新聞主題	發(fā)動(dòng)機(jī)噴油提前角調(diào)整裝置

 

摘要：噴油提前角是指柴油開始噴入氣缸的時(shí)刻相對(duì)于曲軸上止點(diǎn)的曲軸轉(zhuǎn)角，而供油提前角則是噴油泵開始向氣缸供油時(shí)的曲軸轉(zhuǎn)角。顯然，供油提前角稍大于噴油提前角。也就是說，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油提前角（供油時(shí)間）是通過調(diào)整噴油泵的供油提前角來實(shí)現(xiàn)的。整體式噴油泵柴油機(jī)的總供油時(shí)間通常以噴油泵第一缸供油提前角為準(zhǔn)，調(diào)整整個(gè)噴油泵供油提前角的方法是改變噴油泵凸輪軸與柴油機(jī)曲軸間的相對(duì)角位置。為此，噴油泵凸輪軸一端的聯(lián)軸器通常是做成可調(diào)整的。

 

一、何為最佳提前角

 

      最佳噴油提前角是指在轉(zhuǎn)速和供油量一定的條件下，能獲得最大功率和最小燃油消耗率的噴油提前角。柴油機(jī)的最佳噴油提前角是變化的，它隨供油量和曲軸轉(zhuǎn)速變化而變化，最佳噴油提前角隨柴油機(jī)轉(zhuǎn)速升高而增大。

      此外，柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)對(duì)最佳噴油提前角也有一定的影響，例如，采用不同形式的燃燒室，其最佳噴油提前角大小就不同；一般采用直接噴射燃燒室的柴油機(jī)最佳噴油提前角就比采用分隔式燃燒室要大些，例如，在有些柴油機(jī)中，在常用的供油量和轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，采用直接噴射燃燒室的柴油機(jī)最佳噴油提前角為28°～35°；采用分隔式燃燒室的柴油機(jī)最佳噴油提前角為15°～20°。

      最佳提前角對(duì)柴油機(jī)的影響如下所列：

1、增大柴油機(jī)的噴油提前角，可以降低顆粒排放，但NOx的排放卻逐漸上升，這表明僅靠調(diào)節(jié)噴油提前角來使二者同時(shí)滿足排放法規(guī)是非常困難的。

2、柴油機(jī)的噴油提前角超過某一值，不僅會(huì)使NOX的排放值增加，也會(huì)使CO和HC的排放值有所增加。

3、在柴油機(jī)NOx的形成因素中，燃燒室內(nèi)的溫度起著決定性的作用。

4、由缸內(nèi)低溫引起的稀燃熄火和火焰淬熄對(duì)該柴油機(jī)CO的形成有著重要的影響。

5、在柴油機(jī)油氣混合及燃燒過程中，若混合氣過濃超出了富燃極限，以及混合氣過稀低于稀燃極限，都會(huì)使其HC的生成量增加。

 

二、噴油提前角調(diào)節(jié)原理

 

      柴油機(jī)噴油提前角調(diào)節(jié)裝置由頂桿、中間套筒和外部套筒組成，中間套筒中心通孔兩端的內(nèi)螺紋，一端與頂桿外螺紋配合聯(lián)接，另一端與噴油泵凸輪軸端的螺紋配合聯(lián)接，外套筒與中間套筒以螺紋配合聯(lián)接。頂桿尖端與噴油泵凸輪軸中心孔保持接觸并將噴油泵凸輪軸位置固定，使噴油泵凸輪軸不會(huì)出現(xiàn)位移，確保原先已經(jīng)獨(dú)立調(diào)節(jié)好的凸輪軸相位不變，從而一次完成柴油機(jī)噴油提前角的調(diào)節(jié)，提高了工作效率，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，而且該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，操作方便。

1、聯(lián)軸器

      聯(lián)軸器主要由兩個(gè)凸緣盤組成，如圖1所示。

      裝在驅(qū)動(dòng)齒輪軸上的凸緣盤和裝在噴油泵凸輪軸一端的從動(dòng)凸緣盤，兩凸緣盤間用螺釘連接。驅(qū)動(dòng)凸緣盤安裝螺釘?shù)目资腔⌒蔚拈L(zhǎng)孔。松開固定螺釘可變更兩凸緣盤間的相對(duì)角位置，從而也就變更了整個(gè)噴油泵的供油提前角。

      將噴油泵從柴油機(jī)上拆下后再重新裝回時(shí)，可先將噴油泵固定在柴油機(jī)機(jī)體上的噴油泵托架上，再慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸，使柴油機(jī)第一缸的活塞位于壓縮行程上止點(diǎn)前相當(dāng)于規(guī)定的供油提前角的位置，然后使噴油泵凸輪軸上與噴油泵殼體上相應(yīng)記號(hào)對(duì)準(zhǔn)，如圖2所示。再擰緊聯(lián)軸器的固定螺釘。

 

圖1 柴油發(fā)電機(jī)噴油泵聯(lián)軸器 1-從動(dòng)凸緣盤；2-噴油泵凸輪軸；3-中間凸緣盤；4-驅(qū)動(dòng)凸緣盤；5-銷釘；6-驅(qū)動(dòng)齒輪軸；7-夾布膠木墊盤

圖2 柴油發(fā)電機(jī)聯(lián)軸器的調(diào)整標(biāo)記

 

2、調(diào)節(jié)器

      多數(shù)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是在標(biāo)定轉(zhuǎn)速和全負(fù)荷下通過試驗(yàn)確定在該工況下的最佳噴油提前角的，將噴油泵安裝到柴油機(jī)上時(shí)，即按此噴油提前角調(diào)定，而在柴油機(jī)工作過程中一般不再變動(dòng)。顯然，當(dāng)柴油機(jī)在其他工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，這個(gè)噴油提前角就不是最有利的。對(duì)于轉(zhuǎn)速范圍變化比較大的柴油機(jī)，為了提高其經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性，希望柴油機(jī)的噴油提前角能隨轉(zhuǎn)速的變化自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其保持較有利的數(shù)值。因此，在這種柴油機(jī)（特別是直接噴射式柴油機(jī)）的噴油泵上，往往裝有離心式供油提前角自動(dòng)調(diào)節(jié)器。如圖3所示為一種離心式供油提前角自動(dòng)調(diào)節(jié)器示意圖。

      調(diào)節(jié)器零件組成如圖4所示，調(diào)節(jié)器裝在聯(lián)軸器和噴油泵之間。前端面有兩個(gè)方形凸塊的驅(qū)動(dòng)盤，也就是聯(lián)軸器的從動(dòng)盤。在驅(qū)動(dòng)盤的腹板上裝有兩個(gè)銷軸。兩個(gè)飛塊的一端各有一個(gè)圓孔套在此銷軸上。兩個(gè)飛塊的另一端則壓裝有兩個(gè)銷釘。每個(gè)銷釘上松套著一個(gè)滾輪內(nèi)座圈和滾輪。調(diào)節(jié)器的從動(dòng)盤的轂部用半月鍵與噴油泵凸輪軸相連。從動(dòng)盤兩臂的弧形側(cè)面與滾輪接觸，另一側(cè)面則壓在兩個(gè)彈簧上。彈簧9的另一端支在彈簧座圈上。彈簧座圈則由螺釘固定在銷軸的端部。從動(dòng)盤1還固定有筒狀盤，其外圓面與驅(qū)動(dòng)盤的內(nèi)圓面相配合，以保證驅(qū)動(dòng)盤與從動(dòng)盤的同心度。整個(gè)調(diào)節(jié)器為一密閉體，內(nèi)腔充滿機(jī)油以供潤滑。

       柴油機(jī)工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)盤連同飛塊被曲軸驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。飛塊在離心力的作用下繞銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其活動(dòng)端向外擺動(dòng)。同時(shí)，滾輪則迫使從動(dòng)盤沿箭頭方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，直到彈簧的彈力與飛塊的離心力相平衡時(shí)為止。于是驅(qū)動(dòng)盤與從動(dòng)盤開始同步旋轉(zhuǎn)。當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速升高，飛塊活動(dòng)端進(jìn)一步向外張開，從動(dòng)盤被迫再沿箭頭方向相對(duì)于驅(qū)動(dòng)盤轉(zhuǎn)過一定角度，使供油提前角隨轉(zhuǎn)速增加而相應(yīng)增大。反之，曲軸轉(zhuǎn)速降低，飛塊離心力減小，從動(dòng)盤在彈簧的作用下退回一定角度，使供油提前角相應(yīng)減小。這種離心式供油提前角自動(dòng)調(diào)節(jié)器可以保證供油提前角在轉(zhuǎn)速變化時(shí)，在0°～10°范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)節(jié)。

圖3 柴油發(fā)電機(jī)供油提前角自動(dòng)調(diào)節(jié)器構(gòu)造圖 1-從動(dòng)盤；2-內(nèi)座圈；3-滾輪；4-密封圈；5-驅(qū)動(dòng)盤；6-筒狀盤；7-飛塊； 8-銷釘；9-彈簧；10-螺釘；11-彈簧座圈；12-銷軸；13-調(diào)節(jié)器蓋

圖4 柴油發(fā)電機(jī)供油提前角自動(dòng)調(diào)節(jié)器零件圖 1-從動(dòng)盤；2-內(nèi)座圈；3-滾輪；4-密封圈；5-驅(qū)動(dòng)盤；6-筒狀盤；7-飛塊； 8-銷釘；9-彈簧；10-螺釘；11-彈簧座圈；12-銷軸；13-調(diào)節(jié)器蓋

 

三、噴油提前角的作用

 

      柴油機(jī)的噴油提前角是一個(gè)非常重要的參數(shù)，提前角過大，燃燒性能不好，提前角過小，燃燒不完全。這兩種狀況都導(dǎo)致柴油機(jī)性能變壞，油耗過大，效率低下。在實(shí)際工況中表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速較低，排氣管冒黑煙，排氣溫度和冷卻水溫度過高，同時(shí)還加劇磨損。

      不同的轉(zhuǎn)速有著不同的噴油提前角，這就存在著一個(gè)最佳點(diǎn)的選擇。而噴油提前角的最佳點(diǎn)，與很多實(shí)際因素有關(guān)，比如：不同機(jī)器中各處安裝間隙大小引起的摩擦阻力的大小不同、潤滑質(zhì)量的好壞、柴油十六烷值的高低、燃油溫度、環(huán)境溫度等因素都影響著噴油提前角的實(shí)際大小。

      停車調(diào)節(jié)噴油提前角的柴油機(jī)，只能按一個(gè)常用轉(zhuǎn)速或最大轉(zhuǎn)速來確定一個(gè)大概的噴油提前角。實(shí)際上很難定準(zhǔn)這個(gè)角度，因?yàn)樗€與拖動(dòng)負(fù)荷大小有關(guān)，只能憑經(jīng)驗(yàn)在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)估計(jì)需增減多少度，待停車后再加以修正，但換一個(gè)時(shí)間和工況卻又不能適應(yīng)?？傊@種停車調(diào)節(jié)噴油提前角的形式，很難使柴油機(jī)發(fā)揮最大效率，并使油耗達(dá)到最低。

      動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)噴油提前角則不同，它可涵容一切影響柴油機(jī)性能的隨機(jī)因素，在任何轉(zhuǎn)速區(qū)、任何工況下都可隨時(shí)調(diào)整噴油提前角，選定一個(gè)既節(jié)能、功率輸出又最大的最佳點(diǎn)。從而使柴油機(jī)的效率達(dá)到最佳，油耗達(dá)到最少。

 

四、對(duì)啟動(dòng)性能的改善

 

      柴油機(jī)的啟動(dòng)能量完全要依賴于外界，它的最低啟動(dòng)轉(zhuǎn)速稱為啟動(dòng)臨界轉(zhuǎn)速。對(duì)于每臺(tái)柴油機(jī)來說，啟動(dòng)臨界轉(zhuǎn)速是不同的。

      柴油機(jī)的啟動(dòng)要克服所有摩擦阻尼，同時(shí)還要在壓縮沖程中建立一個(gè)最低的啟動(dòng)缸壓。另外，從圖5缸壓和曲軸轉(zhuǎn)角關(guān)系圖以及圖6示功曲線圖來看，在噴油開始時(shí)，缸壓有一個(gè)明顯的壓力突變直至噴油終了，形成了一個(gè)斜率較高的梯度，由于這個(gè)梯度的存在，突變的缸壓反過來又會(huì)抑制活塞上行的運(yùn)動(dòng)速度，當(dāng)活塞沖量不足時(shí)，活塞將會(huì)梗死于上止點(diǎn)之前，使啟動(dòng)失敗。

      如果推遲噴油，情況就不一樣了?；钊倪\(yùn)動(dòng)慣性將進(jìn)一步得到延續(xù)，在這種延續(xù)后的較長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)運(yùn)動(dòng)沖量得以很大的提高。當(dāng)噴油引起的缸壓突變到來時(shí)，活塞等運(yùn)動(dòng)部件因獲得了足以克服突變缸壓的沖量，所以能輕松越過上止點(diǎn)，順利啟動(dòng)。

 

圖5 柴油機(jī)缸壓和曲軸轉(zhuǎn)角關(guān)系圖

圖6  柴油發(fā)電機(jī)滿載負(fù)荷下提前角示功曲線.

 

 

      如何能方便地推遲噴油、減小噴油提前角，并在持續(xù)運(yùn)行中又能調(diào)回噴油提前角？只有安裝動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)裝置。

      現(xiàn)在的普通型柴油機(jī)只能按額定轉(zhuǎn)速或某一預(yù)置轉(zhuǎn)速鎖定噴油提前角。這樣，在冷車啟動(dòng)時(shí)，由于缸內(nèi)壓力和缸溫均較低，又加上較大的噴油提前角過早噴油，所以導(dǎo)致燃燒條件不理想。由于活塞沒有足夠的運(yùn)動(dòng)沖量越過過早到來的缸壓突變梯度，使活塞梗死在上止點(diǎn)之前，前序啟動(dòng)的缸也會(huì)因?yàn)楦诇亍⒏讐翰蛔愣鴽]有足夠大的爆發(fā)力來平衡后序未啟動(dòng)缸帶來的負(fù)載，使啟動(dòng)失敗。在這種情況下，為了解決低溫啟動(dòng)的問題，只有提高啟動(dòng)空氣的壓力，并延長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間，以此來提高活塞的運(yùn)動(dòng)沖量，使曲軸在瞬間處于一個(gè)比較高的轉(zhuǎn)速狀態(tài)，以此來適應(yīng)較大的噴油提前角，從而以較大的慣性沖量越過過早到來的缸壓突變梯度來啟動(dòng)柴油機(jī)。

      這樣做的結(jié)果會(huì)使柴油機(jī)在低溫啟動(dòng)時(shí)，存在很大的沖擊負(fù)荷，使啟動(dòng)變得粗暴，并且，沖擊負(fù)荷導(dǎo)致曲軸脆斷的危險(xiǎn)性也很大，各運(yùn)動(dòng)部件的磨損還會(huì)加劇。而進(jìn)行噴油提前角動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的柴油機(jī)則不然，它在低溫啟動(dòng)時(shí)，可預(yù)先調(diào)定一個(gè)相應(yīng)的、專用于啟動(dòng)的噴油提前角，再來啟動(dòng)柴油機(jī)。這是一種用修正工作參數(shù)去適應(yīng)啟動(dòng)工況的做法，是比較科學(xué)的。

 

總結(jié)：

      眾所周知，噴油提前角的大小，在不同轉(zhuǎn)速時(shí)其實(shí)際數(shù)值是不同的。柴油機(jī)只能在停車時(shí)選定一種角度值，這樣就導(dǎo)致了在其它轉(zhuǎn)速、其它工況時(shí)，柴油機(jī)不能以最佳狀態(tài)運(yùn)行，因此，效率也就比較差，其結(jié)果就是耗油量增大，輸出功率減小。雖然在噴油泵總成內(nèi)裝有一套飛錘式供油平衡裝置，但它不能改變既定的噴油提前角，只能在工況變化時(shí)，增加或減少噴油量。在既定的不理想的噴油提前角狀態(tài)下，飛錘式供油平衡裝置為了平衡外負(fù)荷，會(huì)突然增加或減少供油量，這就使柴油機(jī)性能更加惡化，如油耗增加，燃燒不完全，水溫、排氣溫度過高，磨損加劇，以及綜合性能變壞。

 

 

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