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性能特點(diǎn)和作用說明 |
康明斯柴油發(fā)電機(jī)噴油泵的主件、泵油過程和調(diào)速原理 |
引言：同其他柴油發(fā)電機(jī)一樣，康明斯柴油發(fā)電機(jī)主要由曲軸連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、燃油供給系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)等幾大部分組成，其作用是保證發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工作狀態(tài)和條件下所需要的燃油流量。今天康明斯廠家主要對柴油發(fā)電機(jī)組的燃油系統(tǒng)組成、泵油過程，調(diào)速控制原理以及特性做出詳細(xì)的介紹。
1、燃油濾清器
燃油濾清器的作用是除去柴油中的塵土、水分或其他機(jī)械雜質(zhì)，以降低對精密偶件的磨損。燃油濾清器應(yīng)按保養(yǎng)要求定期更換。
燃油濾清器與燃油泵和節(jié)氣門體入口之間的管道串聯(lián)。燃油濾清器的作用是清除燃油中含有的氧化鐵、灰塵等固體雜質(zhì)，從而避免燃油系統(tǒng)(尤其是燃油噴嘴)堵塞。縮短機(jī)械磨損，保證發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，提高可靠性。燃料燃燒器的結(jié)構(gòu)由鋁殼和內(nèi)部為不銹鋼的支架組成。支架上裝有高效濾紙，呈菊花狀增加流通面積。電動(dòng)射流過濾器不能與化學(xué)油過濾器共同使用。因?yàn)殡妵娺^濾器經(jīng)常承受200 & mdash300KPA燃油壓力，所以濾清器的壓力強(qiáng)度大部分需要在500KPA以上，而機(jī)油濾清器則不需要這么高的壓力。
2、輸油泵
輸油泵的作用是建立初級燃油壓力，向噴油泵輸送燃油。輸油泵結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由手油泵和機(jī)械泵兩部分組成。機(jī)械泵負(fù)責(zé)柴油發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)的供油，而手油泵只用于系統(tǒng)排氣。輸油泵多安裝于噴油泵上，由高壓油泵的凸輪軸驅(qū)動(dòng)。
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圖1 輸油泵結(jié)構(gòu)圖 |
輸油泵的工作原理如圖2所示。在高壓油泵的泵軸上設(shè)有輸油泵凸輪，凸輪通過滾輪組件、推桿驅(qū)動(dòng)活塞下行；活塞上行復(fù)位由復(fù)位彈簧驅(qū)動(dòng)完成。活塞在凸輪作用下下行時(shí)，柱塞下方的油腔壓力增高，油腔內(nèi)的燃油頂開出油閥將燃油泵出，為高壓油泵供油；凸輪轉(zhuǎn)過最高點(diǎn)后，活塞在彈簧作用下復(fù)位上行，此時(shí)，活塞下方的油腔容積增大，在真空吸力作用下進(jìn)油閥被吸開，將燃油吸人活塞下方的油腔。以上過程不斷循環(huán)，輸油泵就可連續(xù)為高壓油泵供油。
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圖2 輸油泵原理圖 |
3、直列柱塞燃油泵
（1）直列柱塞泵結(jié)構(gòu)
直列柱塞泵結(jié)構(gòu)如圖3所示，它由泵體、分泵、油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和調(diào)速器等部分組成。直列柱塞泵按結(jié)構(gòu)類型可分為A型泵、B型泵和P型泵等多種類型。
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圖3 燃油泵分配泵結(jié)構(gòu)和原理圖 |
（2）供油原理
柱塞偶件泵油過程如圖3所示。柱塞頭部加工有直槽和斜槽，直槽將柱塞頂部油腔與斜槽下部的環(huán)形油腔連通。柱筒套筒上有一個(gè)或兩個(gè)油孔與泵體上的低壓油腔連通。柱塞下行至上端面在柱塞套筒的進(jìn)油孔以下時(shí)，低壓油腔的柴油進(jìn)人柱塞頂上的油腔內(nèi)。柱塞自下止點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)，且上端面沒有完全遮住柱塞套筒上的油孔時(shí)，部分柴油被柱塞擠回低壓油腔。柱塞上端面完全遮住油孔時(shí)，柱塞外圓柱面切斷柱塞套筒內(nèi)腔與泵體低壓油腔的通道，柱塞繼續(xù)上升，柱塞套筒內(nèi)的燃油壓力迅速上升，打開出油閥，為噴油器供油。柱塞繼續(xù)上移，當(dāng)其頭部下斜面剛剛露出套筒的油孔時(shí)，低壓油腔與斜槽下部環(huán)形油腔連通，柱塞上方的高壓燃油通過直槽迅速流回到低壓油腔，使柱塞頂上的油壓下降、出油閥關(guān)閉，供油停止。此后，柱塞繼續(xù)上行，直到上止點(diǎn)為止，但不再泵油。從上述吸油和壓油過程可知，在柱塞向上運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過程中，只有中間一段行程才是供油過程，這一行程稱為柱塞的有效行程。
（3）油量調(diào)節(jié)
油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的作用是實(shí)現(xiàn)油量控制，使供油量能在最大供油量到零供油量（斷油）的范圍內(nèi)連續(xù)變化，以適應(yīng)柴油發(fā)電機(jī)的負(fù)荷要求。油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的組成，如圖4所示，供油量的調(diào)節(jié)是通過齒桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)柱塞實(shí)現(xiàn)的。齒條運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)，而齒圈與控制柱塞轉(zhuǎn)動(dòng)的控制套筒固定在一起。這樣，拉動(dòng)齒條時(shí)，柱塞便同步轉(zhuǎn)動(dòng)，供油結(jié)束時(shí)刻會(huì)隨柱塞斜邊對正柱塞套筒回油孔位置的改變而變化。柱塞轉(zhuǎn)動(dòng)的角度不同，柱塞的有效行程也不同，因此供油量也隨之改變。
柱塞相對不供油位置轉(zhuǎn)動(dòng)的角度越大，柱塞上端面到打開柱塞套筒回油孔的斜邊距離也越大，供油量也就越多。若柱塞轉(zhuǎn)動(dòng)的角度較小，則斷油開始較早，供油量也較少。柴油發(fā)電機(jī)熄火時(shí)必須斷油，可將柱塞上的縱向直槽轉(zhuǎn)到正對著柱塞套筒上的回油孔方向。此時(shí)，在整個(gè)柱塞行程中，柱塞套筒內(nèi)的燃油一直通過直槽流回低壓油道，出油閥不會(huì)打開，故供油量為零。一些噴油泵上采用了油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其為撥叉拉桿式設(shè)計(jì)，調(diào)節(jié)原理與齒輪齒條機(jī)構(gòu)相同。
4、燃油泵調(diào)速器
（1）噴油泵的速度特性
噴油泵的速度特性指在油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)位置不變的情況下，隨柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷的突然改變，供油量反向變化（負(fù)荷增大，供油減少；負(fù)荷減小，供油增加）的現(xiàn)象。當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，轉(zhuǎn)速升高，導(dǎo)致柱塞泵循環(huán)供油量增加，這會(huì)使轉(zhuǎn)速進(jìn)一步升高，如此不斷惡性循環(huán)，造成柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速越來越高，最后飛車；反之，當(dāng)負(fù)荷增大時(shí)，轉(zhuǎn)速降低，導(dǎo)致柱塞泵循環(huán)供油量減少，這會(huì)使轉(zhuǎn)速進(jìn)一步降低，如此不斷惡性循環(huán)，造成柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速越來越低，最后熄火。
速度特性顯然對保持柴油發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)是不利的。要改變這種惡性循環(huán)，就要克服噴油泵的速度特性。為此，噴油泵都裝有調(diào)速器。調(diào)速器是根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷變化來自動(dòng)調(diào)節(jié)供油量，從而保證柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。
（2）RFD型調(diào)速器
RFD型調(diào)速器是在和RSV調(diào)速器的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的全速/兩速調(diào)速器'它既可作兩速用，又可作全速用，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。下面對這種調(diào)速器的兩速應(yīng)用工作原理進(jìn)行介紹。
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圖4 兩級調(diào)速器原理圖 |
① 起動(dòng)工況
支持杠桿以銷釘為支點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，浮動(dòng)杠桿以銷軸6為支點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，齒條被推到最左邊（最大噴射量的位置）。此時(shí)，浮動(dòng)杠桿被拉到最左邊，導(dǎo)致杠桿繞著銷軸a順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，滑套左移、飛塊回收，這使齒條移動(dòng)到最左邊，即最大供油位置，保證起動(dòng)時(shí)可加濃混合氣。
② 無負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)（怠速）工況
控制杠桿處于無負(fù)荷位置，通過杠桿傳動(dòng)使齒條被拉到最右端（最小供油位置）。怠速轉(zhuǎn)速下飛塊離心力將怠速彈簧壓縮，當(dāng)離心力與怠速彈簧彈力平衡時(shí)，齒條位置保持不變。
當(dāng)負(fù)荷突然減小、柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速提高時(shí)，飛塊離心力增大，滑套受力平衡被打破，會(huì)進(jìn)一步壓縮怠速彈簧右移，帶動(dòng)導(dǎo)動(dòng)杠桿、浮動(dòng)杠桿、齒條一同右移，使供油量下降，并抑制轉(zhuǎn)速提高；當(dāng)負(fù)荷突然增大時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，飛塊離心力減小，滑套受力平衡被打破，在怠速彈簧作用下左移，帶動(dòng)導(dǎo)動(dòng)杠桿、浮動(dòng)杠桿、齒條一同左移，使供油量上升，并抑制轉(zhuǎn)速下降。
③ 中速供油量控制
控制杠桿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，齒條左移增加供油量，柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速上升，飛塊離心力增大，滑套右移將怠速彈簧壓縮到極限。此后，柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速在怠速和額定轉(zhuǎn)速間變化時(shí)，飛塊保持在固定開度不變，銷軸位置不再變化，調(diào)速器不再對供油量進(jìn)行調(diào)節(jié)，供油量大小只由角度決定。控制杠桿位置與齒條位置一一對應(yīng)。
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圖5 供油量調(diào)節(jié)示意圖 |
④ 最高轉(zhuǎn)速時(shí)的供油量控制。
達(dá)到最高轉(zhuǎn)速時(shí)，飛塊的離心力與調(diào)速彈簧之間的受力平衡被打破，飛塊的離心力大于調(diào)速器彈簧的彈力，飛塊在中速時(shí)的位置基礎(chǔ)上繼續(xù)張開，拉力杠桿在飛塊離心力作用下繞銷軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)、通過桿件帶動(dòng)齒條右移，供油量減小，柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速上升勢頭被遏制。當(dāng)轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速200r/min左右時(shí)，齒條將右移至停油位置。
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