康明斯动力设备（深圳）有限公司

 

新闻主题	康明斯发电机组的步进喷油（STC）系统工作原理和优点

 

摘要：康明斯柴油机喷油器的特点是每个喷油器进油口处量孔断面尺寸经过选定就不再改变，虽然每缸喷入柴油的计量时间随柴油机转速而变化，但在每一个既定转速下也是相对固定的,此时只要改变喷油器进油口处的柴油压力(即相应改变PT燃油泵的出口燃油压力)就可以调节喷油量。柴油发电机STC喷油器是一种新的步进喷油系统，也是一种喷油正时控制方法，包括求出基本喷油正时，根据当前发动机工况算出参考增压压力，根据算出的参考增压压力与当前增压压力之差算出喷油正时补偿值，以及用基本喷油正时补偿值补偿基本喷油正时，算出最终喷油正时。

 

 一、喷油器原理与特点

 

       PT(D)型喷油器根据燃油泵的柴油输出压力对喷油进行计量，然后依靠喷油器柱塞驱动机构在规定的时刻将柴油加压并喷入燃烧室，剩余的柴油经回油管返回浮子油箱。在喷油器体的外圆上装有三个O形密封圈，它们与汽缸盖上的孔相密封而形成燃油的进、回油道。滤网用卡环固定在喷油器体的进油孔上，进油孔上还装有进油量孔塞，喷油器用安装板固定在汽缸塞上。柱塞接合套与柱塞为静配合的精密偶件，其上部装有顶杆和弹簧垫圈，并由顶部限位螺套限位。柱塞偶件用喷油器筒头紧帽和筒头共同压装在喷油器体上。柱塞套与喷油器体及筒头之间设有密封衬垫，而是靠精密研磨的方法保证密封。在进油孔道中装有一止回球阀，用以防止燃油倒流。在喷油器体的下部还设有计量量孔和回油孔，其在柴油机位置如图1所示。

1、工作原理

      康明斯步进喷油系统，简称STC，即分步喷油正时控制系统。该系统利用液压原理，控制喷油柱塞下行的开始时间，实现提前和延期喷油，达到有效控制气缸压力，提高燃油的燃烧效率，从而获得更大的功率。该系统与喷油器合为一体，称为PT（D）-STC型喷油器（简称STC喷油器）。STC型喷油器与常规PT（D）型喷油器相比，增加了液压提前器、提前器锁紧螺母等零部件（见附图2）。

      一般的PT（D）型喷油器系机械式开式喷油器，常用于气缸盖内有进、回油道的康明斯系列柴油发电机。其基本功能为将燃油泵送来的低压燃油转变为高压燃油喷入烧室对燃油进行计量与燃油泵共同作用以满足柴油机对燃油供油量的要求；协同喷油器驱动凸轮，在规定的时刻和期间内完成喷射过程，确保雾化质量优良和喷射结束后无滴漏等不良现象。喷入柴油发电机的燃油量由计量孔前的燃油压力（燃油泵的供油压力）和计量孔开启的时间决定。在进入喷油器的燃油中约有80％用于喷油器的冷却（回油），因此喷油器有较长的使用寿命。

      而STG型喷油器与一般的PT（D）型喷油器不同的是在启动和轻载工况下，采用“喷油提前正时方式，即燃油在压缩循环中更早喷射而在中、重载工况下使用常态正时方式"，即燃油在压缩循环中更晚喷射。

      STG型喷油器提前正时方式是由STC控制阀输出的机油（压力不低于70 kPa）控制的。当压力润滑油充满提前器柱塞与柱塞套之间的空间时，相当于液体挺柱，提前器柱塞通过它作用于提前器柱塞套，从而在相同的喷油凸轮转角下使喷油器柱塞提前下行，完成提前喷油。在常态正时方式下，STC控制阀关闭了压力润滑油输出通道，提前器柱塞与柱塞套之间没有压力润滑油，液体挺柱消失。在相同的喷油凸轮转角下，提前器柱塞与柱塞套直接形成刚性接触，喷油器柱塞恢复常态下行，从而实现常态下的喷油正时。STC控制浅的开启或关闭是由燃油压力控制的，当燃油压力低于221kPa时，STC控制阀处于开启状态，允许机油输送到提前器，形成液体挺柱。当燃油压力高于221 kPa时，STC控制关闭，机油输送到提前器的通路被切断，液体挺柱消失。

2、喷油系统的优点

（1）在喷油提前正时方式下工作时，能改进在寒冷天气下的怠速特性和减少发动机冒白烟；

（2）提高轻载工况的燃油经济性减少喷油器积炭。

（3）在常态正时方式下工作时，能控制气缸最高爆发压力降低NOX（氮氧化物）的排放。

3、喷油系统的使用注意事项

（1）开箱使用前，应仔细核对产品型号的正确性。开箱后，进一步核对产品型号的正确性。

（2）从包装盒中取出喷油器，应使油杯端朝下，注意防止柱塞从喷油器中脱出，以免造成损伤，并严禁将柱塞抽出喷油器，以防脏物进入喷油器引起卡塞。

（3）安装前，应对喷油器外圆上的O形圈涂抹适量润滑脂，以防安装时损伤。

（4）安装后，按柴油发电机装配及调整要求调整柴油发电机推杆的行程和摇臂的间隙囹不得随意拆解喷油器，尽量避免损坏漆封。

 

图1  康明斯喷油器在柴油发动机位置示意图

图2  康明斯PT(D)—STC型喷油器结构图

 

二、喷油正时（定时）原理与调整

 

1、喷油正时的概述

      喷油正时代码打印在发动机的铭牌上。代码是与数值技术规格有关的字母。技术规格可以在康明斯发动机技术手册或“CPL手册中找到。以K19系列康明斯发动机为例，正时代码参数如表1所列。   

（1）喷油正时是当活塞处于压缩冲程上止点前5.16毫米[0.2032英寸]或19°时，在喷油器柱塞与柱塞套之间距离的大小。

（2）喷油正时由推杆的行程余量来表示。推杆的行程决定了相对于活塞位置的燃油喷射时刻。推杆的行程余量越大，则喷油正时延后得越多。推杆的行程余量越小，则喷油正时提前得越多。

（3）喷油正时的改变是通过相对于活塞位置提前或延后凸轮随动器的动作来完成的。这是通过选用不同凸轮轴齿轮键，以改变凸轮型线相于对凸轮随动器的位置来完成的。

（4）齿轮系正时（标记对正后）总是保持不变。

表1    K19系列康明斯发动机正时代号及相关参数表

 

2、喷油正时的调整原理

      N855系列发动机通过改变滚轮与凸轮表面的接触点，调整喷油正时（用调整垫片调整）。 K、M11系列发动机通过改变曲轴与凸轮轴相对转角，调整喷油正时（选用凸轮轴偏心键调整）。调整原理如图3和图4所示：

      康明斯发动机都规定活塞在压缩行程上止点前-0.2032″（-5.16mm）这个位置来检查正时。康明斯发动机正时代号所给出的数据，都是在这个位置给出的。拆下摇臂室，拔出喷油器，装上正时调整工具（3375522）。

 

图3  康明斯发动机喷油正时位置

图4  康明斯发动机喷油正时调整原理

 

3、喷油正时调整步骤

（1）将正时调整工具安装在发动机上；

（2）顺时针转动发动机到调整缸压缩冲程上止点，调好活塞上表1的量程并将千分表调零；

（3）继续顺时针转动发动机曲轴约90度（表2指针不动），将喷油凸轮上千分表2调好量程并将表调零，并记录该表小指针读数；

（4）反时针转动发动机曲轴，并在活塞下行时开始对表1记数，至读数超过-0.2032英寸（-5.16毫米）；

（5）顺时针缓慢转动发动机曲轴到活塞表1读数为-0.2032英寸（-5.16毫米）；

（6）读出喷油凸轮上表的读数（实测值），并与正时代号规定值（喷油推杆行程）比较；

注：正时代号由两个英文字母构成，它由厂家设计部门选定，并标注在每台发动机的铭牌上。

4、偏移量的选择注意事项

      偏移量每改变0.025mm(0.001英寸),推杆行程将改变0.127mm(0.0005英寸)。

（1）实际操作中，都是以推杆的行程量的变化来选择偏移键，用偏移量的改变达到推杆的正常行程值。

（2）选择偏移键时，往往会因为正时值差异很大，如正时值从-2.80mm改变到-4.80mm时，偏移键的偏移量是无法满足的。这主要是凸轮轴的线形发生改变，凸轮轴的偏移键定位起了变化。所以，相对的凸轮轴应选配适当的键来调整，否则偏移键的偏移量是无法满足推杆的行程变化。

（3）初始调整行程时，最好先用无偏移量的标准键试调整，然后算出偏移量，选定偏移键再次调试。

 

总结：

      为使喷油器喷⼊缸内的柴油能够及时地完全燃烧，必须定期检查油泵的供油时间。供油时间过早，柴油发电机会出现起动困难和敲缸的故障；供油时间过迟，会导致排⽓冒⿊烟，机温过⾼，油耗上升。喷油器针阀偶件的配合精度极⾼，并且喷孔孔径很⼩，因⽽必须严格按照季节变化选⽤规定牌号的清洁柴油，否则喷油器就不能正常⼯作。清洗喷油器针阀偶件时不得与其它硬物相撞，也不可使其跌落在地，以免碰伤擦伤。更换喷油器针阀偶件时，应先将新偶件放⼊80℃的热柴油中浸泡10s左右，让防锈油充分溶化后，再在⼲净柴油中将针阀在阀体内来回抽动，彻底洗净，这样才能避免喷油器⼯作时因防锈油溶化⽽发⽣粘住针阀的故障。

 

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