性能特點和作用說明

康明斯柴油機噴油泵調速器的特性和調整方法

 

摘要：噴油泵的速度特性對工況多變的柴油發電機是非常不利的。當柴油發電機負荷稍有變化時，導致柴油發電機轉速變化很大。當負荷減小時，轉速升高，轉速升高導致柱塞泵循環供油量增加，循環供油量增加又導致轉速進一步升高，這樣不斷地惡性循環，造成柴油發電機轉速越來越高，最后飛車。因此，在使用高壓油泵的柴油發電機一定要裝配機械調速器，保證柴油發電機轉速穩定。

 

一、噴油泵調速器的特性

 

1、噴油泵的速度特性

      噴油泵的速度特性是指供油拉桿位置不變時，噴油泵每一個循環供油量（Δｇ）隨轉速變化的規律。

3、噴油泵速度特性的負面效應

（1）轉速升高每循環供油量增加，充氣系數下降，造成油多氣少而冒黑煙，形成惡性循環而“超速”（飛車），嚴重時旋轉機件損壞；

（2）轉速降低每循環供油量減少，充氣系數上升，造成油少氣多而“游車”（不穩定），甚至熄火。

 

二、調速器的工作原理

 

      噴油泵調速器是根據彈簧力和離心力相平衡進行調速的，工作中，彈簧力總是將供油拉桿向循環供油量增加的方向移動；而離心力總是將供油拉桿向循環供油量減少的方向移動。當負荷減小時，轉速升高，離心力大于彈簧力，供油拉桿向循環供油量減少的方向移動，循環供油量減小，轉速降低，離心力又小于彈簧力，供油拉桿又向循環供油量增加的方向移動，循環供油量增加，轉速又升高，直到離心力和彈簧力平衡，供油拉桿才保持不變。這樣轉速基本穩定在很小的范圍內變化。反之當負荷增加時，轉速降低，彈簧力大于離心力，供油拉桿向循環供油量增加的方向移動，循環供油量增加，轉速升高，彈簧力又小于離心力，供油拉桿又向循環供油量減小的方向移動，循環供油量減小，轉速又降低，直到離心力和彈簧力平衡。

1、啟動

      啟動時，節流閥開度較大，由于轉速很低，調速柱塞處在極左位置，齒輪泵的流量和壓力極小，不能使調速器柱塞和怠速柱塞分開，使旁通油道關閉，全部柴油經怠速油道和節流閥通道流往噴油器。

2、怠速

      PTG調速器的功用之一就是能使柴油機保持穩定怠速。怠速時，節流閥關閉，燃油經怠速油道繞過節流閥流往噴油器。

     具體過程：

      當柴油機怠速轉動時，調速柱塞2稍右移，由于轉速低，齒輪泵來的油壓也低，壓力油穿過調速柱塞的徑向孔道、中心孔道，推動怠速柱塞，使怠速彈簧稍有壓縮，從而使調速柱塞和怠速柱塞略有分開，少量的柴油從旁通油道流回油泵，其余的油則通過怠速油道流往噴油器。如果由于某種外界原因使柴油機轉速下降，由于飛塊離心力減小，調速柱塞因推力瞬時小于兩上柱塞端面間的油壓而左移，與此同時怠速彈簧便推動怠速柱塞也向左移動，于是怠速油道開度增加，噴油量隨之增加，柴油機轉速相應回升。反之，如果柴油機轉速升高，調速柱塞右移，關小怠速油道，燃油量減少，柴油機轉速下降，這樣就保證了柴油機在怠速下穩定運轉。

      推壓怠速柱塞的彈簧力是由怠速彈簧和高速彈簧兩者彈力所組成。調速柱塞1的位移取決于怠速彈簧4的剛度。在怠速時，高速彈簧5已伸長到自由狀態，僅怠速彈簧起作用。因怠速彈簧剛度較小，飛塊推力稍有改變就會使怠速柱塞有較大的位移，因此可使燃油量及時改變，轉速波動就很小。卸下螺塞后，擰進或旋出怠速調節螺釘，就可以對怠速進行調整：擰進螺釘，怠速轉速提高；擰出螺釘，怠速轉速降低。

3、中速

      柴油機在中速時，由司機控制使節流閥開度增大，怠速彈簧受到較大的壓縮，高速彈簧也開始受壓縮，軸向推力使調速柱塞右移，關閉了怠速油道。此時，齒輪泵油壓使調速柱塞和怠速柱塞分開，調速柱塞和怠速柱塞的間隙增大，從旁通道油道回流的油量比怠速時稍有增加，其余的燃油則從主油道、節流閥、通道流向噴油器，流向噴油器的燃油流量和壓力均比怠速時高。

4、最高轉速的控制

      PTG調速器另一個功用就是限制發動機的最高轉速，隨著發動機轉速升高，調速柱塞向右移，壓縮高速彈簧。在接近最高轉速時，通往節流閥的主油道被柱塞逐漸關小，這時由于轉速再升高主油道接近關閉。由于節流作用，噴油器進油壓力急劇下降，噴油量減少，轉速立即下降。最高轉速由PTG調速器的調速彈簧的彈力所決定，其大小可利用墊片調整。增加墊片，最高轉速升高；減少墊片，最高轉速下降。

5、超速

      在柴油機轉速繼續增高時，柱塞右移，壓縮調速彈簧，當轉速增高到額定轉速時，調速柱塞移向極右端，柱塞將通往節流閥的油道關小。同時柱塞上的小孔對準旁通油道，使大量柴油旁通回齒輪泵進口處，因此通向PT噴油器的油壓驟降，從而使噴油量及轉速受到限制，使柴油機停車以防超速。

6、扭矩校正

（1）高速校正：

      當發動機的轉速不高時，調速器柱塞位于左邊，高速校正彈簧處于松弛狀態，如圖a。轉速增至最大轉矩點時，校正彈簧的右端開始與柱塞套筒相接觸。轉速再上升，調速器柱塞繼續右移，高速校正彈簧2被壓縮。這樣調速器柱塞的作用力被高速校正彈簧抵消一部分，使燃油壓力下降，循環供油量減少，相應的發動機轉矩隨轉速上升而略有下降，提高了發動機的轉矩適應性。

（2）低速校正：

      低速校正彈簧是裝在飛塊助推柱塞的左端。當轉速高于最大扭矩點轉速時，調速柱塞靠向右方。此時低速扭矩校正彈簧處于自由狀態，如圖（a）。當轉速降到小于最大扭矩點轉速時，調速柱塞繼續向左移動，便壓縮低速扭矩校正彈簧，如圖（b），此彈簧使飛塊助推柱塞和調速柱塞均受一向右推力。由于推力增大，燃油壓力也相應增大，柴油機扭矩上升。這樣就減緩了柴油機低速時扭矩減小的速率，提高了柴油機低速時的適應性。

 

圖1  兩速調速器的結構圖	圖2  兩速調速器工作原理圖
圖3  噴油泵調速器高速轉矩彈簧的作用	圖4  噴油泵調速器低速轉矩校正彈簧的作用

 

三、調速器的調整方法

 

      調速器的作用是控制柴油發電機因噴油泵的速度特性而產生的工作不穩或“飛車”等現象。其工作性能不良時，會導致柴油發電機熄火或工作不穩，嚴重時會產生“飛車”，從而發生嚴重的機械故障。因此在調試噴油泵時，對調速器也要進行調整。柴油發電機調速器調整的具體內容如下。

1、高速啟動作用點的調整

      啟動試驗臺，使噴油泵轉速由低到高逐漸接近額定轉速，并將噴油泵操縱臂推至最大供油位置（推到底），然后緩慢增加噴油泵轉速，同時注意觀察供油調節齒桿位置的變化情況。在供油調節齒桿開始向減小供油量方向移動時的轉速，即為調速器高速啟動作用點的轉速。為保證獲得規定的額定轉速，而又不致過多地超過規定值，一般是將高速啟動作用點的轉速調至較額定轉速高出10r/min為好（指凸輪軸的轉速）。調整方法是改變調速彈簧預緊力。

2、低速啟動作用點的調整

      啟動試驗臺，使噴油泵在低于怠速轉速下運轉，然后緩慢轉動操縱臂，當噴油泵剛剛開始供油時，固定操縱臂，并逐漸提高噴油泵轉速，同時注意觀察供油調節齒桿位置變化情況。當供油調節齒桿開始向減少供油方向移動時的轉速，即為低速啟動作用點的轉速，其值不得高于怠速轉速規定值。

3、全負荷限位螺釘的調整

      旋松全負荷限位螺釘，并使噴油泵以額定轉速運轉，然后將操縱臂緩慢向增加供油量的方向移動，當供油調節齒桿達到最大行程時，停止移動操縱臂，這時擰入全負荷限位螺釘，使其與操縱臂上的扇形擋塊相接觸即可。

4、怠速穩定彈簧的調整

      由于柴油發電機怠速運轉時，調速器的飛塊離心力很小，不能立刻將供油調節齒桿推向增加供油量方向。而怠速穩定彈簧的作用就是協助調整怠速的靈敏度。通常在穩定怠速工況時，怠速穩定彈簧應能夠將供油調節齒桿向增加供油方向推進0.5mm。不符時，可通過調節怠速穩定彈簧的預緊力調整螺釘來達到。

 

圖5  兩速調速器高速啟動示意圖

圖6  兩速調速器怠速工作示意圖

 

總結：

      柴油機是一種內燃機，它的工作原理是通過壓縮空氣使燃料自燃，并將產生的能量轉化為機械能。柴油機調速器是控制柴油機轉速的關鍵組件之一，它可以根據負載變化自動調整柴油機的轉速，以保持穩定的輸出功率。機械式調速器通過液壓缸和配重的協同作用來實現自動調節柴油機轉速；電子式調速器則采用ECU和電磁閥的組合來實現更精確的控制。無論是哪種類型的調速器，都需要根據柴油機的實際情況進行選擇和調整，以達到最佳效果。

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