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新聞主題 |
柴油發電機噴油提前角的原理及計算方程式 |
摘要：噴油提前角過早或過遲將直接影響到柴油發電機的輸出功率，增加燃油消耗，導致爆燃、燃燒溫度過高和運轉不穩。當負荷過高時會出現拉缸、敲缸、斷活塞環、啟動時倒轉、加速缸套汽蝕等一系列不良后果，應立即停機進行調整，而噴油提前角的調整不但技術要求高而且工藝復雜，康明斯公司在本文中介紹一種經過長期摸索出的一條成功經驗，既簡單又可靠的方法。
一、噴油提前角的原理
噴油提前角就是從燃油通過噴油嘴開始進入燃燒室的時刻到活塞到達上止點之間曲軸所轉過的角度，如圖1所示。噴油提前角對發動機的排放水平、油耗和工作噪聲具有決定性的影響。噴油提前角過大會導致柴油在壓縮沖程結束之前很長一段時間內就開始燃燒，缸內壓力急劇上升，阻礙活塞繼續上升。
柴油在燃燒室中的燃燒是一個非常復雜的物理化學過程，從燃燒開始到產生最高爆炸壓力又分幾個階段，要求活塞在壓縮沖程的上止點時要開始燃燒，在上止點后10℃A~15℃A時產生最大爆發壓力，所以要求柴油發電機一定要有一個合適的噴油提前角。在調整過程中，必須找到壓縮行程的上止點和噴油器針閥開啟時刻的凸輪軸齒輪位置。按照慣例，康明斯系列柴油發電機針閥開啟的時刻選在噴油泵和噴油器上彈簧座被壓至與殼體間的距離，且要求此時壓縮行程在上止點前2℃A~4℃A范圍內，這一參數需要反復調整才使柴油發電機達到最佳工況，提前角由設計人員、反復實驗得出。
在不同靜態提前角下，發動機的標定功率必然會產生變化，因此，性能開發必須要保證標定功率達到設計指標。所以，在不同靜態提前角下，通過調整機械VE泵的高速螺釘來保證標定功率符合設計指標，其變化曲線圖如圖2所示。
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圖1 柴油機提前角原理圖 |
圖2 不同噴油提前角所對應的缸內壓力變化曲線 |
二、正時齒輪的傳動模式
按照曲軸與凸輪軸之間的傳動方式的不同，也可以分為三種傳遞方式：齒輪傳動，鏈條傳動，齒型皮帶傳動。
圓柱齒輪傳動，采用圓柱形正時齒輪傳動，曲軸齒輪經過中間齒輪與凸輪軸嚙合來傳遞動力。在大部分柴油發動機中，曲軸和凸輪軸之間動力傳動都是通過圓柱齒輪傳動的。正時齒輪傳動的優點是配氣相位準確，工作性可靠，耐久性好；缺點是噪音和磨損都較大，空間布置困難，一般齒輪可以用斜齒，來提高工作的穩定性能。
正時齒輪傳動模式見圖1，按照慣例其調整方法是調整曲軸齒輪與凸輪軸齒輪的相對位置，然而從曲軸齒輪與凸輪軸齒輪中間有一系列的中間齒輪，調整起來非常繁瑣且難以達到要求。實際上我們不難發現彈性齒輪大齒圈與小齒圈的齒數比為64﹕31，剛好與曲軸齒輪與凸輪軸齒輪的齒數比相符，因而我們在調整點火正時齒輪時，只需脫開中間惰輪，將曲軸齒輪置于所需的位置，然后調整彈性齒輪大齒圈與小齒圈的相對位置便可。
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圖3 正時齒輪模式圖 |
三、提前角的計算方程式
在轉動彈性齒輪時，兩齒圈同時旋轉且角速度相同，轉動的齒數比為64：31=2.064516129，實際上轉動齒數應為整數比2才能裝入，所以2后面的小數便成了噴油提前角的計算系數。假設旋轉小齒圈的齒數為n根，那么大齒圈旋轉的齒數則為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
根據這一關系式計算出所需轉動的齒數(表1)。
表1 調整噴油提前角彈性齒輪所需轉動的齒數
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彈性齒輪大齒圈轉動的齒數
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彈性齒輪小齒輪轉動的齒數
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改變的相位角
°CA
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彈性齒輪大齒圈轉動的齒數
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彈性齒輪小齒輪轉動的齒數
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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
|
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
|
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、噴油提前角的調整
1、拆下第1缸的高壓油管，轉動曲軸使第1缸活塞處于膨脹沖程始點，此時飛輪殼上的指針對準飛輪上的“0”度線。然后反轉柴油發電機曲軸，使檢視窗上的指針對準飛輪上相當于噴油提前角規定的角度，然后松開噴油泵傳動軸節和盤上的兩個固緊螺釘，按噴油泵的轉動方向，緩慢而均勻地轉動噴油泵凸輪軸至第1缸出油口油面剛剛發生波動的瞬時為止并擰緊結合盤上的兩個螺釘。
2、拆下第1缸高壓油管，轉動曲軸使第1缸活塞處于壓縮終點位置前40°左右，然后按柴油發電機旋轉方向緩慢而均勻地轉動曲軸，同時密切注意噴油泵第1缸出油口的油面情況。當油面剛剛發生波動的瞬時，即表示第1缸噴油開始，此時檢視窗上指針所對準的飛輪上刻度值就是噴油提前角度數。如這個角度與規定范圍不符，可松開接合盤上的兩個固定螺釘，將噴油泵凸輪軸轉過所需調整的角度（傳動軸接盤上的刻度，每個相當于曲軸轉角3°），提前角過小，凸輪軸按運轉方向轉動；提前角太大，則按運轉的反方向轉動，然后擰緊接合盤上的兩個螺釘，再重復核對一次，直至符合規定范圍為止。
有時，檢查噴油提前角與規定值相差甚微，可不必松開接合盤轉動噴油泵凸輪軸，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動來調整，它的轉動方向應與第二種方法相反，調整好后將螺釘擰緊。
總結：
發動機在不同提前角下，排放影響較大的量為NOx,對其他氣體和顆粒物的影響較小。 隨著靜態提前角的減小，發動機的排溫逐漸上升，在2°提前角下已達到700度以上，所以應選擇最優角度，控制排溫。 提前角的減小有利于發動機爆發壓力的降低，可以使發動機運行更加穩定。
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