喷油提前角范文

喷油提前角范文（精选3篇）

喷油提前角 第1篇

1.喷油提前角变化的原因分析

一般来讲, 柴油机生产厂家根据气缸内气体燃烧的情况来确定柴油机的最佳的喷油提前角。高压喷油泵上的提前器根据发动机工况和转速的不同对喷油提前角进行微调, 以达到最佳的喷油时刻, 保障气缸内燃烧的气体最大限度地转化为发动机的机械能。如果发动机使用时间过长或者保养不善, 高压油泵内的凸轮轴磨损严重, 联轴器上的螺塞出现松动, 喷油泵正时齿轮磨损严重等, 都有可能造成喷油提前角的改变, 从而造成柴油机工作不正常情况的出现。

2.喷油提前角过大过小的危害

喷油提前角过大, 由于柴油喷入时气缸内的温度相对较低, 混合气形成的条件较差, 不容易形成比例合适的油气混合气。因此滞燃期较长, 发动机出现工作粗暴, 燃烧不完全, 部分碳元素悬浮在废气中排出, 致使排气管冒黑烟, 功率降低, 发动机过热和油耗增大情况。

喷油提前角如果过小, 燃烧过程中的速燃期延迟到活塞上止点以后, 气缸内所能达到的最高温度和压力较低, 热效率也显著下降, 未燃烧的部分柴油形成白色的油雾从排气管排出, 即冒白烟。造成发动机启动困难, 工作压力降低, 热损失增多, 功率降低, 油耗增大, 发动机过热等。

3.喷油提前角的调整

柴油机型号不同, 喷油提前角调整的部位略有不同, 一是调节柴油机联轴器上的两个连接螺母进行调整, 二是调节高压油泵与空气压缩机连接的角度调节板上的拉紧螺栓。下面以WD615系列柴油机为例给大家讲述喷油提前角的调整方法。

WD615系列发动机为六缸发动机, 该款柴油机的喷油提前角为23° (波许泵) 。柴油机的高压油泵通过联轴器与空气压缩机相连, 空气压缩机通过正时齿轮与曲轴的正时齿轮相连接。

(1) 发动机喷油提前角的检查:用撬棒按照柴油机的旋转方向撬动发动机的飞轮, 当喷油泵上的指针与连接法兰上的刻线对齐时 (如图2所示) 停止转动, 然后观察飞轮壳检视孔上飞轮的刻度值是否符合要求即提前角为23° (波许泵) 。如果不符合要求应进行适当的调整。

喷油提前角 第2篇

高原地区空气中含氧量比平原地区要低得多,导致柴油机缸内燃烧不完全,从而使得柴油机出现功率下降、油耗升高、排气温度增加等一系列的性能恶化趋势[1]。目前,柴油机高原工作特点研究主要是采用一维仿真或高原环境模拟台架试验方法,但是对缸内流场和油气混合及缸内燃烧机理研究不够深入[2]。此外,大部分的柴油机高原功率恢复都是通过研究增压系统来实现[3],这在很大程度上提高了柴油机变海拔适应能力,缺点是试验周期长、成本较高。而直喷式柴油机的喷油提前角对燃油经济性、动力性、排放性能的影响比其他参数更为显著[4]。文献[5]在高压共轨柴油机高原全负荷标定研究中提出,中高转速最佳喷油提前角总体随着海拔的增加而增大。文献[6]在高原环境增压柴油机的燃烧特性计算中提出,调整喷油提前角可以改善高原燃烧过程,功率也得到提升。由此可知,在满足试验柴油机技术条件的前提下,可以尝试通过调整喷油提前角来改善柴油机性能。

本文中在计算流体力学软件STAR-CD及ES-ICE中建立三维仿真模型并标定模型参数,深入分析高原环境对柴油机缸内燃烧的影响,评估喷油提前角对高原柴油机燃烧过程及性能的影响,确定比较合理的高原喷油提前角。

1 模拟方案设计

1.1 柴油机基本参数

柴油机的基本参数见表1。

1.2 气体湍流扩散、喷雾及燃烧模型

选用计算精度高的重整化群RNGk-ε 模型[7]来模拟缸内气体流动。方程如式(1)~式(3)所示。

式中,k为湍动能;ε为耗散率;ρ为密度;αk和αε分别为k和ε的有效湍流普朗特数的倒数;μeff为有效黏性系数;η为无量纲应变率,η=Sk/ε,S=(2sij·sij)1/2,sij为流体变形张量;η0为η在均匀剪切流中的典型值,η0=4.38;β为经验系数,β=0.012;Gb为由于平均速度梯度引起的湍动能;Gk为用于浮力影响引起的湍动能;YM为可压速湍流脉动膨胀对总的耗散率的影响;R为平均应变率对ε的影响。各常数取值C1ε=1.42,C2ε=1.68,C3ε=1.42,Cμ=0.085。

本文中针对大功率增压柴油机的燃烧特点,参考文献[8],喷雾方面采用Huh雾化模型、Reitz/Diwakar破碎模型和Bai碰壁模型,喷射燃料为C12H26,经过若干组试算后,对比缸内压力曲线,标定喷雾模型的主要参数:破碎临界韦伯数Webag取值为6.5,经验系数Tbag取值为3.14,撕裂破碎临界韦伯数Wesrip取值为0.5,经验系数Tstrip取值为18。燃烧方面采用ECFM-3Z(3-zones extended coherent flame model)燃烧模型,如图1 所示。其中,u代表未然区,b代表已燃区,A代表空气区(+EGR),M代表混合区,F代表燃料区。ECFM-3Z是基于火焰面密度输运方程增加了混合模型,并有空气区、混合区和燃油区的区域混合描述,能够描述非均匀湍流预混合和扩散燃烧过程[9]。

1.3 计算模型验证

由于燃烧室偏心,因此不能按照喷嘴数划分扇区计算,必须整体建模计算。在三维CAD软件UG中建立几何模型,然后导入STAR-CD的ES-ICE模块中,建立用于计算的网格模型,喷油提前角为12°CA,喷油持续期20°CA,柴油机转速为2500r/min。设定燃烧壁面温度为550K,缸盖壁温520K,缸套壁温500K。图2为360°CA (TDC)处网格模型。

平原试验在上海进行,大气压力为102.61kPa,机房温度为32℃。试验用柴油机已通过500h增压器可靠性考核和100h电调控制系统可靠性考核,累计已运行650h。 试验设备及仪表为:杭州奕科EIM030IDP/D型发动机台架试验测控仪、WE.42N水力测功器、FCM05型瞬态油耗测量仪。试验按照GB/T 3254.2—94《船用柴油机台架试验方法》试验规范进行。

试验柴油机厂家技术条件为:外特性最低燃油消耗率小于235g/(kW·h),最低稳定工作转速为(800±30)r/min,稳态调速率小于10,涡前排气温度低于725℃,增压器最高转速不超过127 000r/min,最高燃烧压力不超过15MPa。

图3为压力曲线试验值与模拟值对比。试验测定缸内最高燃烧压力为13.8MPa,而模拟所得最高燃烧压力为14.05MPa,误差为1.81%,所对应的曲轴转角分别为370.13°CA和369.60°CA。试验结果表明所建计算模型合理有效,满足工程实际要求。

2 喷油提前角对柴油机性能的影响

高原环境下进入气缸的空气质量减小,气缸内压力和温度都会下降,柴油机工作时滞燃期就会增长,导致燃料不能在上止点附近迅速燃烧,影响柴油机的热效率,造成柴油机功率和经济性能下降。在高原环境下合理地增大喷油提前角,可以促使速燃期、缓燃期和后燃期提前达到最佳状态。本节对海拔4550m下喷油提前角分别为12、14、16、18、20、22°CA五种情况下的燃烧过程进行模拟,其中12°CA为平原最佳喷油提前角。缸内仿真的环境条件根据文献[5]差值计算出海拔4550m时大气压力为58kPa,环境温度为275K。

图4为海拔4550m不同喷油提前角下350°CA时缸内流场剖面图。从图4可以看出,随着喷油提前角增大,燃油喷射的背压降低,燃油喷射同时强化了缸内的流动,燃油和空气可以混合得更好。喷油提前角22°CA时,可以明显看到燃烧室底部已经形成了涡流。喷油提前角越大,着火时缸内油气混合的均匀程度越好[8],滞燃期内累计的可燃混合气量也会增加,燃烧始点提前。

图5为海拔4550m不同喷油提前角下380°CA时缸内温度分布剖面图。从图5可以看出,380°CA时缸内燃烧处于扩散燃烧阶段。喷油提前角越大的燃烧室,由于可燃混合气量多和着火时间早,燃烧速度、加速度及最高燃烧温度也越高,高温分布区域越来越广而且主要沿燃烧室侧壁向中心方向扩散,向余隙方向的发展逐渐减弱,燃烧室中心区域的空气得到了良好的利用。

图6为喷油提前角对缸内平均压力的影响。从图6可以看出,缸内的最高燃烧压力随着喷油提前角的增大而升高,峰值点出现时间前移,22°CA时可达11.12MPa。平均每提前喷油1°CA最高燃烧压力增加0.26MPa。随着喷油提前角的增大,平均压力曲线包围的面积也有一定程度的增加,即做功能力有所提高。然而,当喷油提前角较大时,缸内平均压力曲线在着火后的变化明显偏陡,则其相应的压力升高率必然很高。柴油机的运动部件会受到强烈的负荷冲击,造成运转粗暴,导致使用寿命下降。

缸内燃烧温度随着海拔高度的增加而升高,原因是高原下缸内空燃比减小,因此在放热量不大的情况下,缸内被加热的空气总量减少,在滞燃期内累计的可燃混合气量增加,预混合燃烧的速度和强度均增加,单位气缸工作容积内混合气燃烧放出的热量增加,高温气体进一步加快了扩散燃烧阶段燃油蒸发速度,使得缸内温度升高的速度更快[1,9]。

图7为不同喷油提前角的缸内平均温度对比。图8为喷油提前角对放热率的影响。缸内最高平均温度随着喷油提前角的增大而升高,放热率曲线整体前移。放热率峰值出现时间从366.0°CA前移到359.2°CA,喷油时刻对放热率的峰值影响不大。过大的喷油提前角,使得燃烧在上止点前就开始,增加了压缩负功,相应地导致最高燃烧压力和温度过高[10]。

影响NOx的生成因素有很多,NOx的生成主要依赖于缸内温度,另外也与缸内的含氧量有很大关系。海拔越高,喷油越迟,NOx排放越少。高原下缸内空燃比下降得较快,是导致缸内NOx排放比平原低的直接原因[12]。图9 为喷油提前角对NOx排放的影响。从图9 可以看出,从TDC附近开始,NOx排放急剧上升,NOx出现的时间随着喷油提前角的增大而提前,当喷油提前角大于16°CA时,NOx排放量的峰值开始高于平原。

3 喷油提前角的优化

高原下喷油提前角的增大促使缸内平均压力升高,功率得到很大程度的恢复,增强了柴油机的高原动力性。此外,随着喷油的提前,放热规律更加集中,对提高热利用率产生有利的影响,改善了柴油机的经济性。然而,如果喷油过早,导致燃烧初期的放热速率过快,压力升高率过高,容易引起燃烧噪声和冲击负荷的增加,而且柴油机的排气温度升高,柴油机和涡轮的热负荷均增加。表2 为海拔4550m不同喷油提前角下的柴油机性能参数。

喷油提前角从12°CA到16°CA时,柴油机动力性恢复较快,18°CA到22°CA时,功率增幅较小而压力升高率和缸内燃烧温度较高。

中高转速时增压柴油机的最佳喷油提前角总体随着海拔的增加而增大,海拔每升高1000m,喷油提前角增加1.1°CA[5]。综合考虑并结合试验柴油机机型技术条件,本文中喷油提前角取值为18°CA时可以较好地改善高原下增压柴油机的性能,即比平原提前6°CA,同时对柴油机的负面影响较小。

4 试验结果及分析

在青海省的望昆(海拔4550m)对原机进行高原试验。高原试验主要仪器设备为:凯迈(洛阳)CW440D电涡流测功器和YSH-60型燃油消耗测量仪、KISTLER 6125B缸压传感器、KISTLER5108型信号放大器、KISTLER-DS1202CA示波器。试验条件见表3。通过调整供油提前角来使得喷油提前,增压器排气放气阀螺栓拴紧一圈。 试验按照GB/T3254.2—94《船用柴油机台架试验方法》试验规范进行。表4为试验结果。

试验结果与模拟结果比较吻合,与调整喷油提前角前相比,功率上升了3.6%,恢复到平原的81.7%,最高燃烧压力上升了22.6%,燃油消耗率下降了1.41%,涡前排温上升了46.6℃,达到711℃,而本试验机型技术条件中涡前排温限值为725℃,增压器转速为121 200r/min,也接近技术条件中127 000r/min限值。由此可知,喷油提前角选择提前6°CA比较合理。

5 结论

(1)高原环境下喷油提前有利于提高柴油机的动力性,海拔4550m下每提前喷油1°CA最高燃烧压力平均增加了0.26 MPa,功率平均增幅为0.74kW。然而,喷油过于提前会导致柴油机工作粗暴,机械负荷和热负荷上升,可靠性降低。

(2)高原下缸内最高平均温度随着喷油提前角的增大而升高,平均温度和放热率曲线整体前移,放热率峰值变化不大。

(3)考虑控制机械负荷和热负荷的基础上,本机海拔4550m下喷油比平原提前6°CA,可以综合改善柴油机的性能,功率可恢复到平原的81.7%。

摘要：基于ECF-3Z燃烧模型建立适应高原环境的某增压柴油机工作工程模型,在平原台架试验验证的基础上,分析了喷油提前角对海拔4550m下缸内燃烧过程的影响。模拟结果表明:喷油提前角增大,缸内燃烧压力、温度曲线峰值上升且出现时间前移,燃烧重心提前,NOx排放上升,功率得到恢复;同时,缸内预混合燃烧得到强化,后燃期变短,燃烧室中心区域空气利用率得到提高。根据模拟结果选择提前6°CA喷油并在海拔4550m下对原机进行试验。试验结果表明:在调整喷油提前角后,功率提升了3.6%,涡前排气温度上升了46.6℃,燃油消耗率下降了1.4%。

柴油机喷油提前器故障分析与排除 第3篇

下面就BFL413F发动机供油提前器的原理结构及与之相关的故障进行一下分析与研究。

发动机供油提前器原理

1.提前器结构

发动机喷油提前器 (简称提前器) 是按照柴油机转速变化自动调节喷油喷射正时的装置。BFL413F风冷柴油机采用机械离心式提前器, 结构如图1所示。

1.主动盘2.被动盘3.飞块4.风扇主动齿5.喷油泵驱动齿轮6.螺栓7.弹簧8.被动滑块9.主动滑块

2.发动机喷油提前器原理

提前器工作原理:喷油泵驱动齿轮5、风扇主动齿轮4、主动盘1通过螺栓6联接在一起, 被动盘2的前、后轴颈分别穿入主动盘1和喷油泵驱动齿轮5的相应孔中。主动滑块9在主动盘1滑槽中, 被动滑块8在被动盘2的滑槽中。主动滑块9轴颈部分穿入被动滑块8、飞块3配合孔内。

工作过程中, 喷油泵驱动齿轮5转动, 从而带动主动盘1转动, 主动滑块9转动, 被动滑块旋转, 被动盘旋转, 飞块旋转。飞块在离心力的作用下, 克服弹簧7张力向外移动, 同时带主动滑块9、被动滑块8向外移动。

因为主动盘与被动盘是偏心的, 在向外移动时, 飞块的离心力产生一个力偶矩, 迫使被动盘2按旋转方向转动一个角度, 即使喷油泵供油提前一个角度。

随着发动机转速不同, 产生的离心力也不同, 转速越高, 飞块产生的离心力越大, 转动喷油泵驱动的力矩越大, 提前角度也就越大。

B/F L413F风冷柴油机一般采用提前角为0°~10°的曲轴转角, 提前器偏心率为22mm, 调节开始转速为1100~1300r/m i n, 调节范围为1200~2650r/m i n。其调节特性曲线如图2所示。

发动机喷油提前角变化的原因及排除

B/F L 4 1 3 F风冷柴油机喷油提前角的正常值为30°±1°, 提前器喷油提前角滞后, 会使发动机在上止点后喷油, 导致燃烧不完全, 出现发动机无力、冒黑烟, 甚至停车后无法着车等故障现象。导致供油提前角变化的原因有七个方面。

1.喷油泵卡滞

喷油泵总成发生卡滞, 工作时阻力增大, 易造成联轴器前、后连接盘产生相对移位, 供油提前角随之减小。检查时, 用手转动喷油泵凸轮轴, 感到转不动或很难转动, 说明喷油泵滞卡。

2.高压油管堵塞

若某根高压油管堵塞, 内燃机工作时, 则喷油泵不能供给喷油器燃油, 此时该柱塞向上运动时, 柴油压力逐渐增大, 同时柱塞尾部向上的作用力也越来越大, 凸轮轴转动的阻力也随之增大, 并且柴油机转速越高, 此阻力越大。因此, 发动机出现供油提前角减小, 应检查高压油管是否堵塞。若堵塞, 应用高压空气吹净或更换新高压油管。

3.喷油器问题

喷油器易使供油提前角减小, 主要是喷油器进口处的滤芯堵塞或针阀卡死, 这样该柱塞供来的高压柴油既不能喷射到气缸, 也不能从喷油器上部的回油管回油。与高压油管堵塞一样, 也使供油提前角减小。此时应重新调正喷油器, 或更换新的喷油器。

4.正时齿轮系啮合间隙过大

柴油机工作时, 正时齿轮系之间必然产生磨损, 间隙增大, 供油提前角减小。修理时, 应检查正时齿轮系啮合间隙, 若间隙过大, 应成对更换正时齿轮。

5.凸轮轴、滚动传动部件磨损

由于工作时凸轮轴、滚动传动部件的调整螺钉或调整垫块、滚块等零件的磨损, 产生供油滞后, 供油提前角减小, 若凸轮轴磨损严重, 应更换新凸轮轴;若磨损不严重, 可以通过调整滚轮的调整螺钉或调整垫进行校正。

6.凸轮轴定位销剪断

凸轮轴前端用以固定正时齿轮, 正时齿轮通过凸轮轴定位销 (见图3) 保证与凸轮轴确定的安装关系。凸轮轴正时齿轮驱动喷油泵驱动齿轮 (图1中件5) , 实现喷油泵驱动, 完成一系列的喷油动作。检查各缸相位是否发生错乱现象, 如未发生错乱可以排除凸轮轴定位销剪断;如果配气相位变化, 可证明凸轮轴定位销剪断, 导致正时齿轮与凸轮轴产生了位移, 凸轮轴上的正时齿轮与提前器齿轮啮合产生了变化, 因此会导致喷油提前角变化。应更换新的凸轮轴和定位销, 重新调整供油提前角。

7.联轴器紧固螺栓松动

联轴器螺栓松动易使半联轴器与联轴器片相对位置移动, 造成供油提前角减小。此时, 应重新调整供油提前角, 并拧紧紧固螺栓。联轴器松动会造成提前角变化的故障不容小觑, 下面以一故障实例来说明。

(1) 联轴器结构B/FL413F风冷柴油机选用的是片式弹性联轴器, 其结构如图4所示。

(2) 联轴器松动的原因日前一车用发动机在运行过程中出现无力、冒黑烟, 停车后再次起动不能着车的现象, 经现场检查为联轴器上一颗螺母脱落, 喷油提前角滞后, 现将喷油提前角变化故障分析及排除简述如下, 以供参考。

联轴器中的紧固螺母有较严格的拧紧力矩要求为25~35Nm, 但在装配过程中由于拧紧力矩不足或疏忽力矩要求, 发动机运行过程中振动较剧烈, 造成了与提前器相连端一螺母脱落, 螺栓松动, 进而导致同一平面螺栓无足够的力量固定半联轴器与联轴器片。随着发动机的振动将导致对侧螺栓逐渐松动, 因此半联轴器位置移动, 引起喷油提前角变化, 变化最大范围为20° (见图5两长孔位置) 。

(3) 联轴器松动带来的提前器损坏在上述案例中, 现场拆检时检查联轴器与提前器连接部位无相对位移, 连接用半圆键无损坏, 查看螺栓有轻微变形, 部分螺纹损坏, 箱体有摩擦痕迹。拆检提前器齿轮, 发现无打齿和磕碰痕迹, 飞块、弹簧等零部件正常, 但提前器传动轴总成 (见图1中件2) 中轴与调整盘出现相对位移, 传动轴总成如图6所示。

故障机理:受箱体和联轴器位置所限, 与螺母连接的螺栓没有脱落, 继续随联轴器转动, 因无螺母锁紧, 联轴器上螺栓发生窜动并与箱体发生磕碰 (经检查发现箱体和螺栓有摩擦痕迹) , 给联轴器突然施加很大的冲击力 (螺栓有部分螺纹损坏, 联轴器孔有明显螺纹磕碰痕迹) 。由于联轴器与提前器连接部位 (传动轴) 无相对位移, 半圆键无损坏, 此冲击力使与联轴器相连的提前器传动轴总成上的调整盘与传动轴发生了相对移动, 由于传动轴总成中轴与调整盘为热压安装件, 为过盈配合 (过盈量为0.019~0.053 mm) , 安装位置如图7所示。键槽为压装后加工, 与调整盘开口成3°±10′ (右侧) , 经现场检测键槽与调整盘开口成21° (左侧) , 因此传动轴总成中轴与调整盘的相对位移造成喷油提前角滞后了24°, 进而影响发动机喷油和燃烧, 导致发动机运转无力、冒黑烟等故障。

结语

本文对发动机供油提前器的原理及提前角变化的原因进行了分析和阐述, 供油提前角对发动机的动力性能和经济性能都起着至关重要的作用。为了进一步改善发动机启动性能, 保证工作稳定性, 在今后的工作中还将对发动机提前角进行改善, 遇到提前角故障要逐步分解, 逐一筛查, 找出真正原因, 对症予以排除。