摘要： PT燃油系统是美国康明斯公司独有的专利技术，1954年开始装配于康明斯柴油发电机，其名称“PT”是压力和时间（Pressure-Time）的缩写。该系统通过控制燃油压力和计量时间来实现循环供油量的精确调节，与高压燃油系统在结构原理上有本质区别。随着康明斯发电机组在我国的广泛应用，PT系列燃油系统的校对问题，尤其是喷油器喷射精度的校对，成为使用过程中的关键难题。本文围绕康明斯PT燃油泵的工作原理、柴油机供油系统的功用、PT燃油系统与高压燃油系统的区别、PT燃油系统的组成及流向四个方面进行系统论述，详细分析压力、时间、计量孔三要素对供油量的决定作用，对比两种燃油系统的性能差异，为康明斯PT燃油系统的正确使用和维护提供参考。
一、康明斯PT燃油泵的工作原理
燃油从油箱流经滤清器被齿轮泵所吸入，从齿轮泵排出的燃油压力约为980kPa左右，然后经过康明斯发电机组PT泵内部的稳压器、调速器、节流阀（油门）、断流阀（停车阀）后，离开康明斯发电机组PT泵组合体，大部分经供油管分别进入左排或右排缸的燃油歧管中，每个气缸盖上都钻有燃油通道，使燃油从燃油歧管进入喷油器。
喷油器由凸轮驱动机构所控制，按顺序定时地把燃油喷入气缸，喷油器中其余的燃油通过钻在气缸盖上与进油通道相平行的另一条回流通道经燃油回油歧管，返回康明斯发电机组PT泵的进油一侧。
1. PT供油系统的基本原理
（1）流量与压力、时间、阻力的关系
康明斯发电机组PT型供油系统调节供油量所依据的基本原理是：液体通过某一通道的流量是与液体的压力、允许通过的时间和通道的阻力（通道的断面尺寸）成比例。在通过时间的阻力不变情况下，流量与压力成正比；在压力与阻力不变时，流量与允许通过的时间也成正比；若压力与时间不变，则流量与阻力成反比。这实质上是由流体力学基本方程式所导出的必然结论。
（2）喷油器量孔与供油量的关系
作为单一喷油器来说，其入口处的量孔断面尺寸是经选定而不变的。那么，油量仅与压力和喷油时间成正比，所以可称为康明斯发电机组PT供油系。另外，喷油凸轮形状也是不变的。以角度计无论转速如何变化，所经历的角度是不变的，但以时间计则燃油进入时间是变化的，随转速升高而变短，使喷油量减少。
（3）压力补偿原理
在此情况下，如果还要保持供油量不变，则必须由康明斯发电机组PT燃油泵来提高喷油器的进油压力，以补偿由时间缩短对供油量的影响。所以康明斯发电机组PT燃油泵的输油压力是同时随柴油发电机负荷和转速而变化的，这就是利用压力、时间来控制循环供油量的基本道理。基于上述原理构成了整个康明斯发电机组PT型供油系，根据油箱的安装高位与低位不同，图1、图2分别给出了原理图。
（4）PT名称的由来
PT是Pressure-Time（压力-时间）的缩写，准确概括了该燃油系统的核心控制原理。与传统的高压燃油系统通过改变供油量来调节功率不同，PT燃油系统通过控制燃油压力和计量时间来控制循环供油量。这一独特原理是康明斯公司的专利技术。
2. 燃油泵内部流程
（1）齿轮泵吸入与排出：燃油从油箱流经滤清器被齿轮泵所吸入，齿轮泵是PT燃油泵的第一级增压装置。从齿轮泵排出的燃油压力约为980kPa左右，为后续的燃油计量提供基础压力。齿轮泵由柴油机驱动，其输出流量与柴油机转速成正比。
（2）稳压器：燃油经过稳压器稳定压力。稳压器用于消除燃油压力的波动，保证燃油压力的稳定性。稳压器内部设有膜片和弹簧，当燃油压力波动时，膜片变形吸收压力波动，使输出压力保持稳定。
（3）调速器：燃油经过调速器调节流量。调速器用于根据柴油发电机转速和负荷调节燃油压力，实现循环供油量的控制。调速器有两极式和全程式两种，可根据使用要求选择。
（4）节流阀（油门）：燃油经过节流阀（油门）控制流量。节流阀由操作人员通过油门踏板或手柄控制，改变节流阀开度即可改变燃油流量，从而调节柴油机功率。
（5）断流阀（停车阀）：燃油经过断流阀（停车阀）后离开PT泵组合体。断流阀用于停车时切断燃油供应，使柴油机停止运行。断流阀通常由电磁阀控制，操作方便可靠。
（6）燃油分配：离开PT泵组合体后，大部分燃油经供油管分别进入左排或右排缸的燃油歧管中，每个气缸盖上都钻有燃油通道，使燃油从燃油歧管进入喷油器。
3. 喷油器的工作过程
（1）凸轮驱动：喷油器由凸轮驱动机构所控制，按顺序定时地把燃油喷入气缸。凸轮驱动机构保证喷油器在正确的时刻喷油，实现定时喷油。喷油凸轮的形状决定了喷油器的喷油规律和喷油持续时间。
（2）燃油计量：喷油器内部的柱塞在凸轮驱动下上下运动，柱塞打开计量孔时燃油进入喷油器，柱塞关闭计量孔时停止进油。计量时间的长短取决于柴油机转速，转速越高，计量时间越短。
（3）燃油喷射：喷油器将计量好的燃油以高压喷入气缸，燃油在气缸内与高温高压空气混合后自燃。喷油器的喷射压力高达10000~20000PSI，保证良好的雾化效果。
（4）燃油回流：喷油器中其余的燃油通过钻在气缸盖上与进油通道相平行的另一条回流通道经燃油回油歧管，返回康明斯发电机组PT泵的进油一侧。回流的燃油起到冷却和润滑喷油器的作用。回流燃油约占供油量的80%左右，是PT燃油系统的重要特征。
4. PT燃油泵的驱动与调速
（1）驱动方式：PT燃油泵通常由柴油机齿轮系驱动，驱动齿轮与柴油机曲轴保持一定的传动比。驱动方式有齿轮驱动和皮带驱动两种，齿轮驱动方式可靠性高，应用广泛。
（2）两极调速器：两极调速器仅在怠速和最高转速时起作用，中间转速由操作人员通过油门控制。两极调速器适用于汽车和工程机械等需要频繁变速的场合。
（3）全程调速器：全程调速器在柴油机全部转速范围内起作用，能够自动调节供油量，保持转速稳定。全程调速器适用于发电机组和船舶等需要稳定转速的场合。
（4）调速器的调节特性：调速器的调节特性直接影响柴油机的转速稳定性和负载响应能力。调速器的调速率通常为3%~5%，调速率越小，转速稳定性越好。
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图1 PT燃油泵工作原理图（低位油箱） |
图2 PT燃油泵工作原理图（高位油箱） |
二、柴油机供油系统的功用
柴油发电机供油系的功用是根据柴油发电机的工作要求，定时、定量、定压地将雾化质量良好的柴油按一定的喷油规律喷入汽缸内，并使其与空气迅速良好地混合和燃烧，它工作的情况对柴油发电机的性能有重要影响。要了解一供油系统必须搞清楚该系统是以什么喷油规律在什么时候，以多大的压力，向汽缸内喷入多少燃油的问题。
1. 简单的液压原理（帕斯卡原理）
（1）压力传递：在充满流体的系统中，任何压力的变化立即等量的传到整个系统。帕斯卡原理是PT燃油系统工作的理论基础，压力在封闭流体系统中的等量传递特性使PT燃油系统能够通过控制压力来控制供油量。
（2）流量与压力、时间、截面积的关系：
流体通过某一截面的流量与流体压力、允许通过时间和通过的截面面积正比。若通流时间和通流截面不变其流量与其压力成正比例；若压力和截面不变其流量与时间成正比例；若压力和时间不变则流量与截面成正比例。即：
根据上述理论，图3、图4展出示意图，得出水量取决于三个因素：水的压力；流动时间；通道面积（阀门开度）。康明斯PT燃油系统就是根据这一简单液压原理来设计的。
（3）帕斯卡原理的应用：帕斯卡原理在PT燃油系统中的应用体现在：PT泵输出的燃油压力通过供油管传递到各喷油器，各喷油器入口处的压力基本相同；喷油器的计量孔断面尺寸固定不变；计量时间由柴油机转速决定。因此，循环供油量仅取决于燃油压力和计量时间两个因素。
（4）液压原理的工程意义：液压原理的工程意义在于：通过控制燃油压力可以控制循环供油量，而不需要像高压燃油系统那样通过改变柱塞行程来控制供油量。这使得PT燃油系统的结构更加简单，控制更加方便。
2. 由此得出结论
油杯中的油量就取决于燃油压力、计量时间和计量孔的大小。
（1）计量孔的大小：在PT系统中，计量孔的大小取决喷油器、喷油器又取决CPL号，当CPL号确定后，计量孔就固定不变。这样，在柴油发电机工作时，每循环喷油量只取决于燃油压力和计量时间这两个因素。CPL号是康明斯公司为每种柴油机配置的零件清单编号，不同CPL号对应不同的喷油器计量孔尺寸。
（2）计量时间：实际上是柱塞打开计量孔到关闭计量孔的这段时间间隔。时间间隔的长短取决于喷油器柱塞上下运动的快慢，即取决于柴油发电机的转速高低。在柴油发电机实际工作时，人为是无法控制计量时间的，它仅仅取决于柴油发电机转速。转速越高，计量时间越短；转速越低，计量时间越长。
（3）燃油压力：指的是PT泵在各种工况下输出的燃油压力，它与柴油发电机的转速关系。燃油压力是PT燃油系统中唯一可以人为调节的参数，通过调节燃油压力可以控制循环供油量。PT泵的调速器和节流阀共同控制燃油压力，实现循环供油量的调节。
（4）三要素的相互关系：燃油压力、计量时间和计量孔大小三个要素共同决定循环供油量。计量孔大小由喷油器型号决定，固定不变；计量时间由柴油机转速决定，不可人为控制；燃油压力由PT泵调节，可以人为控制。因此，PT燃油系统通过调节燃油压力来适应柴油机不同工况的供油量需求。
3. 供油系统的技术要求
（1）定时：供油系统必须按照柴油机的工作顺序和规定的时刻将燃油喷入气缸。喷油定时直接影响柴油机的燃烧过程和性能指标。PT燃油系统的喷油定时由喷油凸轮控制，不需要额外调整。
（2）定量：供油系统必须根据柴油机的负荷和转速精确控制循环供油量。供油量过多会导致燃烧不完全、冒黑烟、经济性下降；供油量过少会导致功率不足、启动困难。PT燃油系统通过控制燃油压力来精确控制循环供油量。
（3）定压：供油系统必须保证喷油器以规定的压力将燃油喷入气缸。喷油压力直接影响燃油的雾化质量。PT燃油系统的喷油压力高达10000~20000PSI，保证良好的雾化效果。
（4）雾化质量：供油系统必须保证燃油雾化质量良好，使燃油与空气能够迅速良好地混合和燃烧。雾化质量取决于喷油压力、喷油器结构和燃油粘度等因素。PT燃油系统通过高喷射压力保证良好的雾化质量。
4. 供油系统对柴油机性能的影响
（1）对动力性的影响：供油系统的供油量和喷油定时直接影响柴油机的动力性。供油量越大，柴油机输出的功率越大；喷油定时越准确，燃烧过程越完善，动力性越好。
（2）对经济性的影响：供油系统的供油规律和雾化质量直接影响柴油机的经济性。供油规律合理、雾化质量好，燃烧充分，燃油消耗率低，经济性好。
（3）对排放的影响：供油系统的供油量和喷油定时直接影响柴油机的排放特性。供油量过大、喷油过晚会导致燃烧不完全，增加CO、HC和PM排放；喷油过早会导致NOx排放增加。
（4）对可靠性的影响：供油系统的工作可靠性直接影响柴油机的运行可靠性。供油系统故障会导致柴油机功率下降、启动困难、甚至停机。PT燃油系统结构简单、可靠性高，能够保证柴油机的可靠运行。
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图3 水的压力原理图 |
图4 PT燃油系统液压原理图 |
三、PT燃油系统与高压燃油系统的区别
1. PT燃油系统
（1）燃油压力低：PT燃油泵输出的燃油压力最大不超过300PSI（21kg/cm²）。较低的燃油压力使PT燃油系统的管路和密封要求相对较低，减少了泄漏的风险。
（2）共用供油管：所有的喷油器都共用一根供油管。共用供油管简化了燃油系统的结构，减少了管路连接，提高了系统的可靠性。
（3）空气进入不影响运行：即使有些空气进入燃油系统也不会使发动机“失速”。PT燃油系统对空气的容忍度较高，空气进入燃油系统不会导致发动机立即停机。
（4）无需正时调整：PT油泵不需要正时调整。PT燃油系统的喷油正时由喷油凸轮控制，不需要像高压燃油系统那样进行正时调整。
（5）喷油器冷却良好：有80%左右的燃油用于冷却喷油器后回到油箱，喷油器得到很好的冷却。回流燃油带走喷油器的热量，延长喷油器的使用寿命。
（6）喷射压力高：喷射压力范围高达10000PSI—20000PSI（703—1406kg/cm²），这样保证良好的雾化。高喷射压力使燃油雾化质量好，燃烧充分。
（7）漏油影响小：油管连接处少量漏油对整个发动机输出功率无影响。PT燃油系统的供油量由喷油器计量孔控制，少量漏油不会显著影响供油量。
（8）油量控制方式：油量受油泵和油嘴控制。PT燃油系统的供油量由PT泵的燃油压力和喷油器的计量时间共同控制。
（9）功率稳定：发动机功率可以保持稳定，不会产生功率损耗。PT燃油系统的供油量控制精确，能够保持发动机功率稳定。
（10）停车方式：发动机的停车是切断燃油的流动。PT燃油系统通过断流阀切断燃油供应实现停车。
2. 高压燃油系统
（1）燃油压力高：高压油泵输出的油压高达2500—3000PSI（176—225kg/cm²）。较高的燃油压力使高压燃油系统的管路和密封要求较高，增加了泄漏的风险。
（2）单独供油管：每一喷油器需从油泵中单独引出供油管。单独供油管增加了燃油系统的复杂性和管路连接，降低了系统的可靠性。
（3）空气进入导致失速：当空气进入燃油系统时柴油发电机马上“失速”。高压燃油系统对空气的容忍度较低，空气进入燃油系统会导致发动机立即停机。
（4）需要正时调整：高压油泵需要正时调整。高压燃油系统的喷油正时由油泵控制，需要定期进行正时调整。
3. 两种系统的对比分析
（1）结构复杂度对比：PT燃油系统结构简单，管路少，连接少；高压燃油系统结构复杂，管路多，连接多。PT燃油系统的结构优势使其在可靠性和维护性方面具有明显优势。
（2）压力水平对比：PT燃油泵输出压力低，喷油器喷射压力高；高压燃油系统油泵输出压力高，喷油器喷射压力相对较低。两种系统在压力分布上的差异决定了它们在结构和性能上的不同。
（3）空气容忍度对比：PT燃油系统对空气容忍度高，空气进入不会导致失速；高压燃油系统对空气容忍度低，空气进入会导致失速。PT燃油系统在空气容忍度方面的优势使其在实际使用中更加可靠。
（4）正时调整对比：PT燃油系统不需要正时调整；高压燃油系统需要正时调整。PT燃油系统在正时调整方面的优势减少了维护工作量。
四、PT燃油系统的组成及流向
康明斯发电机组PT系列燃油系统结构特殊，不能使用普通的液压检测系统进行检验，故需要一套更加先进，更加精确的专用的检测仪器。康明斯发电机组PT喷油器的检测是必不可少的一个环节，但目前相关的仪器设备都存在着诸多的问题。国外此种类的检测仪器多是采用早期的控制方式，而且很多功能还是通过机械来实现的，不但构造复杂，而且出现故障的几率非常大。控制部分也只能单一读值，不能进行比较和分析。国内的相关检测仪器普遍存在精度差的问题。
1. PT燃油系统的结构
它由油箱、燃油滤清器、PT燃油泵、低压输油管、喷油器、摇臂、推杆、喷油凸轮和回油管等组成。其中PT燃油泵结构如图5所示，包括齿轮泵、磁性滤清器、脉冲膜片减振器、两极调速器、节流轴、电磁阀等。
（1）油箱与滤清器：油箱储存燃油，滤清器滤除燃油中的杂质。油箱和滤清器是PT燃油系统的第一级，保证进入PT泵的燃油清洁。
（2）PT燃油泵：PT燃油泵是PT燃油系统的核心部件，包括齿轮泵、磁性滤清器、脉冲膜片减振器、两极调速器、节流轴、电磁阀等。PT燃油泵负责吸入燃油、稳定压力、调节流量，向喷油器提供压力稳定的燃油。
（3）低压输油管与喷油器：低压输油管将PT燃油泵输出的燃油输送至喷油器。喷油器将计量好的燃油以高压喷入气缸。低压输油管和喷油器是PT燃油系统的关键部件。
（4）摇臂、推杆与喷油凸轮：摇臂、推杆和喷油凸轮组成喷油器的驱动机构，控制喷油器的喷油时刻和喷油持续时间。喷油凸轮的形状决定了喷油器的喷油规律。
（5）回油管：回油管将喷油器中多余的燃油送回油箱。回油管是PT燃油系统的重要组成部分，起到冷却和润滑喷油器的作用。
2. 燃油流动
燃油流程如图6所示。燃油泵将燃油从油箱中吸起，经过滤清、调速器等送到喷油器，根据PT系统的设计，PT泵供给喷油器的燃油将有80%左右在工作中经喷油器又回到油箱，主要起冷却和润滑喷油器，并防止寒冷气候时燃油冻结及将PT系统里的空气带回油箱排掉的作用。
（1）吸油与过滤：燃油泵将燃油从油箱中吸起，经过滤清器滤除杂质。吸油与过滤是燃油流动的第一阶段。
（2）调压与输送：燃油经过调速器等送到喷油器。调压与输送是燃油流动的第二阶段，PT泵通过调速器调节燃油压力，向喷油器输送压力稳定的燃油。
（3）喷射与回流：喷油器将计量好的燃油喷入气缸，多余的燃油经回油管回到油箱。喷射与回流是燃油流动的第三阶段，80%左右的燃油回流起到冷却和润滑喷油器的作用。
（4）空气排除：回流的燃油将PT系统里的空气带回油箱排掉。空气排除是PT燃油系统的重要功能，保证燃油系统的正常工作。
3. PT油泵特殊配置
如：增加VS（全程）调速器、AFC冒烟限制器、EFC电子调速器、ASA空气信号衰减器等装置。
（1）VS（全程）调速器：VS调速器使PT燃油泵具有全程调速功能，能够在柴油发电机全部转速范围内自动调节供油量，保持转速稳定。
（2）AFC冒烟限制器：AFC冒烟限制器用于限制柴油发电机加速时的供油量，防止加速时冒黑烟。AFC冒烟限制器根据进气压力自动调节供油量，保证燃烧充分。
（3）EFC电子调速器：EFC电子调速器采用电子控制方式，能够更精确地调节供油量，提高柴油发电机的动力性和经济性。
（4）ASA空气信号衰减器：ASA空气信号衰减器用于衰减进气压力信号，防止进气压力波动对供油量的影响，提高柴油发电机的运行稳定性。
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图5 康明斯PT燃油泵系统结构图 |
图6 康明斯PT燃油系统流程图 |
总结
康明斯PT燃油系统通过压力和时间控制循环供油量，其核心原理是燃油流量与压力、时间、计量孔断面尺寸成正比。PT燃油泵由齿轮泵、稳压器、调速器、节流阀和断流阀等组成，燃油从油箱经滤清器进入齿轮泵，经调压后送至喷油器，约80%的燃油回流冷却喷油器。供油系统的功用是定时、定量、定压地将雾化良好的柴油喷入气缸，其性能直接影响柴油机的动力性、经济性、排放和可靠性。与高压燃油系统相比，PT燃油系统具有燃油压力低、共用供油管、空气容忍度高、无需正时调整、喷油器冷却良好、喷射压力高等特点，结构更加简单可靠。PT燃油系统由油箱、滤清器、PT泵、低压输油管、喷油器、摇臂、推杆、喷油凸轮和回油管等组成，可配置VS调速器、AFC冒烟限制器、EFC电子调速器和ASA空气信号衰减器等特殊装置，满足不同应用需求。
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