康明斯柴油發(fā)電機的pt泵工作原理
pt燃油系統(tǒng)是美國康明斯發(fā)動機公司(cummins engine company)的專利產(chǎn)品。與一般柴油機的燃油系統(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獨特之處。目前,國內(nèi)的柴油發(fā)電機組、船用柴油機、中型卡車以及其他工程機械已經(jīng)大量采用康明斯發(fā)動機和pt燃油系統(tǒng)。
一、pt燃油系統(tǒng)的基本工作原理
pt燃油系統(tǒng)通過改變?nèi)加捅玫妮斢蛪毫Γ╬ressure)和噴油器的進油時間(time)來改變噴油量,因此,把它命名為“pt燃油系統(tǒng)”或“壓力-時間系統(tǒng)”。
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發(fā)動機的轉(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到。
二、pt燃油系統(tǒng)的組成
pt燃油系統(tǒng)的組成如圖1所示。其中齒輪式輸油泵、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。一般汽車上只裝ptg兩極式調(diào)速器,而在工程機械(如發(fā)電機組)或負(fù)荷變化頻繁的汽車上加裝的有機械可變轉(zhuǎn)速全程式調(diào)速器(mvs)、可變轉(zhuǎn)速全程式調(diào)速器(vs)或?qū)S萌僬{(diào)速器(svs)。當(dāng)只裝ptg兩極調(diào)速器時,節(jié)流閥與調(diào)速手柄(或汽車加速踏板)連接,調(diào)節(jié)調(diào)速手柄(或踩汽車加速踏板)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mvs、vs或svs全程式調(diào)速器,則節(jié)流閥保持全開位置不動,mvs、vs或svs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。
當(dāng)發(fā)動機工作時,柴油被齒輪式輸油泵從柴油箱中吸出,經(jīng)柴油濾清器濾除燃油中的雜質(zhì),再經(jīng)穩(wěn)壓器消除燃油壓力的脈動后,送入柴油濾清器。經(jīng)過濾清的柴油分成兩路,一路進入ptg兩極式調(diào)速器和節(jié)流閥,另一路進入mvs(vs、svs)全程式調(diào)速器。其壓力經(jīng)過調(diào)速器和節(jié)流閥調(diào)節(jié)后,經(jīng)斷油閥供給噴油器。在噴油器內(nèi)柴油經(jīng)計量、增壓然后被定時地噴入氣缸。多余的柴油經(jīng)回油管流回柴油箱。噴油器的驅(qū)動機構(gòu)包括噴油凸輪、擺臂、噴油器推桿和噴油器搖臂。噴油凸輪與配氣機構(gòu)凸輪共軸。電磁式斷油閥用來切斷燃油的供給,使柴油機停轉(zhuǎn)。
圖1 柴油發(fā)電機pt燃油系統(tǒng)的組成
三、pt燃油泵
pt燃油泵有pt(g型)和pt(h型)兩種。后者與前者的區(qū)別是后者流量較大,并附有燃油控制阻尼器以控制燃油壓力的周期波動。這里主要介紹pt(g型)燃油泵。
1、pt(g型)燃油泵組成
① 齒輪式輸油泵:
從柴油箱中將油抽出并加壓通過油泵濾網(wǎng)送往調(diào)速器。
② 調(diào)速器:
調(diào)節(jié)從齒輪式輸油泵流出的燃油壓力,并控制柴油機的轉(zhuǎn)速。
③ 節(jié)流閥:
在各種工況下,自動或手動控制流入噴油器的燃油壓力(量)。
④ 斷油閥:
切斷燃油供給,使柴油機熄火。
由此可知:pt燃油泵在燃油系統(tǒng)中起供油、調(diào)壓和調(diào)速等作用。即在適當(dāng)壓力下將燃油供入噴油器;在柴油機轉(zhuǎn)速或負(fù)荷發(fā)生變化時及時調(diào)節(jié)供油壓力,以改變供油量滿足工況變化的需要;調(diào)節(jié)并穩(wěn)定柴油機轉(zhuǎn)速。ptg-mvs燃油泵的構(gòu)造如圖2所示。
圖2 柴油發(fā)電機pt燃油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
2、ptg兩極式調(diào)速器
ptg兩極式調(diào)速器的工作原理如圖3所示。
調(diào)速器柱塞可在調(diào)速器套筒內(nèi)軸向移動,也可通過驅(qū)動件和傳動銷使其旋轉(zhuǎn)。柱塞的左端受到飛塊離心力的軸向推力,右端則作用有怠速彈簧8與高速彈簧9彈力。
調(diào)速器套筒上有三排油孔,與進油口相通的為進油孔,中間一排孔通往節(jié)流閥,左邊一排則連通怠速油道。
在調(diào)速器柱塞右端有一軸向油道,并通過徑向孔與進油孔相通。柴油機工作時,進入調(diào)速器的柴油,少部分經(jīng)節(jié)流閥或怠速油道流向噴油器。大部分則通過調(diào)速器柱塞的軸向油道推開怠速彈簧柱塞,經(jīng)旁通油道流回齒輪泵的進油口。在飛塊的左端和右端分別設(shè)有低速轉(zhuǎn)矩控制彈簧和高速轉(zhuǎn)矩控制彈簧。
圖3 柴油發(fā)電機ptg兩極式調(diào)速器
ptg兩極式調(diào)速器的工作原理如下所述。
① 怠速工況
怠速時,節(jié)流閥處于關(guān)閉位置(圖3右上角),燃油只經(jīng)過怠速油道流往噴油器。如果由于某種原因使轉(zhuǎn)速下降,飛塊離心力減小,怠速彈簧便推動調(diào)速器柱塞向左移動,使通往怠速油道的孔口截面增大,供油量增加。當(dāng)轉(zhuǎn)速升高時,ptg調(diào)速器柱塞右移,流通截面減小,供油量減少,以此保持怠速穩(wěn)定。怠速調(diào)整螺釘10用于改變怠速的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。
② 高速工況
當(dāng)柴油機轉(zhuǎn)速升高時,ptg調(diào)速器的柱塞右移,怠速彈簧被壓縮,這時主要由高速彈簧起作用,ptg調(diào)速器柱塞凹槽的左邊切口已逐漸移至中間通往節(jié)流閥的孔口處。當(dāng)轉(zhuǎn)速處于標(biāo)定轉(zhuǎn)速時,切口位于孔口左側(cè)。此時,如果柴油機的轉(zhuǎn)速增高,則柱塞繼續(xù)右移,孔口流通截面減小,使流向噴油器的油量減少。當(dāng)柴油機的負(fù)荷全部卸去時,則孔口的截面關(guān)至很小,柱塞右端的十字形徑向孔已移出調(diào)速器套筒5而與旁通油道相通,柴油機處于最高空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速下工作,從而限制了轉(zhuǎn)速的升高。
③ 高速轉(zhuǎn)矩控制
當(dāng)柴油機在低速工況工作時,飛塊右端的高速轉(zhuǎn)矩控制彈簧處于自由狀態(tài)。如果發(fā)動機的轉(zhuǎn)速升高,則飛塊離心力增大,使調(diào)速器柱塞右移。當(dāng)轉(zhuǎn)速超過最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速時,彈簧開始受到壓縮,使調(diào)速器柱塞所受到的飛塊軸向力減小,因而燃油壓力也減小,轉(zhuǎn)矩下降。轉(zhuǎn)速愈高,轉(zhuǎn)矩下降愈多,從而改善了柴油機高速時的轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性。
④ 低速轉(zhuǎn)矩控制
當(dāng)柴油發(fā)動機轉(zhuǎn)速低于最大轉(zhuǎn)矩點轉(zhuǎn)速時,ptg調(diào)速器的柱塞向左移動,壓縮低速轉(zhuǎn)矩控制彈簧,調(diào)速器柱塞增加了一個向右的推力,使燃油壓力相應(yīng)增大,供油量增加,柴油機轉(zhuǎn)矩上升,從而減緩了柴油機低速時轉(zhuǎn)矩減小的傾向,提高了低速時轉(zhuǎn)矩的適應(yīng)性。
3、節(jié)流閥
pt燃油泵中的節(jié)流閥是旋轉(zhuǎn)式柱塞閥,除怠速工況外,燃油從ptg調(diào)速器至噴油器都要流經(jīng)節(jié)流閥。它用來調(diào)節(jié)除怠速和最高轉(zhuǎn)速以外各轉(zhuǎn)速的pt燃油泵的供油量。怠速和最高轉(zhuǎn)速的供油量由ptg調(diào)速器自動調(diào)節(jié)。通過操縱手柄(或踩踏加速踏板)來轉(zhuǎn)動節(jié)流閥,以改變節(jié)流閥通過斷面,達到改變供油壓力和pt燃油泵供油量的目的。
4、mvs及vs調(diào)速器
在工程機械(如發(fā)電機組、推土機用)柴油機上,其pt燃油系統(tǒng)的pt泵內(nèi)除了ptg兩極式調(diào)速器外,還裝有mvs或vs全程式調(diào)速器。它可使柴油機在使用人員選定的任意轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運轉(zhuǎn),以適應(yīng)工程機械工作時的需要。
① mvs調(diào)速器
mvs調(diào)速器在pt泵油路中的位置如圖1和圖2所示。圖4為mvs調(diào)速器的結(jié)構(gòu)示意圖。其柱塞的左側(cè)承受來自輸油泵并經(jīng)柴油濾清器的柴油的壓力作用,此油壓隨柴油機轉(zhuǎn)速的變化而變化。柱塞右側(cè)與調(diào)速器彈簧柱塞相接觸而承受調(diào)速彈簧(包括怠速彈簧和調(diào)速器彈簧)的彈力。
當(dāng)pt泵的調(diào)速手柄處于某一位置時,其下的雙臂杠桿便使mvs調(diào)速彈簧的彈力與柱塞左側(cè)的油壓相平衡,使柴油機在該轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定工作。當(dāng)柴油機的負(fù)荷減少面使其轉(zhuǎn)速上升時,則柱塞左側(cè)的油壓隨之增大,于是柱塞右移,來自節(jié)流閥的柴油通道被關(guān)小,使pt泵的輸出油壓下降,噴油泵的循環(huán)噴油量也隨之減小,以限制柴油機轉(zhuǎn)速的上升;反之,當(dāng)柴油機的負(fù)荷增加而使其轉(zhuǎn)速下降時,則調(diào)速彈簧的彈力便大于柱塞左側(cè)的油壓,柱塞左移,來自節(jié)流閥的柴油通道被開大,使pt泵的輸出油壓上升,噴油泵的循環(huán)噴油量也隨之增大,以限制柴油機轉(zhuǎn)速的下降。改變調(diào)速手柄的位置,即改變了調(diào)速彈簧的預(yù)緊力,柴油機便在另一轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。
在怠速時,調(diào)速器彈簧呈自由狀態(tài)而不起作用,僅由怠速彈簧維持怠速的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。mvs調(diào)速器設(shè)有高速和低速限制螺釘,用以限制調(diào)速手柄的極限位置。
pt泵在附加了mvs調(diào)速器后,正常工作時節(jié)流閥是用螺釘加以固定的。如需調(diào)整,則擰動節(jié)流閥以改變通過節(jié)流閥流向mvs調(diào)速器的油壓,從而使循環(huán)噴油量發(fā)生變化。
圖4 柴油發(fā)電機mvs調(diào)速器結(jié)構(gòu)示意圖
② vs調(diào)速器
圖5為ptg-vs燃油泵結(jié)構(gòu)示意圖。vs調(diào)速器也是一種全程式調(diào)速器,它是利用雙臂杠桿控制調(diào)速彈簧的彈力與飛錘的離心力相平衡來達到全程調(diào)速的目的。而前面所講述的mvs調(diào)速器是利用雙臂杠桿控制調(diào)速彈簧的彈力與油壓的平衡來實現(xiàn)全程調(diào)速的。
圖5 柴油發(fā)電機ptg-vs燃油泵結(jié)構(gòu)示意圖
1-傳動齒輪及軸;2-vs調(diào)速器飛錘;3-去噴油器的燃油;4-斷油閥;5-vs調(diào)速器柱塞;6-vs怠速彈簧:
7-vs高速彈簧;8-vs調(diào)速器;9-vs油門軸;10-齒輪泵;11-脈沖減振器;12-自濾清器來的燃油;
13-壓力調(diào)節(jié)閥;14-ptg調(diào)速器;15-怠速調(diào)整螺釘;16-卡環(huán);17-ptg高速彈簧;18-ptg怠速彈簧;
19-壓力控制鈕;20-節(jié)流閥;21-濾清器濾網(wǎng);22-ptg調(diào)速器柱塞;23-高速轉(zhuǎn)矩彈簧;
24-ptg調(diào)速器飛錘;25-飛錘柱塞;26-低速轉(zhuǎn)矩彈簧;27-主軸
5、斷油閥
圖6所示為電磁式斷油閥結(jié)構(gòu)示意圖。通電時,閥片被電磁鐵吸向右邊,斷油
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