供油提前角大小对柴油机工作过程的影响

王恒

农业机械化系实训室教学用的江苏750P拖拉机搭载的是东方红LR4B3-23柴油发动机。通过查阅技术资料，得知该柴油发动机（静态）供油提前角的技术参数为15°±1°。这个供油提前初始角度，是根据这台柴油发动机常用的供油量和转速范围来确定的，在喷油泵安装到发动机上时已固定。此时，将柴油发动机启动实验，该发动机启动顺利、怠速平稳、加速灵敏、排气烟度净，工作状况良好。

一、理论分析

从喷油器开始喷油起，活塞顶部距上止点所对应的曲轴转动的角度，叫作供油提前角（见图1）。

（一）喷油提前角的产生及对发动机的影响

柴油的黏度比汽油大，不易蒸发。柴油发动机工作时，必须借助喷油设备将柴油以雾状喷入气缸，雾化后的柴油和高温高压的空气及时混合后才能自燃，柴油从开始喷入气缸到燃烧爆发需要经过一个过程，可分为4个阶段，即滞燃期、速燃期、缓燃期和后燃期。

1.滞燃期，即从喷油始点到燃烧始点，所对应的曲轴转角。柴油喷入燃烧室，并不是立即燃烧，而是进行吸热、蒸发、分解、氧化等一系列着火前的准备过程，当达到自燃温度时，即产生多个发火中心，随即爆燃，使气缸内压力和温度明显上升，这就是柴油机靠压缩自燃的机理。滞燃期越长，集油越多，易造成柴油机工作粗暴。滞燃期的长短影响柴油机工作的粗暴程度。

2.速燃期，即从燃烧始点到气缸内产生压力最大点所对应的曲轴转角。喷入燃烧室的柴油出现火焰后，迅速向各处传播，燃烧速度加快，放出的热量又快又多，气缸内的温度和压力急剧上升，气体压力升至最高点，这是柴油机工作粗暴、噪声大的主要原因。

3.缓燃期，即从气缸压力最高点到气缸内温度最高点所对应的曲轴转角。在缓燃期，气缸容积不断增加，压力急剧下降，此时，喷油器继续向气缸内喷油，并随时进行燃烧。由于燃烧室中氧气减少，废气增加，燃烧条件不利，导致燃烧速度缓慢，易形成碳烟。通常在这个时期内喷油结束。

4.后燃期，即從气缸内温度最高点到燃烧终点为止所对应的曲轴转角。后燃期虽然喷油结束，但未燃烧完的燃油仍继续燃烧，热量不能利用，柴油机经济性能下降;同时，排气温度高，活塞组的热负荷增大。因此，要求后燃期越短越好。

（二）影响供油提前角发生变化的因素

1.受发动机转速变化的影响。柴油发动机的转速越高，从喷油泵柱塞和柱塞套之间的间隙泄漏越少，供油时刻提前，即供油提前角变大;发动机的转速越低，从喷油泵柱塞和柱塞套之间的泄漏越多，供油时刻推迟，即供油提前角减小。

2.受柴油温度变化的影响。柴油发动机开始工作时，机体温度逐渐升高，柴油黏度随着温度升高而变低（稀），致使从柱塞副间隙的柴油泄漏量增多，从而推迟供油时刻，即供油提前角减小;如果受外界气温降低影响，机体温度不断降低，随着温度降低，柴油的黏度升高（稠），使其从柱塞副间隙的柴油泄漏量减少，因此，提前供油时刻，即供油提前角增大。

3.受喷油泵和喷油器弹簧弹力变化的影响。发动机温度低时，出油阀弹簧和喷油器弹簧弹力加强，从而推迟开始供油时刻，供油提前角减小;柴油发动机温度高时，喷油器弹簧和出油阀弹簧弹力逐渐减弱，致使开始供油时刻提前，供油提前角增大。

4.受喷油泵柱塞运动副磨损量的影响。随着柴油机工作使用时间越长，柱塞副磨损程度越大，开始供油时刻越推迟，供油提前角变小。

5.受喷油泵凸轮和滚轮体之间磨损的影响。柴油发动机喷油泵滚轮体和凸轮磨损量越大，则开始供油时刻越晚，供油提前角越小。

综上所述，柴油发动机工作时，喷油泵必须在适当的时间提前供油，喷油时间应在压缩行程中活塞未达到上止点前。为了验证供油提前角大小对柴油机工作过程的影响，现对江苏750P拖拉机搭载的东方红LR4B3-23柴油发动机进行试验探究。

二、任务实施

（一）工具

小撬杆1根，中棘轮扳手1把，中短接杆1根，10 mm、12 mm、16 mm中套头各1个，14 mm、17 mm、

27 mm呆扳手各1把，26 mm顶丝拉马1个，手电筒1把，净抹布1块。

（二）设置供油提前角为0°

将东方红LR4B3-23柴油发动机供油提前角设置为0°，探究供油提前角过小给柴油发动机工作过程造成的影响，方法如下：

1.用中棘轮扳手、中短接杆和10 mm套筒，拆下飞轮壳上的观察孔盖。

2.用17 mm呆扳手拆下第一缸高压油管螺帽，同时松开其他3个缸的高压油管，以防止燃油喷入气缸，以液体形式流入油底壳，致使机油变稀。

3.擦拭第一缸出油阀接口，用小撬杠撬动发动机飞轮，使之顺时针旋转。同时注意观察出油阀接口油面波动瞬间，此时表明第一缸开始供油，然后继续用撬杠盘动飞轮，使指针对齐0°。

4.调整供油提前角。一是用中棘轮扳手和16 mm套筒将提前器端盖上的机油管螺丝拆下。二是换上12 mm套筒，拆掉盖板上5颗固定螺丝，拆下端盖。三是松开供油提前角自动调节器上的4颗螺丝。用26 mm顶丝拉马与供油提前角自动调节器中心螺母连接，用27 mm呆扳手固定住顶丝拉马，用14 mm呆扳手将顶丝拧紧，使之连接可靠。四是用27 mm呆扳手扳动顶丝拉马，带动供油提前角自动调节器转动，观察第一缸出油阀油面波动瞬间，此时紧固供油提前角自动调节器上4颗锁紧螺丝。五是装回端盖和高压油管，做好柴油机启动的准备。启动柴油发动机，观察此时工作状况，在起动机的带动下只是冒出团团白烟，声调低沉而且一直未能实现启动。

（三）设置供油提前角为30°

将东方红LR4B3-23柴油机供油提前角设置为30°，探究供油提前角过大给柴油发动机工作过程造成的影响，方法如下：

1.用17 mm呆扳手拆下第一缸高压油管螺帽，同时松开其他各缸的高压油管，以防止燃油喷入气缸，以液体形式流入油底壳，致使机油变稀。

2.擦拭第1缸出油阀接口，用小撬杠顺时针盘动发动机飞轮，同时注意观察出油阀接口油面波动瞬间，此时表明第1缸开始供油，然后接着用撬杠盘动飞轮，使指针对齐30°。

3.调整供油提前角。一是用中棘轮扳手和16 mm套筒将提前器端盖上的机油管螺丝拆下。二是换上12 mm套筒，拆掉盖板上5颗固定螺丝，拆下端盖。三是松开供油提前角自动调节器上的4颗调整螺丝。用26 mm顶丝拉马与供油提前角自动调节器连接，用27 mm呆扳手固定住頂丝拉马，用14 mm呆扳手将顶丝拧紧，使之连接可靠。四是用27 mm呆扳手扳动顶丝拉马，带动供油提前角自动调节器转动，观察第一缸出油阀油面波动瞬间，此时紧固供油提前角自动调节器上4颗调整螺丝。五是装回端盖和高压油管，做好发动机启动的准备。启动柴油发动机，观察此时工作状况：启动略显困难，着车后工作粗暴，噪声很明显，发出用硬木敲击活塞时“哒哒”的声音，降低转速时更加清晰。急加速试验，噪声随之增大，迅速减小油门的瞬间，响声暂时消失，此时排气管间断冒黑烟，稳定到低转速后响声又重复响起。

（四）设置供油提前角为15°，恢复厂家规定的技术参数

将东方红LR4B3-23柴油发动机供油提前角设置为15°，观察柴油机工作现象。按照前两次设置供油提前角的方法，先找到一缸压缩行程，观察到一缸出油阀油面波动的一瞬间，继续转动飞轮使指针与15°对齐，然后松开供油提前角自动调节器上的4颗固定螺丝，慢慢转动油泵，观察一缸出油阀油面波动的一瞬间停止转动，锁紧4颗固定螺丝。装回端盖和高压油管，做好发动机启动的准备。

此时启动发动机观察发现，柴油发动机工作性能又恢复到了探究之前的启动顺利、怠速平稳、加速灵敏、排气烟度净，工作状况良好的状态。

三、结论

通过将这台东方红LR4B3-23柴油发动机分别设置为0°、30°、15°这3种不同供油提前角的情况得出以下结论：

（一）0°供油提前角过小（迟）

0°供油提前角过小（迟），燃烧的最高温度和产生的压力下降，可燃混合气的形成条件不佳，燃料燃烧滞后导致燃烧不完全和功率不足，甚至排气冒白烟，柴油机过热。

（二）30°供油提前角过大（早）

30°供油提前角过大（早），汽缸内空气温度较低，此时可燃混合气的形成条件仍然不佳，柴油燃烧前集油过多，会导致工作粗暴，引起柴油发动机起动困难和怠速不稳。

（三）15°供油提前角符合技术参数要求

15°供油提前角符合技术参数要求，发动机工作正常，表现为启动容易、声音均匀、排烟比较小，无下排气、机体温度正常。动力充足且油耗不超标。

供油提前角无论过小或过大，柴油机工作过程均不正常。因此，一旦发现柴油发动机工作不正常，除检查冷却、润滑、配气和柴油牌号选择是否适当之外，还要及时检查和调整供油提前角，必要时将供油提前角调整到厂家规定的技术参数值，以确保柴油发动机能以最小的燃油消耗率获得最大功率，发挥最佳的经济性能和动力性能。