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性能特点和作用说明

康明斯柴油机喷油泵调速器的特性和调整方法

 

摘要：喷油泵的速度特性对工况多变的柴油发电机是非常不利的。当柴油发电机负荷稍有变化时，导致柴油发电机转速变化很大。当负荷减小时，转速升高，转速升高导致柱塞泵循环供油量增加，循环供油量增加又导致转速进一步升高，这样不断地恶性循环，造成柴油发电机转速越来越高，最后飞车。因此，在使用高压油泵的柴油发电机一定要装配机械调速器，保证柴油发电机转速稳定。

 

一、喷油泵调速器的特性

 

1、喷油泵的速度特性

      喷油泵的速度特性是指供油拉杆位置不变时，喷油泵每一个循环供油量（Δｇ）随转速变化的规律。

3、喷油泵速度特性的负面效应

（1）转速升高每循环供油量增加，充气系数下降，造成油多气少而冒黑烟，形成恶性循环而“超速”（飞车），严重时旋转机件损坏；

（2）转速降低每循环供油量减少，充气系数上升，造成油少气多而“游车”（不稳定），甚至熄火。

 

二、调速器的工作原理

 

      喷油泵调速器是根据弹簧力和离心力相平衡进行调速的，工作中，弹簧力总是将供油拉杆向循环供油量增加的方向移动；而离心力总是将供油拉杆向循环供油量减少的方向移动。当负荷减小时，转速升高，离心力大于弹簧力，供油拉杆向循环供油量减少的方向移动，循环供油量减小，转速降低，离心力又小于弹簧力，供油拉杆又向循环供油量增加的方向移动，循环供油量增加，转速又升高，直到离心力和弹簧力平衡，供油拉杆才保持不变。这样转速基本稳定在很小的范围内变化。反之当负荷增加时，转速降低，弹簧力大于离心力，供油拉杆向循环供油量增加的方向移动，循环供油量增加，转速升高，弹簧力又小于离心力，供油拉杆又向循环供油量减小的方向移动，循环供油量减小，转速又降低，直到离心力和弹簧力平衡。

1、启动

      启动时，节流阀开度较大，由于转速很低，调速柱塞处在极左位置，齿轮泵的流量和压力极小，不能使调速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。

2、怠速

      PTG调速器的功用之一就是能使柴油机保持稳定怠速。怠速时，节流阀关闭，燃油经怠速油道绕过节流阀流往喷油器。

     具体过程：

      当柴油机怠速转动时，调速柱塞2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器。如果由于某种外界原因使柴油机转速下降，由于飞块离心力减小，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，于是怠速油道开度增加，喷油量随之增加，柴油机转速相应回升。反之，如果柴油机转速升高，调速柱塞右移，关小怠速油道，燃油量减少，柴油机转速下降，这样就保证了柴油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。调速柱塞1的位移取决于怠速弹簧4的刚度。在怠速时，高速弹簧5已伸长到自由状态，仅怠速弹簧起作用。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，转速波动就很小。卸下螺塞后，拧进或旋出怠速调节螺钉，就可以对怠速进行调整：拧进螺钉，怠速转速提高；拧出螺钉，怠速转速降低。

3、中速

      柴油机在中速时，由司机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、通道流向喷油器，流向喷油器的燃油流量和压力均比怠速时高。

4、最高转速的控制

      PTG调速器另一个功用就是限制发动机的最高转速，随着发动机转速升高，调速柱塞向右移，压缩高速弹簧。在接近最高转速时，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，喷油器进油压力急剧下降，喷油量减少，转速立即下降。最高转速由PTG调速器的调速弹簧的弹力所决定，其大小可利用垫片调整。增加垫片，最高转速升高；减少垫片，最高转速下降。

5、超速

      在柴油机转速继续增高时，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，从而使喷油量及转速受到限制，使柴油机停车以防超速。

6、扭矩校正

（1）高速校正：

      当发动机的转速不高时，调速器柱塞位于左边，高速校正弹簧处于松弛状态，如图a。转速增至最大转矩点时，校正弹簧的右端开始与柱塞套筒相接触。转速再上升，调速器柱塞继续右移，高速校正弹簧2被压缩。这样调速器柱塞的作用力被高速校正弹簧抵消一部分，使燃油压力下降，循环供油量减少，相应的发动机转矩随转速上升而略有下降，提高了发动机的转矩适应性。

（2）低速校正：

      低速校正弹簧是装在飞块助推柱塞的左端。当转速高于最大扭矩点转速时，调速柱塞靠向右方。此时低速扭矩校正弹簧处于自由状态，如图（a）。当转速降到小于最大扭矩点转速时，调速柱塞继续向左移动，便压缩低速扭矩校正弹簧，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，柴油机扭矩上升。这样就减缓了柴油机低速时扭矩减小的速率，提高了柴油机低速时的适应性。

 

图1  两速调速器的结构图	图2  两速调速器工作原理图
图3  喷油泵调速器高速转矩弹簧的作用	图4  喷油泵调速器低速转矩校正弹簧的作用

 

三、调速器的调整方法

 

      调速器的作用是控制柴油发电机因喷油泵的速度特性而产生的工作不稳或“飞车”等现象。其工作性能不良时，会导致柴油发电机熄火或工作不稳，严重时会产生“飞车”，从而发生严重的机械故障。因此在调试喷油泵时，对调速器也要进行调整。柴油发电机调速器调整的具体内容如下。

1、高速启动作用点的调整

      启动试验台，使喷油泵转速由低到高逐渐接近额定转速，并将喷油泵操纵臂推至最大供油位置（推到底），然后缓慢增加喷油泵转速，同时注意观察供油调节齿杆位置的变化情况。在供油调节齿杆开始向减小供油量方向移动时的转速，即为调速器高速启动作用点的转速。为保证获得规定的额定转速，而又不致过多地超过规定值，一般是将高速启动作用点的转速调至较额定转速高出10r/min为好（指凸轮轴的转速）。调整方法是改变调速弹簧预紧力。

2、低速启动作用点的调整

      启动试验台，使喷油泵在低于怠速转速下运转，然后缓慢转动操纵臂，当喷油泵刚刚开始供油时，固定操纵臂，并逐渐提高喷油泵转速，同时注意观察供油调节齿杆位置变化情况。当供油调节齿杆开始向减少供油方向移动时的转速，即为低速启动作用点的转速，其值不得高于怠速转速规定值。

3、全负荷限位螺钉的调整

      旋松全负荷限位螺钉，并使喷油泵以额定转速运转，然后将操纵臂缓慢向增加供油量的方向移动，当供油调节齿杆达到最大行程时，停止移动操纵臂，这时拧入全负荷限位螺钉，使其与操纵臂上的扇形挡块相接触即可。

4、怠速稳定弹簧的调整

      由于柴油发电机怠速运转时，调速器的飞块离心力很小，不能立刻将供油调节齿杆推向增加供油量方向。而怠速稳定弹簧的作用就是协助调整怠速的灵敏度。通常在稳定怠速工况时，怠速稳定弹簧应能够将供油调节齿杆向增加供油方向推进0.5mm。不符时，可通过调节怠速稳定弹簧的预紧力调整螺钉来达到。

 

图5  两速调速器高速启动示意图

图6  两速调速器怠速工作示意图

 

总结：

      柴油机是一种内燃机，它的工作原理是通过压缩空气使燃料自燃，并将产生的能量转化为机械能。柴油机调速器是控制柴油机转速的关键组件之一，它可以根据负载变化自动调整柴油机的转速，以保持稳定的输出功率。机械式调速器通过液压缸和配重的协同作用来实现自动调节柴油机转速；电子式调速器则采用ECU和电磁阀的组合来实现更精确的控制。无论是哪种类型的调速器，都需要根据柴油机的实际情况进行选择和调整，以达到最佳效果。

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