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柴油發(fā)電機(jī)噴油提前角的原理及計(jì)算方程式 |
摘要：噴油提前角過(guò)早或過(guò)遲將直接影響到柴油發(fā)電機(jī)的輸出功率，增加燃油消耗，導(dǎo)致爆燃、燃燒溫度過(guò)高和運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)。當(dāng)負(fù)荷過(guò)高時(shí)會(huì)出現(xiàn)拉缸、敲缸、斷活塞環(huán)、啟動(dòng)時(shí)倒轉(zhuǎn)、加速缸套汽蝕等一系列不良后果，應(yīng)立即停機(jī)進(jìn)行調(diào)整，而噴油提前角的調(diào)整不但技術(shù)要求高而且工藝復(fù)雜，康明斯公司在本文中介紹一種經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期摸索出的一條成功經(jīng)驗(yàn)，既簡(jiǎn)單又可靠的方法。
一、噴油提前角的原理
噴油提前角就是從燃油通過(guò)噴油嘴開始進(jìn)入燃燒室的時(shí)刻到活塞到達(dá)上止點(diǎn)之間曲軸所轉(zhuǎn)過(guò)的角度，如圖1所示。噴油提前角對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的排放水平、油耗和工作噪聲具有決定性的影響。噴油提前角過(guò)大會(huì)導(dǎo)致柴油在壓縮沖程結(jié)束之前很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)就開始燃燒，缸內(nèi)壓力急劇上升，阻礙活塞繼續(xù)上升。
柴油在燃燒室中的燃燒是一個(gè)非常復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，從燃燒開始到產(chǎn)生最高爆炸壓力又分幾個(gè)階段，要求活塞在壓縮沖程的上止點(diǎn)時(shí)要開始燃燒，在上止點(diǎn)后10℃A~15℃A時(shí)產(chǎn)生最大爆發(fā)壓力，所以要求柴油發(fā)電機(jī)一定要有一個(gè)合適的噴油提前角。在調(diào)整過(guò)程中，必須找到壓縮行程的上止點(diǎn)和噴油器針閥開啟時(shí)刻的凸輪軸齒輪位置。按照慣例，康明斯系列柴油發(fā)電機(jī)針閥開啟的時(shí)刻選在噴油泵和噴油器上彈簧座被壓至與殼體間的距離，且要求此時(shí)壓縮行程在上止點(diǎn)前2℃A~4℃A范圍內(nèi)，這一參數(shù)需要反復(fù)調(diào)整才使柴油發(fā)電機(jī)達(dá)到最佳工況，提前角由設(shè)計(jì)人員、反復(fù)實(shí)驗(yàn)得出。
在不同靜態(tài)提前角下，發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定功率必然會(huì)產(chǎn)生變化，因此，性能開發(fā)必須要保證標(biāo)定功率達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。所以，在不同靜態(tài)提前角下，通過(guò)調(diào)整機(jī)械VE泵的高速螺釘來(lái)保證標(biāo)定功率符合設(shè)計(jì)指標(biāo)，其變化曲線圖如圖2所示。
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圖1 柴油機(jī)提前角原理圖 |
圖2 不同噴油提前角所對(duì)應(yīng)的缸內(nèi)壓力變化曲線 |
二、正時(shí)齒輪的傳動(dòng)模式
按照曲軸與凸輪軸之間的傳動(dòng)方式的不同，也可以分為三種傳遞方式：齒輪傳動(dòng)，鏈條傳動(dòng)，齒型皮帶傳動(dòng)。
圓柱齒輪傳動(dòng)，采用圓柱形正時(shí)齒輪傳動(dòng)，曲軸齒輪經(jīng)過(guò)中間齒輪與凸輪軸嚙合來(lái)傳遞動(dòng)力。在大部分柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，曲軸和凸輪軸之間動(dòng)力傳動(dòng)都是通過(guò)圓柱齒輪傳動(dòng)的。正時(shí)齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是配氣相位準(zhǔn)確，工作性可靠，耐久性好；缺點(diǎn)是噪音和磨損都較大，空間布置困難，一般齒輪可以用斜齒，來(lái)提高工作的穩(wěn)定性能。
正時(shí)齒輪傳動(dòng)模式見圖1，按照慣例其調(diào)整方法是調(diào)整曲軸齒輪與凸輪軸齒輪的相對(duì)位置，然而從曲軸齒輪與凸輪軸齒輪中間有一系列的中間齒輪，調(diào)整起來(lái)非常繁瑣且難以達(dá)到要求。實(shí)際上我們不難發(fā)現(xiàn)彈性齒輪大齒圈與小齒圈的齒數(shù)比為64﹕31，剛好與曲軸齒輪與凸輪軸齒輪的齒數(shù)比相符，因而我們?cè)谡{(diào)整點(diǎn)火正時(shí)齒輪時(shí)，只需脫開中間惰輪，將曲軸齒輪置于所需的位置，然后調(diào)整彈性齒輪大齒圈與小齒圈的相對(duì)位置便可。
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圖3 正時(shí)齒輪模式圖 |
三、提前角的計(jì)算方程式
在轉(zhuǎn)動(dòng)彈性齒輪時(shí)，兩齒圈同時(shí)旋轉(zhuǎn)且角速度相同，轉(zhuǎn)動(dòng)的齒數(shù)比為64：31=2.064516129，實(shí)際上轉(zhuǎn)動(dòng)齒數(shù)應(yīng)為整數(shù)比2才能裝入，所以2后面的小數(shù)便成了噴油提前角的計(jì)算系數(shù)。假設(shè)旋轉(zhuǎn)小齒圈的齒數(shù)為n根，那么大齒圈旋轉(zhuǎn)的齒數(shù)則為2n，噴淌提前角為a℃A，于是便有如下公式：
360/31×n+a=360/64×2n即a=0.362903226n
根據(jù)這一關(guān)系式計(jì)算出所需轉(zhuǎn)動(dòng)的齒數(shù)(表1)。
表1 調(diào)整噴油提前角彈性齒輪所需轉(zhuǎn)動(dòng)的齒數(shù)
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彈性齒輪大齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)的齒數(shù)
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彈性齒輪小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的齒數(shù)
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改變的相位角
°CA
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彈性齒輪大齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)的齒數(shù)
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彈性齒輪小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的齒數(shù)
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改變的相位角
°CA
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2
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1
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0.36
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14
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7
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2.54
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4
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2
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0.73
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16
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8
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2.90
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6
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3
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1.09
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18
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9
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3.27
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8
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4
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1.45
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20
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10
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3.63
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10
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5
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1.82
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22
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11
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3.99
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12
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6
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2.81
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21
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12
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4.35
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四、噴油提前角的調(diào)整
1、拆下第1缸的高壓油管，轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸使第1缸活塞處于膨脹沖程始點(diǎn)，此時(shí)飛輪殼上的指針對(duì)準(zhǔn)飛輪上的“0”度線。然后反轉(zhuǎn)柴油發(fā)電機(jī)曲軸，使檢視窗上的指針對(duì)準(zhǔn)飛輪上相當(dāng)于噴油提前角規(guī)定的角度，然后松開噴油泵傳動(dòng)軸節(jié)和盤上的兩個(gè)固緊螺釘，按噴油泵的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，緩慢而均勻地轉(zhuǎn)動(dòng)噴油泵凸輪軸至第1缸出油口油面剛剛發(fā)生波動(dòng)的瞬時(shí)為止并擰緊結(jié)合盤上的兩個(gè)螺釘。
2、拆下第1缸高壓油管，轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸使第1缸活塞處于壓縮終點(diǎn)位置前40°左右，然后按柴油發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向緩慢而均勻地轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸，同時(shí)密切注意噴油泵第1缸出油口的油面情況。當(dāng)油面剛剛發(fā)生波動(dòng)的瞬時(shí)，即表示第1缸噴油開始，此時(shí)檢視窗上指針?biāo)鶎?duì)準(zhǔn)的飛輪上刻度值就是噴油提前角度數(shù)。如這個(gè)角度與規(guī)定范圍不符，可松開接合盤上的兩個(gè)固定螺釘，將噴油泵凸輪軸轉(zhuǎn)過(guò)所需調(diào)整的角度（傳動(dòng)軸接盤上的刻度，每個(gè)相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)角3°），提前角過(guò)小，凸輪軸按運(yùn)轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)；提前角太大，則按運(yùn)轉(zhuǎn)的反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，然后擰緊接合盤上的兩個(gè)螺釘，再重復(fù)核對(duì)一次，直至符合規(guī)定范圍為止。
有時(shí)，檢查噴油提前角與規(guī)定值相差甚微，可不必松開接合盤轉(zhuǎn)動(dòng)噴油泵凸輪軸，而只要將噴油泵的四只安裝螺釘稍為放松，使噴油泵體作微小的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)調(diào)整，它的轉(zhuǎn)動(dòng)方向應(yīng)與第二種方法相反，調(diào)整好后將螺釘擰緊。
總結(jié)：
發(fā)動(dòng)機(jī)在不同提前角下，排放影響較大的量為NOx,對(duì)其他氣體和顆粒物的影響較小。 隨著靜態(tài)提前角的減小，發(fā)動(dòng)機(jī)的排溫逐漸上升，在2°提前角下已達(dá)到700度以上，所以應(yīng)選擇最優(yōu)角度，控制排溫。 提前角的減小有利于發(fā)動(dòng)機(jī)爆發(fā)壓力的降低，可以使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行更加穩(wěn)定。
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