供油提前角大小對(duì)柴油機(jī)工作過(guò)程的影響

王恒

農(nóng)業(yè)機(jī)械化系實(shí)訓(xùn)室教學(xué)用的江蘇750P拖拉機(jī)搭載的是東方紅LR4B3-23柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。通過(guò)查閱技術(shù)資料，得知該柴油發(fā)動(dòng)機(jī)（靜態(tài)）供油提前角的技術(shù)參數(shù)為15°±1°。這個(gè)供油提前初始角度，是根據(jù)這臺(tái)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)常用的供油量和轉(zhuǎn)速范圍來(lái)確定的，在噴油泵安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)上時(shí)已固定。此時(shí)，將柴油發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)，該發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)順利、怠速平穩(wěn)、加速靈敏、排氣煙度凈，工作狀況良好。

一、理論分析

從噴油器開(kāi)始噴油起，活塞頂部距上止點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，叫作供油提前角（見(jiàn)圖1）。

（一）噴油提前角的產(chǎn)生及對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響

柴油的黏度比汽油大，不易蒸發(fā)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，必須借助噴油設(shè)備將柴油以霧狀噴入氣缸，霧化后的柴油和高溫高壓的空氣及時(shí)混合后才能自燃，柴油從開(kāi)始噴入氣缸到燃燒爆發(fā)需要經(jīng)過(guò)一個(gè)過(guò)程，可分為4個(gè)階段，即滯燃期、速燃期、緩燃期和后燃期。

1.滯燃期，即從噴油始點(diǎn)到燃燒始點(diǎn)，所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角。柴油噴入燃燒室，并不是立即燃燒，而是進(jìn)行吸熱、蒸發(fā)、分解、氧化等一系列著火前的準(zhǔn)備過(guò)程，當(dāng)達(dá)到自燃溫度時(shí)，即產(chǎn)生多個(gè)發(fā)火中心，隨即爆燃，使氣缸內(nèi)壓力和溫度明顯上升，這就是柴油機(jī)靠壓縮自燃的機(jī)理。滯燃期越長(zhǎng)，集油越多，易造成柴油機(jī)工作粗暴。滯燃期的長(zhǎng)短影響柴油機(jī)工作的粗暴程度。

2.速燃期，即從燃燒始點(diǎn)到氣缸內(nèi)產(chǎn)生壓力最大點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角。噴入燃燒室的柴油出現(xiàn)火焰后，迅速向各處傳播，燃燒速度加快，放出的熱量又快又多，氣缸內(nèi)的溫度和壓力急劇上升，氣體壓力升至最高點(diǎn)，這是柴油機(jī)工作粗暴、噪聲大的主要原因。

3.緩燃期，即從氣缸壓力最高點(diǎn)到氣缸內(nèi)溫度最高點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角。在緩燃期，氣缸容積不斷增加，壓力急劇下降，此時(shí)，噴油器繼續(xù)向氣缸內(nèi)噴油，并隨時(shí)進(jìn)行燃燒。由于燃燒室中氧氣減少，廢氣增加，燃燒條件不利，導(dǎo)致燃燒速度緩慢，易形成碳煙。通常在這個(gè)時(shí)期內(nèi)噴油結(jié)束。

4.后燃期，即從氣缸內(nèi)溫度最高點(diǎn)到燃燒終點(diǎn)為止所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角。后燃期雖然噴油結(jié)束，但未燃燒完的燃油仍繼續(xù)燃燒，熱量不能利用，柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性能下降;同時(shí)，排氣溫度高，活塞組的熱負(fù)荷增大。因此，要求后燃期越短越好。

（二）影響供油提前角發(fā)生變化的因素

1.受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化的影響。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越高，從噴油泵柱塞和柱塞套之間的間隙泄漏越少，供油時(shí)刻提前，即供油提前角變大;發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越低，從噴油泵柱塞和柱塞套之間的泄漏越多，供油時(shí)刻推遲，即供油提前角減小。

2.受柴油溫度變化的影響。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始工作時(shí)，機(jī)體溫度逐漸升高，柴油黏度隨著溫度升高而變低（稀），致使從柱塞副間隙的柴油泄漏量增多，從而推遲供油時(shí)刻，即供油提前角減小;如果受外界氣溫降低影響，機(jī)體溫度不斷降低，隨著溫度降低，柴油的黏度升高（稠），使其從柱塞副間隙的柴油泄漏量減少，因此，提前供油時(shí)刻，即供油提前角增大。

3.受噴油泵和噴油器彈簧彈力變化的影響。發(fā)動(dòng)機(jī)溫度低時(shí)，出油閥彈簧和噴油器彈簧彈力加強(qiáng)，從而推遲開(kāi)始供油時(shí)刻，供油提前角減小;柴油發(fā)動(dòng)機(jī)溫度高時(shí)，噴油器彈簧和出油閥彈簧彈力逐漸減弱，致使開(kāi)始供油時(shí)刻提前，供油提前角增大。

4.受噴油泵柱塞運(yùn)動(dòng)副磨損量的影響。隨著柴油機(jī)工作使用時(shí)間越長(zhǎng)，柱塞副磨損程度越大，開(kāi)始供油時(shí)刻越推遲，供油提前角變小。

5.受噴油泵凸輪和滾輪體之間磨損的影響。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噴油泵滾輪體和凸輪磨損量越大，則開(kāi)始供油時(shí)刻越晚，供油提前角越小。

綜上所述，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，噴油泵必須在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間提前供油，噴油時(shí)間應(yīng)在壓縮行程中活塞未達(dá)到上止點(diǎn)前。為了驗(yàn)證供油提前角大小對(duì)柴油機(jī)工作過(guò)程的影響，現(xiàn)對(duì)江蘇750P拖拉機(jī)搭載的東方紅LR4B3-23柴油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)探究。

二、任務(wù)實(shí)施

（一）工具

小撬桿1根，中棘輪扳手1把，中短接桿1根，10 mm、12 mm、16 mm中套頭各1個(gè)，14 mm、17 mm、

27 mm呆扳手各1把，26 mm頂絲拉馬1個(gè)，手電筒1把，凈抹布1塊。

（二）設(shè)置供油提前角為0°

將東方紅LR4B3-23柴油發(fā)動(dòng)機(jī)供油提前角設(shè)置為0°，探究供油提前角過(guò)小給柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程造成的影響，方法如下：

1.用中棘輪扳手、中短接桿和10 mm套筒，拆下飛輪殼上的觀察孔蓋。

2.用17 mm呆扳手拆下第一缸高壓油管螺帽，同時(shí)松開(kāi)其他3個(gè)缸的高壓油管，以防止燃油噴入氣缸，以液體形式流入油底殼，致使機(jī)油變稀。

3.擦拭第一缸出油閥接口，用小撬杠撬動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪，使之順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。同時(shí)注意觀察出油閥接口油面波動(dòng)瞬間，此時(shí)表明第一缸開(kāi)始供油，然后繼續(xù)用撬杠盤動(dòng)飛輪，使指針對(duì)齊0°。

4.調(diào)整供油提前角。一是用中棘輪扳手和16 mm套筒將提前器端蓋上的機(jī)油管螺絲拆下。二是換上12 mm套筒，拆掉蓋板上5顆固定螺絲，拆下端蓋。三是松開(kāi)供油提前角自動(dòng)調(diào)節(jié)器上的4顆螺絲。用26 mm頂絲拉馬與供油提前角自動(dòng)調(diào)節(jié)器中心螺母連接，用27 mm呆扳手固定住頂絲拉馬，用14 mm呆扳手將頂絲擰緊，使之連接可靠。四是用27 mm呆扳手扳動(dòng)頂絲拉馬，帶動(dòng)供油提前角自動(dòng)調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)動(dòng)，觀察第一缸出油閥油面波動(dòng)瞬間，此時(shí)緊固供油提前角自動(dòng)調(diào)節(jié)器上4顆鎖緊螺絲。五是裝回端蓋和高壓油管，做好柴油機(jī)啟動(dòng)的準(zhǔn)備。啟動(dòng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，觀察此時(shí)工作狀況，在起動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下只是冒出團(tuán)團(tuán)白煙，聲調(diào)低沉而且一直未能實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)。

（三）設(shè)置供油提前角為30°

將東方紅LR4B3-23柴油機(jī)供油提前角設(shè)置為30°，探究供油提前角過(guò)大給柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程造成的影響，方法如下：

1.用17 mm呆扳手拆下第一缸高壓油管螺帽，同時(shí)松開(kāi)其他各缸的高壓油管，以防止燃油噴入氣缸，以液體形式流入油底殼，致使機(jī)油變稀。

2.擦拭第1缸出油閥接口，用小撬杠順時(shí)針盤動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪，同時(shí)注意觀察出油閥接口油面波動(dòng)瞬間，此時(shí)表明第1缸開(kāi)始供油，然后接著用撬杠盤動(dòng)飛輪，使指針對(duì)齊30°。

3.調(diào)整供油提前角。一是用中棘輪扳手和16 mm套筒將提前器端蓋上的機(jī)油管螺絲拆下。二是換上12 mm套筒，拆掉蓋板上5顆固定螺絲，拆下端蓋。三是松開(kāi)供油提前角自動(dòng)調(diào)節(jié)器上的4顆調(diào)整螺絲。用26 mm頂絲拉馬與供油提前角自動(dòng)調(diào)節(jié)器連接，用27 mm呆扳手固定住頂絲拉馬，用14 mm呆扳手將頂絲擰緊，使之連接可靠。四是用27 mm呆扳手扳動(dòng)頂絲拉馬，帶動(dòng)供油提前角自動(dòng)調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)動(dòng)，觀察第一缸出油閥油面波動(dòng)瞬間，此時(shí)緊固供油提前角自動(dòng)調(diào)節(jié)器上4顆調(diào)整螺絲。五是裝回端蓋和高壓油管，做好發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的準(zhǔn)備。啟動(dòng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，觀察此時(shí)工作狀況：?jiǎn)?dòng)略顯困難，著車后工作粗暴，噪聲很明顯，發(fā)出用硬木敲擊活塞時(shí)“噠噠”的聲音，降低轉(zhuǎn)速時(shí)更加清晰。急加速試驗(yàn)，噪聲隨之增大，迅速減小油門的瞬間，響聲暫時(shí)消失，此時(shí)排氣管間斷冒黑煙，穩(wěn)定到低轉(zhuǎn)速后響聲又重復(fù)響起。

（四）設(shè)置供油提前角為15°，恢復(fù)廠家規(guī)定的技術(shù)參數(shù)

將東方紅LR4B3-23柴油發(fā)動(dòng)機(jī)供油提前角設(shè)置為15°，觀察柴油機(jī)工作現(xiàn)象。按照前兩次設(shè)置供油提前角的方法，先找到一缸壓縮行程，觀察到一缸出油閥油面波動(dòng)的一瞬間，繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)飛輪使指針與15°對(duì)齊，然后松開(kāi)供油提前角自動(dòng)調(diào)節(jié)器上的4顆固定螺絲，慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)油泵，觀察一缸出油閥油面波動(dòng)的一瞬間停止轉(zhuǎn)動(dòng)，鎖緊4顆固定螺絲。裝回端蓋和高壓油管，做好發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的準(zhǔn)備。

此時(shí)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)觀察發(fā)現(xiàn)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能又恢復(fù)到了探究之前的啟動(dòng)順利、怠速平穩(wěn)、加速靈敏、排氣煙度凈，工作狀況良好的狀態(tài)。

三、結(jié)論

通過(guò)將這臺(tái)東方紅LR4B3-23柴油發(fā)動(dòng)機(jī)分別設(shè)置為0°、30°、15°這3種不同供油提前角的情況得出以下結(jié)論：

（一）0°供油提前角過(guò)?。ㄟt）

0°供油提前角過(guò)小（遲），燃燒的最高溫度和產(chǎn)生的壓力下降，可燃混合氣的形成條件不佳，燃料燃燒滯后導(dǎo)致燃燒不完全和功率不足，甚至排氣冒白煙，柴油機(jī)過(guò)熱。

（二）30°供油提前角過(guò)大（早）

30°供油提前角過(guò)大（早），汽缸內(nèi)空氣溫度較低，此時(shí)可燃混合氣的形成條件仍然不佳，柴油燃燒前集油過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致工作粗暴，引起柴油發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難和怠速不穩(wěn)。

（三）15°供油提前角符合技術(shù)參數(shù)要求

15°供油提前角符合技術(shù)參數(shù)要求，發(fā)動(dòng)機(jī)工作正常，表現(xiàn)為啟動(dòng)容易、聲音均勻、排煙比較小，無(wú)下排氣、機(jī)體溫度正常。動(dòng)力充足且油耗不超標(biāo)。

供油提前角無(wú)論過(guò)小或過(guò)大，柴油機(jī)工作過(guò)程均不正常。因此，一旦發(fā)現(xiàn)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作不正常，除檢查冷卻、潤(rùn)滑、配氣和柴油牌號(hào)選擇是否適當(dāng)之外，還要及時(shí)檢查和調(diào)整供油提前角，必要時(shí)將供油提前角調(diào)整到廠家規(guī)定的技術(shù)參數(shù)值，以確保柴油發(fā)動(dòng)機(jī)能以最小的燃油消耗率獲得最大功率，發(fā)揮最佳的經(jīng)濟(jì)性能和動(dòng)力性能。