康明斯PT柴油泵、喷油嘴、速度控制器的构造机理

摘要：康明斯柴油发电机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，以柴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，调整因素是压力和时间，故称PT系统。在PT燃油泵中，PT型柴油泵为较基本的喷油泵，结构较具有代表性。PT型喷油泵具体由齿轮泵、减震器、节流轴、调速板、停机阀等几部分构造。 为适应增压发电机的要求，使燃油泵的供油压力随发电机增压压力的大小而变化。

     齿轮式输油泵、稳压器、柴油过滤器、断油阀、节流阀及MVS速度控制器和PTG速度控制器等构成一体，并称此组合体为PT柴油泵。

（1）齿轮泵由一对齿轮和齿轮泵体、齿轮泵盖等结构，功能是输送燃油。齿轮泵的输出油量和供油压力随齿泵转速的增加而增大。输油量一般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振器总成。钢质的减震器膜片能吸收齿轮泵泵油时发生的压力脉冲，并使整个燃油装置的油流平稳。

（3）与泵体回油道相连的一端压装有压力调整阀。喷油泵工作时，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，使空气无法进入泵体。

（4）齿轮泵的速度和柴油发电机速度相同，旋转方向可由齿轮泵体和泵盖上特殊的凸缘标记（或减振器的位置）来预判。从喷油泵的后端看，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（减震器靠喷油泵左侧），则齿轮泵为左转。

     齿轮泵的冷却润滑流程如图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，其用途是防止停机时柴油发电机组价格一览表，喷油器回油管中的燃油或空气通过此处倒流。当柴油发电机作业时，齿轮泵中的回油压力推开此阀进行回油。

      滤网式磁性过滤器的作用是再次滤除喷油泵所输出的燃油中的杂质和铁屑，具体组成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。

      其功用是稳定怠速和限制较高转速，并能随速度和负载的变化自动调节供油压力，从而调节供油量。在中间速度时，由使用员改变节流阀（油门）开度来控制供油量。

      供使用人员在怠速范围以上，按不同转速和负载要素的需要控制转速。

      位于燃油泵壳的上部，转速可以通过位于燃油泵顶部的VS速度控制杆加以改变。这种柴油泵能在柴油发电机整个速度范围内提供平顺的转速调整和适应取力机构等不同速度的要求。

      结构如图2所示，也叫停机阀。功用是停机时，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机阀是一个电磁阀，由电磁铁阀板（圆盘形）、回位弹簧、手控制螺钉等构成。机理如下：

（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，阀板在回位弹簧的用途下压向阀座，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，柴油发电机就启动不了。为使柴油发电机在起动线路有故障时仍能起动，可拧进手控制螺钉，迫使阀板顶开，停机时须使螺钉拧出使之断油。

      启动时，节流阀开度较大，因为速度很低（190-250转/分），调速柱塞6处在极左位置，齿轮泵的流量和压力极小，无法使速度控制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。

       PTG调速器的用途之一就是能使柴油发电机保持稳定怠速康明斯柴油发电机组各型号。怠速时，节流阀关闭，燃油经怠速油道绕过节流阀流往喷油嘴。

      当柴油发电机怠速转动时，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嘴。如果由于某种外界缘由使柴油发电机转速下降，由于飞块离心力减少，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，故而怠速油道开度增加，喷油量随之增加，柴油发电机速度相应回升。反之，如果柴油发电机转速升高，调速柱塞右移，关小怠速油道，燃油量减少，柴油发电机速度下降，这样就保证了柴油发电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，仅怠速弹簧起功能。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，速度波动就很小。卸下螺塞后，拧进或旋出怠速调整螺钉，就可以对怠速进行调节：拧进螺钉，怠速转速提升；拧出螺钉，怠速速度减少。

      中速柴油发电机在中速时，由使用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、通道流向喷油嘴，流向喷油嘴的燃油流量和压力均比怠速时高。

      PTG调速器另一个功用就是限制发电机的较高速度，随着发电机转速升高，调速柱塞向右移，压缩高速弹簧。在接近较高速度时，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，喷油嘴进油压力急剧下降，喷油量降低，转速立即下降。较高转速由PTG调速板的调速弹簧的弹力所决定，其大小可利用垫片调节。增加垫片，较高速度升高；减少垫片，较高转速下降。燃油压力和发电机转矩随发电机速度而变化的曲线、超速

      在柴油发电机转速继续增高时，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，从而使喷油量及速度受到限制，使柴油发电机停机以防飞车。

      当发电机的速度不高时，调速板柱塞位于左边，高速调校弹簧处于松弛状态，如图a。速度增至较大转矩点时，校正弹簧的右端开始与柱塞套筒相接触。转速再上升，调速板柱塞继续右移，高速调校弹簧2被压缩。这样调速器柱塞的功能力被高速校正弹簧抵消一部分，使燃油压力下降，循环供油量降低，相应的发电机转矩随速度上升而略有下降，提高了发电机的转矩适应性。

      低速调校弹簧是装在飞块助推柱塞的左端。当转速高于最大功率点转速时，调速柱塞靠向右方。此时低速功率校正弹簧处于自由状态，如图（a）。当转速降到小于最大功率点转速时，调速柱塞继续向左移动，便压缩低速功率调校弹簧，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，柴油发电机功率上升。这样就减缓了柴油发电机低速时功率减轻的速率，提高了柴油发电机低速时的适应性。

       综上所述，PTG调速板可自动限制较高速度及维持怠速稳定运行；由于装有功率校正弹簧，所以使得柴油发电机外特征的适应性系数较大；在高速和怠速之间，调速器不起功用，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。

      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汽缸盖上，每个喷油器都装有进回油管；而圆筒型喷油嘴的进油与回油通道都设在汽缸盖或汽缸体内，且没有安装法兰，它是靠安装轮或压板压在气缸盖上的，这样既降低了因为管道损坏或泄漏引起的损坏，也使柴油发电机外形布置简单。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型喷油器用于对排烟污染要求严格的柴油发电机上。

法兰型和圆筒型喷油嘴的工作原理基本相似，但在构成上有些差异。PT喷油器可大致分为两种基础形式：（1）具有装配法兰型的PT喷油器

     法兰型喷油嘴的结构如图5所示，详细由喷油器体、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：

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-发电机机体；20-滚轮架轴；21-调节垫片；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型柴油发电机圆筒型喷油器的孔径为0.1778mm；NT-855和NTA-855型柴油发电机圆筒型喷油器的孔径为0.2032mm；NH-220-CI型柴油发电机法兰型喷油器的孔径为0.20mm）。在柴油发电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-喷油嘴流量；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。喷油嘴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），其转速是曲轴速度的一半。

      无外部油管，这种喷油嘴又分为PT(A) 、PT(B) 、PT(C) 、PT(D)四个类型，其中PT(D)喷油嘴是其余三种喷油嘴的改善型，运用较广泛。PT(D)喷油嘴分为顶止式和非顶止式两种，NTA855-M350型柴油发电机所用喷油嘴为PT（D）非顶止式。

      弹簧是用顶部限位螺套锁住，限制喷油嘴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。

      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，作业原理也一样。

      工作原理和喷油程序如图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康明斯低噪音柴油发电机组，针阀柱塞在回位弹簧的弹力用途下开始上升，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喷油嘴得到冷却和润滑。      主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。

      当主轴转到进气冲程下止点前60℃A时，柱塞便停止上升，随后柱塞就停留在较上面的位置，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。这样就可以避免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节螺钉调节，调整时要预防压坏油嘴。

      在柱塞下行到较低位置时，凸轮处于较高位置。其后凸轮凹下0.36mm，柱塞即保持此位置不变直到做功和排烟终了。

      在滚轮架盖与发电机机体之间装有调整垫片，此垫片用以调节开始喷油的时刻。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。

      摇臂上的调节螺钉是用来调整PT喷油嘴柱塞压向锥形底部的压力。在调整流程中采用功率法，即用扭力扳手将螺钉的功率调整到规定的数值。调节时，要使所调节的缸的活塞处于压缩上止点后90℃A的位置。

      康明斯PT泵具体是依据发电机组的无需作业中情况、给PT柴油泵导出不同工作压力的低压燃油，具备了操纵液压，局限发电机较大转速比、平稳发电机较小转速比、在机器运作时功率校准的功效。在PT燃油装置中，剩余油调整和按时喷射等都由PT燃油泵和其它部件去完成，PT泵仅调整剩余油，在安装无需调整喷油按时，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升，预防了发电机组高压漏油等问题的发生。使用大概、结构紧凑、返修率低，运行平稳是PT泵的较大特性，发电机组中运用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电机的平稳安全性能大为改观。