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新聞主題 |
柴油發(fā)電機(jī)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(fā)電機(jī)的輸出功率，增加燃油消耗，導(dǎo)致爆燃、燃燒溫度過高和運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)。當(dāng)負(fù)荷過高時會出現(xiàn)拉缸、敲缸、斷活塞環(huán)、啟動時倒轉(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)過長期摸索出的一條成功經(jīng)驗(yàn)，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(jìn)入燃燒室的時刻到活塞到達(dá)上止點(diǎn)之間曲軸所轉(zhuǎn)過的角度，如圖1所示。噴油提前角對發(fā)動機(jī)的排放水平、油耗和工作噪聲具有決定性的影響。噴油提前角過大會導(dǎo)致柴油在壓縮沖程結(jié)束之前很長一段時間內(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非常復(fù)雜的物理化學(xué)過程，從燃燒開始到產(chǎn)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(diǎn)時要開始燃燒，在上止點(diǎn)后10℃A~15℃A時產(chǎn)生最大爆發(fā)壓力，所以要求柴油發(fā)電機(jī)一定要有一個合適的噴油提前角。在調(diào)整過程中，必須找到壓縮行程的上止點(diǎn)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(fā)電機(jī)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(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)計人員、反復(fù)實(shí)驗(yàn)得出。
在不同靜態(tài)提前角下，發(fā)動機(jī)的標(biāo)定功率必然會產(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)計指標(biāo)。所以，在不同靜態(tài)提前角下，通過調(diào)整機(jī)械VE泵的高速螺釘來保證標(biāo)定功率符合設(shè)計指標(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應(yīng)的缸內(nèi)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(jīng)過中間齒輪與凸輪軸嚙合來傳遞動力。在大部分柴油發(fā)動機(jī)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(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，來提高工作的穩(wěn)定性能。
正時齒輪傳動模式見圖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，因而我們在調(diào)整點(diǎn)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(diào)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(zhuǎn)動彈性齒輪時，兩齒圈同時旋轉(zhuǎn)且角速度相同，轉(zhuǎn)動的齒數(shù)比為64：31=2.064516129，實(shí)際上轉(zhuǎn)動齒數(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)系式計算出所需轉(zhuǎn)動的齒數(shù)(表1)。
表1 調(diào)整噴油提前角彈性齒輪所需轉(zhuǎn)動的齒數(shù)
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彈性齒輪大齒圈轉(zhuǎn)動的齒數(shù)
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彈性齒輪小齒輪轉(zhuǎn)動的齒數(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)動的齒數(shù)
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彈性齒輪小齒輪轉(zhuǎn)動的齒數(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)動曲軸使第1缸活塞處于膨脹沖程始點(diǎn)，此時飛輪殼上的指針對準(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軸節(jié)和盤上的兩個固緊螺釘，按噴油泵的轉(zhuǎn)動方向，緩慢而均勻地轉(zhuǎn)動噴油泵凸輪軸至第1缸出油口油面剛剛發(fā)生波動的瞬時為止并擰緊結(jié)合盤上的兩個螺釘。
2、拆下第1缸高壓油管，轉(zhuǎn)動曲軸使第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)動曲軸，同時密切注意噴油泵第1缸出油口的油面情況。當(dāng)油面剛剛發(fā)生波動的瞬時，即表示第1缸噴油開始，此時檢視窗上指針?biāo)鶎?zhǔn)的飛輪上刻度值就是噴油提前角度數(shù)。如這個角度與規(guī)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(zhuǎn)過所需調(diào)整的角度（傳動軸接盤上的刻度，每個相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)角3°），提前角過小，凸輪軸按運(yùn)轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動；提前角太大，則按運(yùn)轉(zhuǎn)的反方向轉(zhuǎn)動，然后擰緊接合盤上的兩個螺釘，再重復(fù)核對一次，直至符合規(guī)定范圍為止。
有時，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)動來調(diào)整，它的轉(zhuǎn)動方向應(yīng)與第二種方法相反，調(diào)整好后將螺釘擰緊。
總結(jié)：
發(fā)動機(jī)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(tài)提前角的減小，發(fā)動機(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)動機(jī)爆發(fā)壓力的降低，可以使發(fā)動機(jī)運(yùn)行更加穩(wěn)定。
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