供油提前角大小對柴油機工作過程的影響

王恒

農業機械化系實訓室教學用的江蘇750P拖拉機搭載的是東方紅LR4B3-23柴油發動機。通過查閱技術資料，得知該柴油發動機（靜態）供油提前角的技術參數為15°±1°。這個供油提前初始角度，是根據這臺柴油發動機常用的供油量和轉速范圍來確定的，在噴油泵安裝到發動機上時已固定。此時，將柴油發動機啟動實驗，該發動機啟動順利、怠速平穩、加速靈敏、排氣煙度凈，工作狀況良好。

一、理論分析

從噴油器開始噴油起，活塞頂部距上止點所對應的曲軸轉動的角度，叫作供油提前角（見圖1）。

（一）噴油提前角的產生及對發動機的影響

柴油的黏度比汽油大，不易蒸發。柴油發動機工作時，必須借助噴油設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混合后才能自燃，柴油從開始噴入氣缸到燃燒爆發需要經過一個過程，可分為4個階段，即滯燃期、速燃期、緩燃期和后燃期。

1.滯燃期，即從噴油始點到燃燒始點，所對應的曲軸轉角。柴油噴入燃燒室，并不是立即燃燒，而是進行吸熱、蒸發、分解、氧化等一系列著火前的準備過程，當達到自燃溫度時，即產生多個發火中心，隨即爆燃，使氣缸內壓力和溫度明顯上升，這就是柴油機靠壓縮自燃的機理。滯燃期越長，集油越多，易造成柴油機工作粗暴。滯燃期的長短影響柴油機工作的粗暴程度。

2.速燃期，即從燃燒始點到氣缸內產生壓力最大點所對應的曲軸轉角。噴入燃燒室的柴油出現火焰后，迅速向各處傳播，燃燒速度加快，放出的熱量又快又多，氣缸內的溫度和壓力急劇上升，氣體壓力升至最高點，這是柴油機工作粗暴、噪聲大的主要原因。

3.緩燃期，即從氣缸壓力最高點到氣缸內溫度最高點所對應的曲軸轉角。在緩燃期，氣缸容積不斷增加，壓力急劇下降，此時，噴油器繼續向氣缸內噴油，并隨時進行燃燒。由于燃燒室中氧氣減少，廢氣增加，燃燒條件不利，導致燃燒速度緩慢，易形成碳煙。通常在這個時期內噴油結束。

4.后燃期，即從氣缸內溫度最高點到燃燒終點為止所對應的曲軸轉角。后燃期雖然噴油結束，但未燃燒完的燃油仍繼續燃燒，熱量不能利用，柴油機經濟性能下降;同時，排氣溫度高，活塞組的熱負荷增大。因此，要求后燃期越短越好。

（二）影響供油提前角發生變化的因素

1.受發動機轉速變化的影響。柴油發動機的轉速越高，從噴油泵柱塞和柱塞套之間的間隙泄漏越少，供油時刻提前，即供油提前角變大;發動機的轉速越低，從噴油泵柱塞和柱塞套之間的泄漏越多，供油時刻推遲，即供油提前角減小。

2.受柴油溫度變化的影響。柴油發動機開始工作時，機體溫度逐漸升高，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，從而推遲供油時刻，即供油提前角減小;如果受外界氣溫降低影響，機體溫度不斷降低，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。發動機溫度低時，出油閥彈簧和噴油器彈簧彈力加強，從而推遲開始供油時刻，供油提前角減小;柴油發動機溫度高時，噴油器彈簧和出油閥彈簧彈力逐漸減弱，致使開始供油時刻提前，供油提前角增大。

4.受噴油泵柱塞運動副磨損量的影響。隨著柴油機工作使用時間越長，柱塞副磨損程度越大，開始供油時刻越推遲，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。柴油發動機噴油泵滾輪體和凸輪磨損量越大，則開始供油時刻越晚，供油提前角越小。

綜上所述，柴油發動機工作時，噴油泵必須在適當的時間提前供油，噴油時間應在壓縮行程中活塞未達到上止點前。為了驗證供油提前角大小對柴油機工作過程的影響，現對江蘇750P拖拉機搭載的東方紅LR4B3-23柴油發動機進行試驗探究。

二、任務實施

（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，14 mm、17 mm、

27 mm呆扳手各1把，26 mm頂絲拉馬1個，手電筒1把，凈抹布1塊。

（二）設置供油提前角為0°

將東方紅LR4B3-23柴油發動機供油提前角設置為0°，探究供油提前角過小給柴油發動機工作過程造成的影響，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，同時松開其他3個缸的高壓油管，以防止燃油噴入氣缸，以液體形式流入油底殼，致使機油變稀。

3.擦拭第一缸出油閥接口，用小撬杠撬動發動機飛輪，使之順時針旋轉。同時注意觀察出油閥接口油面波動瞬間，此時表明第一缸開始供油，然后繼續用撬杠盤動飛輪，使指針對齊0°。

4.調整供油提前角。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。三是松開供油提前角自動調節器上的4顆螺絲。用26 mm頂絲拉馬與供油提前角自動調節器中心螺母連接，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呆扳手扳動頂絲拉馬，帶動供油提前角自動調節器轉動，觀察第一缸出油閥油面波動瞬間，此時緊固供油提前角自動調節器上4顆鎖緊螺絲。五是裝回端蓋和高壓油管，做好柴油機啟動的準備。啟動柴油發動機，觀察此時工作狀況，在起動機的帶動下只是冒出團團白煙，聲調低沉而且一直未能實現啟動。

（三）設置供油提前角為30°

將東方紅LR4B3-23柴油機供油提前角設置為30°，探究供油提前角過大給柴油發動機工作過程造成的影響，方法如下：

1.用17 mm呆扳手拆下第一缸高壓油管螺帽，同時松開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，致使機油變稀。

2.擦拭第1缸出油閥接口，用小撬杠順時針盤動發動機飛輪，同時注意觀察出油閥接口油面波動瞬間，此時表明第1缸開始供油，然后接著用撬杠盤動飛輪，使指針對齊30°。

3.調整供油提前角。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。三是松開供油提前角自動調節器上的4顆調整螺絲。用26 mm頂絲拉馬與供油提前角自動調節器連接，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呆扳手扳動頂絲拉馬，帶動供油提前角自動調節器轉動，觀察第一缸出油閥油面波動瞬間，此時緊固供油提前角自動調節器上4顆調整螺絲。五是裝回端蓋和高壓油管，做好發動機啟動的準備。啟動柴油發動機，觀察此時工作狀況：啟動略顯困難，著車后工作粗暴，噪聲很明顯，發出用硬木敲擊活塞時“噠噠”的聲音，降低轉速時更加清晰。急加速試驗，噪聲隨之增大，迅速減小油門的瞬間，響聲暫時消失，此時排氣管間斷冒黑煙，穩定到低轉速后響聲又重復響起。

（四）設置供油提前角為15°，恢復廠家規定的技術參數

將東方紅LR4B3-23柴油發動機供油提前角設置為15°，觀察柴油機工作現象。按照前兩次設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的一瞬間，繼續轉動飛輪使指針與15°對齊，然后松開供油提前角自動調節器上的4顆固定螺絲，慢慢轉動油泵，觀察一缸出油閥油面波動的一瞬間停止轉動，鎖緊4顆固定螺絲。裝回端蓋和高壓油管，做好發動機啟動的準備。

此時啟動發動機觀察發現，柴油發動機工作性能又恢復到了探究之前的啟動順利、怠速平穩、加速靈敏、排氣煙度凈，工作狀況良好的狀態。

三、結論

通過將這臺東方紅LR4B3-23柴油發動機分別設置為0°、30°、15°這3種不同供油提前角的情況得出以下結論：

（一）0°供油提前角過小（遲）

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

（二）30°供油提前角過大（早）

30°供油提前角過大（早），汽缸內空氣溫度較低，此時可燃混合氣的形成條件仍然不佳，柴油燃燒前集油過多，會導致工作粗暴，引起柴油發動機起動困難和怠速不穩。

（三）15°供油提前角符合技術參數要求

15°供油提前角符合技術參數要求，發動機工作正常，表現為啟動容易、聲音均勻、排煙比較小，無下排氣、機體溫度正常。動力充足且油耗不超標。

供油提前角無論過小或過大，柴油機工作過程均不正常。因此，一旦發現柴油發動機工作不正常，除檢查冷卻、潤滑、配氣和柴油牌號選擇是否適當之外，還要及時檢查和調整供油提前角，必要時將供油提前角調整到廠家規定的技術參數值，以確保柴油發動機能以最小的燃油消耗率獲得最大功率，發揮最佳的經濟性能和動力性能。