摘要:為達到嚴(yán)格的排放要求,康明斯發(fā)動機公司發(fā)展了一種新型的液壓驅(qū)動的可變噴油正時控制系統(tǒng),稱為STC(Step Timing Control) 分步噴油正時控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)與PT噴油器合為一體,稱為PT(D)——STC型噴油器(簡稱STC型噴油器。STC型PT噴油器與常規(guī)PT(D)噴油器相比,主要增加了液壓提前器及相關(guān)零件。STC型PT噴油器為分步正時控制噴油器。在起動和輕載工況下,采用“噴油提前正時方式”,即燃油在壓縮循環(huán)中更早噴射;而在中、重載工況下采用“常態(tài)正時方式”,即燃油在壓縮循環(huán)中更晚噴射。
一、噴油器的工作過程
PT燃油泵噴油器的原理如圖1所示。其功用除了噴射霧化燃油外,還要對燃油進行計量和加壓。由于噴油器的內(nèi)腔與氣缸相通,因此它屬于開式噴油器。在驅(qū)動機構(gòu)和回位彈簧的作用下,噴油器柱塞在噴油器體內(nèi)作往復(fù)運動。柱塞往復(fù)移動一次便完成一個循環(huán)的進油、計量、升壓和噴油過程。
噴油器的工作過程如圖2所示。柱塞上行初期,柱塞上的環(huán)槽與上進油道接通時,來自PT燃油泵的燃油流入上進油道,通過環(huán)槽沿下進油道而流入環(huán)形槽,此時由于計量量孔仍被關(guān)閉,燃油不能流入泵體的錐形空腔,所以全部燃油只能通過回油量孔沿回油道流回燃油箱。當(dāng)柱塞繼續(xù)上行,計量量孔被打開時,部分燃油則流入泵體下部的錐形空腔,而大部分燃油仍經(jīng)回油量孔流回燃油箱。由于此時燃油壓力較低,噴孔直徑又很小,故燃油不會漏入燃燒室。當(dāng)柱塞下行直至柱塞封閉計量量孔時,進油結(jié)束。此后柱塞繼續(xù)下行,錐形腔內(nèi)油壓急劇升高,燃油在高達100MPa壓力作用下呈細霧狀噴入燃燒室。當(dāng)柱塞下行至其錐形部分占據(jù)了泵體的整個錐形空腔時,噴油結(jié)束。此時,柱塞環(huán)槽上的臺階關(guān)閉進油道,油路中的燃油停止流動。
1、旁通階段
噴油器處于停止供油狀態(tài),柱塞被壓在最低位置,柱塞中部細的部位把噴油器內(nèi)部的進回油道勾通。這時燃油對噴油器進行冷卻,并排除油道中的氣體,發(fā)動機在作功和排氣沖程中噴油器柱塞一直處于這一狀態(tài)。
2、計量(量油)階段
當(dāng)凸輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)到進氣沖程后不久,由于凸輪外型曲線的變化,柱塞在彈簧的作用下升起,先將進、回油道切斷,燃油旁通結(jié)束,量孔開始計量,燃油流至噴油器的油杯,此時由于油壓低,噴孔直徑小(≈0.17mm)而不會漏油。當(dāng)柱塞上升到最高位置后,凸輪外型曲線保持平穩(wěn),柱塞處在最高位置直到進氣結(jié)束。在壓縮沖程中,在凸輪曲線的作用下,柱塞緩慢下行,直至接近封閉計量孔,計量結(jié)束。
3、 準(zhǔn)備噴射階段
計量結(jié)束后,柱塞下行到一定的位置,下部的油杯及油道就產(chǎn)生了一定的壓力,使止回球閥落到球座上,關(guān)閉了進油道,柱塞繼續(xù)下行把油道與油杯分開,由于發(fā)動機轉(zhuǎn)速高、計量時間短,其油杯不會被燃油充滿,所以,這階段只是壓縮和部分地排除油杯中的氣體,為噴射作準(zhǔn)備。
4、噴射階段
在發(fā)動機壓縮沖程接近終了時,凸輪外型曲線又有突然的變化,使柱塞快速下行,把油杯里的燃油以1056KG/CM的高壓,噴入汽缸內(nèi),在噴射的同時,柱塞中部細的部位又使進、回油道聯(lián)通,燃油又開始旁通,柱塞最后落到油杯上,噴油結(jié)束。
圖1 康明斯柴油機PT噴油器原理圖 |
圖2 康明斯柴油機PT噴油器工作過程 |
二、噴油器的分類
PT噴油器分成法蘭型和圓簡型二種。法蘭型噴油器是用法蘭安裝在缸蓋上,每一個噴油器都配有進回輸油管;而圓桶型噴油器的進液與泵油安全通道都建在缸蓋或汽缸身體,且沒有安裝法蘭,它是靠安裝輪或銷釘壓在缸蓋上的,那樣既降低了因為管路毀壞或漏泄弓|起的常見故障,也使柴油發(fā)動機外觀設(shè)計布局簡易。圓桶型噴油器又可分成PT型、PTB型、PTC型、PTD型和PT-ECON型等。在其中.PT-ECON型噴油器用以對排氣管環(huán)境污染規(guī)定嚴(yán)的柴油發(fā)動機上。
1、法蘭式
該型號現(xiàn)在很少使用,實物如圖3所示。
2、圓柱式
(1)上止式:
使用于250KW-800KW等發(fā)電機組。調(diào)整方法為零間隙法(小扭矩法),實物如圖4所示。
圖3 K-PTD法蘭式噴油器實物圖 |
圖4 PTD噴油器實物圖(上止式 |
(2)非上止式:使用于其它機型,調(diào)整方法為千分表法(行程法),實物如圖5所示。
(3)STC噴油器:使用于M600、G4、M11等發(fā)動機調(diào)整方法為零間隙法(大扭矩法90INLB),實物如圖6所示。PT(D)-STC噴油器工作原理如下:
STC型PT噴油器噴油提前角的提前是由STC控制閥輸送出的壓力潤滑油(壓力不低于10psi或69kPa)控制的。當(dāng)壓力潤滑油充滿于提前器柱塞與柱塞套之間的空間時,相當(dāng)于“液體挺柱”,提前器柱塞通過它,作用于提前器柱塞套,從而在相同的噴油凸輪轉(zhuǎn)角下,使噴油器柱塞下行,完成提前噴油。在常態(tài)正時方式下,STC控制閥關(guān)閉了壓力潤滑油輸出通道,提前器柱塞與柱塞套之間沒有壓力潤滑油,“液體挺柱”消失,在相同的噴油凸輪轉(zhuǎn)角下,提前器柱塞與柱塞套直接形成剛性接觸,噴油器柱塞恢復(fù)常態(tài)的下行,從而實現(xiàn)常態(tài)下的噴油正時。
圖5 PTD噴油器實物圖(非上止式) |
圖6 帶STC噴油器實物圖(非上止式) |
● 燃油計量
——凸輪處于小基園位置;
——燃油從量孔流進噴油器;
——計量柱塞頂端關(guān)閉了泄油口;
——計量柱塞下端打開了計量口;
——燃油進入油杯;
——計量開始,凸輪仍然處于小基園;
——進入油杯的油量取決于燃油壓力和計量口打開的時間。
● 開始噴油
——凸輪處于從小基園轉(zhuǎn)向大基園的上升段位置;
——在凸輪作用下柱塞向下運動;
——計量柱塞下端關(guān)閉了計量口;
——油杯中燃油壓力高于氣缸壓力時開始噴油;
——計量柱塞頂端打開了泄油口;
——燃油從泄油口流出而冷卻噴油器,并維持油道的穩(wěn)定壓力;
——噴油壓力達到20000psi。
● 噴油結(jié)束
——凸輪處于鼻尖位置;
——在凸輪作用下,噴油器柱塞壓入油杯;
——噴油器柱塞壓入油杯時,燃油噴孔被強制關(guān)閉,不產(chǎn)生二次噴射;
——噴油器準(zhǔn)備下一次計量。
三、PT噴油器的優(yōu)勢和特點
1、 PT噴油器的好處
(1)在噴油提前正時方式下工作時:
——改進在寒冷天氣下的怠速特性;
——減少在寒冷天氣下發(fā)動機冒白煙;
——改善輕載工況的燃油經(jīng)濟性;
——減少噴油器積碳。
(2)在常態(tài)正時方式下工作時:
——控制氣缸最高爆發(fā)壓力;
——降低NOx(氮氧化物)的排放。
3、STC型PT噴油器的特點
——燃油壓力高達20000psi。
—— 燃油霧化優(yōu)異,排放煙度小。
——性能標(biāo)定方便,適應(yīng)性好。
——可以選用車用調(diào)速器或全程調(diào)速器。
——取消了高壓油路,沒有二次噴射的問題。
——對于安裝調(diào)試的問題不敏感。
綜上所述,PT燃油供給系統(tǒng)循環(huán)供給油量的控制是通過PT泵的供油壓力和噴油器的噴油時間兩個因素匹配來實現(xiàn)的。
以上所有的數(shù)據(jù)均是基于柴油發(fā)電機組帶燃油泵、水泵、機油泵、空濾器和消聲器運轉(zhuǎn)時獲得的,但不帶有充電機、空壓機、風(fēng)扇、選用設(shè)備和驅(qū)動件。
以上所有的數(shù)據(jù)都是基于ISO 3046標(biāo)準(zhǔn)參考的條件—海拔110m(361ft),大氣壓力100kPa(29.53inHg),進氣溫度25℃ (77°F),相對濕度30%,使用標(biāo)準(zhǔn)No.2號柴油或符合ASTM D975的柴油。