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供油提前角是指噴油泵開始向高壓管路供油時,油泵的凸輪軸所對應的轉角。車輛的供油提前角影響到發動機的使用效能、油耗、輸出功率等,所以必須要有供油提前角,下面我們來分析原因。
柴油機供油過程柴油機與汽油機相比最大的區別在於點火方式不同,柴油機使用的是壓縮點火,所以柴油機要求的供油壓力會比汽油機的高很多。傳統的柴油機燃油供給系統如下圖所示,當發動機運轉時,輸油泵被驅動泵油,柴油先透過油水分離器進行油水分離和粗濾,然後在經過燃油濾清器進行細濾進入到高壓噴油泵內。
輸油泵類似於汽油機上的電動油泵,輸油泵上有手動泵可以用於排空氣和吸油,在天氣冷時按壓手動泵可以使柴油機更好起動。油箱到噴油泵入口的油路稱為低壓油路,燃油系統的壓力大小在0.3MPa左右。
在高壓油泵內的柱塞的泵油作用下,壓力大於出油閥彈簧作用力下時,柴油從出油閥流到各氣缸的噴油器內,噴油器將柴油以霧化形狀噴入氣缸,在壓縮行程末端與高溫、高壓的空氣混合著火做功。從高壓油泵出來到噴油器的油路稱為高壓管路,壓力在30-50MPa。
什麼是供油提前角當柴油進入到噴油泵內,是由內部的出油閥偶件和柱塞偶件的工作進行吸油和壓油,如下圖所示是這幾個部件的結構圖,在油泵的殼體加工有縱向的油道,柴油透過油道進入到各分泵的泵腔內。
如下圖所示在A過程中,柱塞由下往上移動。在A到B的過程中,當柱塞的側面完全擋住柱塞套的進油孔時,柱塞上方的空腔油壓開始升高。在C過程中柱塞繼續上移,當燃油壓力大於出油閥彈簧的作用力時,出油閥開啟,燃油從高壓油管接頭這個時間就稱之為供油起始時間。因為柱塞的下端是由下彈簧座固定,凸輪軸透過滾輪體拉動柱塞上下移動,所以可以透過改變凸輪軸的轉速來改變這個供油起始時間的快慢,這個改變的角度就是供油提前角,對應的是這時候油泵凸輪軸所轉動的角度。
當柴油從出油閥出來後透過高壓管路進入到噴油器內,透過噴油器開始向氣缸噴油,我們把噴油器的針閥開啟,柴油剛從噴嘴孔裡噴出來的時間稱為“噴油提前角”。因為柴油從高壓油泵到噴油器的過程需要一定的時間,所以供油提前角會比噴油提前角快一點,但是不會超過8度的曲軸轉角。
我們上面所說的供油提前角只使用在傳統的柴油機上,現在的使用高壓共軌系統的電控柴油機是沒有供油提前角的,只有噴油提前角。發動機控制單元ECU直接控制壓電式的噴油器開啟和關閉的時間,能省去調速器、噴油提前器等機械部件,使噴油量控制更加精確,柴油機高壓共軌系統如下圖所示。
調整供油提前角的目的每一個型號的柴油機都有一個經過廠家反覆試驗得出的最佳供油提前角範圍(出廠時已經設定好),即使是同一型號的柴油機,在不同轉速和發動機負荷下最佳的供油提前角也不同。這個最佳的調整角度一般是15到25度,在這個範圍內柴油機能獲得最大的功率和較低的油耗。
供油提前角的大小會直接影響到柴油機的燃燒質量,準確的供油時間能使混合氣在活塞到達上止點附近就燃燒完全。
如果供油提前角過早,那麼噴入燃燒室內的燃油開始燃燒的時間就提早了,提前到壓縮行程,在活塞離壓縮上止點還有很長的距離就已經開始著火爆發,這會對活塞的上行產生一個瞬間阻力,使柴油機損失部分能量、動力下降,外部表現的現象就是發出的聲音很大,嚴重抖動,甚至是排氣管冒出黑色的濃煙。
如果供油提前角過遲,混合氣在活塞開始下行時才開始燃燒,那麼就會使燃燒室空間變大,傳遞到氣缸壁上的熱量就會增加,造成柴油機過熱;還有部分的氣體沒有經過燃燒就排到尾氣管裡了,我們看到的現象就是排氣管冒白煙,發出火焰等。
柴油機的高壓油泵使用噴油提前器來實現供油提前角的調整,噴油提前器透過傳動爪由曲軸驅動,曲軸轉2圈,噴油泵凸輪軸轉1圈。當轉速升高時,噴油的時間應該提前,因為單位時間內曲軸轉動的角度變大了,導致噴油的延續角度變大,發動機後期的燃燒變長。
噴油泵的凸輪的形狀決定柱塞上下移動的速度,在實際使用過程中,由於凸輪軸的凸輪、滾輪體和調整螺母等傳動部件會產生磨損,比如凸輪磨損後,柱塞上行速度降低,油泵的壓力增加會減慢,會導致原來的供油提前角會滯後變小,容易造成柴油機啟動困難、燃燒不完全等故障。
當出油閥和柱塞偶件的配合間隙在0.001-0.003mm,在使用過程中也會因為使用發生磨損,導致配合間隙變大。這時高壓油管的柴油會迴流到油泵的上腔,減緩了燃油壓力的上升,相應造成噴油時間的延遲。
有的柴油機因為使用了劣質柴油或者油泵工作不良,導致裡面的柱塞偶件和出油閥偶件堵塞,那麼就需要對這些偶件進行清洗,在清洗完安裝時也需要調整好供油提前角。如果調整不當,會造成供油時間不對。如果我們在反覆調整車輛的供油提前角時,出現發動機各工作狀態不良,存在冒黑煙、動力不足的情況,還應該要考慮噴油器是否存在噴油時間的問題。
總結車輛調整供油提前角的目的是為了使噴油泵的供油時間準確,在車輛使用的過程中,柴油機高壓油泵內的泵油部件和傳動部件會因為磨損導致提前角發生改變,如果不及時調整會使發動機產生很多故障。
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簡單來講發動機調整噴油提前角、進排氣提前角都是為了改善發動機各種工況的燃油經濟性與動力性。對於普通的發動機(進氣歧管噴射)來說,噴油提前角只需要控制在進氣門開啟前至開啟一段時間即可;但是對於技術先進的發動機來說(缸內直噴或混合噴射),噴油提前角和噴油時間需要精準控制,才能達到最佳的燃燒效果。