；9-垂直油道；10-回油量孔；11-储油室；12-计量量孔；13-垫片；14-油嘴；15-密封圈；16-连接管；17-滚轮；18-喷油凸轮；19-发动机机体；20-滚轮架轴；21-调整垫片；22-滚轮架盖；23-滚轮架；24-推杆；25-摇臂；26-锁紧螺母；27-调整螺钉；28-进油量孔；29-柱塞。

       油嘴下端有8个直径为0.20mm的喷孔（NH-220-CI和N855型柴油机圆筒型喷油器的孔径为0.1778mm；NT-855和NTA-855型柴油机圆筒型喷油器的孔径为0.2032mm；NH-220-CI型柴油机法兰型喷油器的孔径为0.20mm）。在柴油机喷油器体上通常标有记号，如178-A8-7-17，其各符号按顺序的含义分别为：178-喷油器流量；A-80％流量；8-喷孔数；7-喷孔尺寸为0.007in（0.1778mm）；17-喷油角度为17°喷雾角。喷油器体的油道中有进油量孔、计量量孔和回油量孔。

      柱塞由喷油凸轮（在配气凸轮轴上）通过滚轮、滚轮架、推杆和摇臂等驱动。喷油凸轮具有特殊的形状（如图6所示），并按逆时针方向旋转（从正时齿轮端方向看），其转速是曲轴转速的一半。

 

图5  PT喷油器的结构与工作原理图

图6  康明斯柴油机喷油凸轮的形状

 

 

（2）圆柱式PT喷油器

      无外部油管，这种喷油器又分为PT(A) 、PT(B) 、PT(C) 、PT(D)四个型号，其中PT(D)喷油器是其余三种喷油器的改进型，应用最广泛。PT(D)喷油器分为顶止式和非顶止式两种，NTA855-M350型柴油机所用喷油器为PT（D）非顶止式。

① 顶止式：

      弹簧是用顶部限位螺套锁住，限制喷油器柱塞和连接件的向上的行程，因此，当柱塞上行被挡住后，使喷油器的驱动系统卸除了载荷。PT喷油器计量量孔孔径一般为0.43-0.64mm,回油量孔的孔径为0.94-1.07mm。

② 非顶止式：

      除上部限制喷油弹簧方法不同外，其余结构与顶止式PT(D)型喷油器相同，工作原理也一样。

2、PT喷油器工作原理

      工作原理和喷油过程如图7、图8所示。在进气行程中，滚轮在凸轮凹面上滚动并向下移动。当曲轴转到进气行程上止点时，针阀柱塞在回位弹簧的弹力作用下开始上升，针阀柱塞上的环状空间将垂直油道与进油道接通，此时计量量孔还处于关闭状态。从PT泵来的燃油经过进油量孔、进油道、环状空间、垂直油道、储油室、回油量孔和回油道而流回浮子油箱。燃油的回流可使PT喷油器得到冷却和润滑。

      曲轴继续转到进气行程上止点后44℃A时，柱塞上升到将计量量孔打开的位置。计量量孔打开后，燃油经计量量孔开始进入柱塞下面的锥形空间。

      当曲轴转到进气冲程下止点前60℃A时，柱塞便停止上升，随后柱塞就停留在最上面的位置，直到压缩冲程上止点前62℃A时，滚轮开始沿凸轮曲线上升，柱塞开始下降。到压缩冲程上止点前28℃A时，计量量孔关闭。计量量孔的开启时间和PT泵的供油压力便确定了喷油器每循环的喷油量。

      随后，柱塞继续下行，到压缩上止点前22.5℃A时开始喷油，锥形空间的燃油在柱塞的强压下以很高的压力（约98MPa）呈雾状喷入燃烧室。

      柱塞下行到压缩行程上止点后18℃A时，喷油终了。此时，柱塞以强力压向油嘴的锥形底部，使燃油完全喷出。这样就可以防止喷油量改变和残留燃油形成碳化物而存积于油嘴底部，柱塞压向锥形底部的压力可用摇臂上的调整螺钉调整，调整时要防止压坏油嘴。

      在柱塞下行到最低位置时，凸轮处于最高位置。其后凸轮凹下0.36mm，柱塞即保持此位置不变直到做功和排气终了。

      在滚轮架盖与发动机机体之间装有调整垫片，此垫片用以调整开始喷油的时刻。垫片加厚，则滚轮架右移，开始喷油的时刻就提前。反之，垫片减少，滚轮架左移，喷油就滞后。

      摇臂上的调整螺钉是用来调整PT喷油器柱塞压向锥形底部的压力。在调整过程中采用扭矩法，即用扭力扳手将螺钉的扭矩调整到规定的数值。调整时，要使所调整的缸的活塞处于压缩上止点后90℃A的位置。

 

图7  康明斯PT（D）喷油器工作原理

图8  康明斯PT（D）喷油器喷油过程示意图

 

总结：

      康明斯PT泵主要是依据发电机组的无需工作中情况、给PT喷油泵导出不一样工作压力的低压燃油，具备了操纵液压，局限发动机最大转速比、平稳发动机最小转速比、在机器运作时扭矩校准的功效。在PT燃油系统中，剩余油调整和按时喷射等都由PT喷油泵和其它部件去完成，PT泵仅调整剩余油，在安裝无需调整喷油按时，PT泵是低压燃油泵，去除开高压油管，促使喷油工作压力得到提高，防止了发电机组高压漏油等问题的产生。操作简单、结构紧凑、返修率低，运行平稳是PT泵的最大特性，发电机组中应用PT燃油泵调整剩余油，促使各缸的剩余油分配均匀、平稳、从而促使康明斯柴油发动机的平稳安全性能大为改观。

 

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