新聞主題	發動機噴油提前角調整裝置

 

摘要：噴油提前角是指柴油開始噴入氣缸的時刻相對于曲軸上止點的曲軸轉角，而供油提前角則是噴油泵開始向氣缸供油時的曲軸轉角。顯然，供油提前角稍大于噴油提前角。也就是說，柴油發動機的噴油提前角（供油時間）是通過調整噴油泵的供油提前角來實現的。整體式噴油泵柴油機的總供油時間通常以噴油泵第一缸供油提前角為準，調整整個噴油泵供油提前角的方法是改變噴油泵凸輪軸與柴油機曲軸間的相對角位置。為此，噴油泵凸輪軸一端的聯軸器通常是做成可調整的。

 

一、何為最佳提前角

 

      最佳噴油提前角是指在轉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。柴油機的最佳噴油提前角是變化的，它隨供油量和曲軸轉速變化而變化，最佳噴油提前角隨柴油機轉速升高而增大。

      此外，柴油機的結構對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，在有些柴油機中，在常用的供油量和轉速范圍內，采用直接噴射燃燒室的柴油機最佳噴油提前角為28°～35°；采用分隔式燃燒室的柴油機最佳噴油提前角為15°～20°。

      最佳提前角對柴油機的影響如下所列：

1、增大柴油機的噴油提前角，可以降低顆粒排放，但NOx的排放卻逐漸上升，這表明僅靠調節噴油提前角來使二者同時滿足排放法規是非常困難的。

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

3、在柴油機NOx的形成因素中，燃燒室內的溫度起著決定性的作用。

4、由缸內低溫引起的稀燃熄火和火焰淬熄對該柴油機CO的形成有著重要的影響。

5、在柴油機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，都會使其HC的生成量增加。

 

二、噴油提前角調節原理

 

      柴油機噴油提前角調節裝置由頂桿、中間套筒和外部套筒組成，中間套筒中心通孔兩端的內螺紋，一端與頂桿外螺紋配合聯接，另一端與噴油泵凸輪軸端的螺紋配合聯接，外套筒與中間套筒以螺紋配合聯接。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出現位移，確保原先已經獨立調節好的凸輪軸相位不變，從而一次完成柴油機噴油提前角的調節，提高了工作效率，數據準確，而且該裝置結構簡單，成本低廉，操作方便。

1、聯軸器

      聯軸器主要由兩個凸緣盤組成，如圖1所示。

      裝在驅動齒輪軸上的凸緣盤和裝在噴油泵凸輪軸一端的從動凸緣盤，兩凸緣盤間用螺釘連接。驅動凸緣盤安裝螺釘的孔是弧形的長孔。松開固定螺釘可變更兩凸緣盤間的相對角位置，從而也就變更了整個噴油泵的供油提前角。

      將噴油泵從柴油機上拆下后再重新裝回時，可先將噴油泵固定在柴油機機體上的噴油泵托架上，再慢慢轉動曲軸，使柴油機第一缸的活塞位于壓縮行程上止點前相當于規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記號對準，如圖2所示。再擰緊聯軸器的固定螺釘。

 

圖1 柴油發電機噴油泵聯軸器 1-從動凸緣盤；2-噴油泵凸輪軸；3-中間凸緣盤；4-驅動凸緣盤；5-銷釘；6-驅動齒輪軸；7-夾布膠木墊盤

圖2 柴油發電機聯軸器的調整標記

 

2、調節器

      多數柴油發動機是在標定轉速和全負荷下通過試驗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上時，即按此噴油提前角調定，而在柴油機工作過程中一般不再變動。顯然，當柴油機在其他工況下運轉時，這個噴油提前角就不是最有利的。對于轉速范圍變化比較大的柴油機，為了提高其經濟性和動力性，希望柴油機的噴油提前角能隨轉速的變化自動進行調節，使其保持較有利的數值。因此，在這種柴油機（特別是直接噴射式柴油機）的噴油泵上，往往裝有離心式供油提前角自動調節器。如圖3所示為一種離心式供油提前角自動調節器示意圖。

      調節器零件組成如圖4所示，調節器裝在聯軸器和噴油泵之間。前端面有兩個方形凸塊的驅動盤，也就是聯軸器的從動盤。在驅動盤的腹板上裝有兩個銷軸。兩個飛塊的一端各有一個圓孔套在此銷軸上。兩個飛塊的另一端則壓裝有兩個銷釘。每個銷釘上松套著一個滾輪內座圈和滾輪。調節器的從動盤的轂部用半月鍵與噴油泵凸輪軸相連。從動盤兩臂的弧形側面與滾輪接觸，另一側面則壓在兩個彈簧上。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。從動盤1還固定有筒狀盤，其外圓面與驅動盤的內圓面相配合，以保證驅動盤與從動盤的同心度。整個調節器為一密閉體，內腔充滿機油以供潤滑。

       柴油機工作時，驅動盤連同飛塊被曲軸驅動而旋轉。飛塊在離心力的作用下繞銷軸轉動，其活動端向外擺動。同時，滾輪則迫使從動盤沿箭頭方向轉動一個角度，直到彈簧的彈力與飛塊的離心力相平衡時為止。于是驅動盤與從動盤開始同步旋轉。當柴油機轉速升高，飛塊活動端進一步向外張開，從動盤被迫再沿箭頭方向相對于驅動盤轉過一定角度，使供油提前角隨轉速增加而相應增大。反之，曲軸轉速降低，飛塊離心力減小，從動盤在彈簧的作用下退回一定角度，使供油提前角相應減小。這種離心式供油提前角自動調節器可以保證供油提前角在轉速變化時，在0°～10°范圍內自動調節。

圖3 柴油發電機供油提前角自動調節器構造圖 1-從動盤；2-內座圈；3-滾輪；4-密封圈；5-驅動盤；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-調節器蓋

圖4 柴油發電機供油提前角自動調節器零件圖 1-從動盤；2-內座圈；3-滾輪；4-密封圈；5-驅動盤；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-調節器蓋

 

三、噴油提前角的作用

 

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

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

      停車調節噴油提前角的柴油機，只能按一個常用轉速或最大轉速來確定一個大概的噴油提前角。實際上很難定準這個角度，因為它還與拖動負荷大小有關，只能憑經驗在滿負荷運行時估計需增減多少度，待停車后再加以修正，但換一個時間和工況卻又不能適應。總之這種停車調節噴油提前角的形式，很難使柴油機發揮最大效率，并使油耗達到最低。

      動態調節噴油提前角則不同，它可涵容一切影響柴油機性能的隨機因素，在任何轉速區、任何工況下都可隨時調整噴油提前角，選定一個既節能、功率輸出又最大的最佳點。從而使柴油機的效率達到最佳，油耗達到最少。

 

四、對啟動性能的改善

 

      柴油機的啟動能量完全要依賴于外界，它的最低啟動轉速稱為啟動臨界轉速。對于每臺柴油機來說，啟動臨界轉速是不同的。

      柴油機的啟動要克服所有摩擦阻尼，同時還要在壓縮沖程中建立一個最低的啟動缸壓。另外，從圖5缸壓和曲軸轉角關系圖以及圖6示功曲線圖來看，在噴油開始時，缸壓有一個明顯的壓力突變直至噴油終了，形成了一個斜率較高的梯度，由于這個梯度的存在，突變的缸壓反過來又會抑制活塞上行的運動速度，當活塞沖量不足時，活塞將會梗死于上止點之前，使啟動失敗。

      如果推遲噴油，情況就不一樣了。活塞的運動慣性將進一步得到延續，在這種延續后的較長時間段內運動沖量得以很大的提高。當噴油引起的缸壓突變到來時，活塞等運動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，順利啟動。

 

圖5 柴油機缸壓和曲軸轉角關系圖

圖6  柴油發電機滿載負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，并在持續運行中又能調回噴油提前角？只有安裝動態調節裝置。

      現在的普通型柴油機只能按額定轉速或某一預置轉速鎖定噴油提前角。這樣，在冷車啟動時，由于缸內壓力和缸溫均較低，又加上較大的噴油提前角過早噴油，所以導致燃燒條件不理想。由于活塞沒有足夠的運動沖量越過過早到來的缸壓突變梯度，使活塞梗死在上止點之前，前序啟動的缸也會因為缸溫、缸壓不足而沒有足夠大的爆發力來平衡后序未啟動缸帶來的負載，使啟動失敗。在這種情況下，為了解決低溫啟動的問題，只有提高啟動空氣的壓力，并延長啟動時間，以此來提高活塞的運動沖量，使曲軸在瞬間處于一個比較高的轉速狀態，以此來適應較大的噴油提前角，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柴油機。

      這樣做的結果會使柴油機在低溫啟動時，存在很大的沖擊負荷，使啟動變得粗暴，并且，沖擊負荷導致曲軸脆斷的危險性也很大，各運動部件的磨損還會加劇。而進行噴油提前角動態調節的柴油機則不然，它在低溫啟動時，可預先調定一個相應的、專用于啟動的噴油提前角，再來啟動柴油機。這是一種用修正工作參數去適應啟動工況的做法，是比較科學的。

 

總結：

      眾所周知，噴油提前角的大小，在不同轉速時其實際數值是不同的。柴油機只能在停車時選定一種角度值，這樣就導致了在其它轉速、其它工況時，柴油機不能以最佳狀態運行，因此，效率也就比較差，其結果就是耗油量增大，輸出功率減小。雖然在噴油泵總成內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，增加或減少噴油量。在既定的不理想的噴油提前角狀態下，飛錘式供油平衡裝置為了平衡外負荷，會突然增加或減少供油量，這就使柴油機性能更加惡化，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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