6160型柴油机喷油提前角动态调节装置.pdf

内燃机 1999 年第1 期 6160 型柴油机喷油提前角 动态调节装置 武汉市青山机电厂 韩小平 摘 要 通过对 6160 型柴油机喷油提前角调节形式的 改进 使柴油机能在任何工况下进行喷油提前角的 调整 燃油消耗达到最小 功率输出达到最大 同时 可改善柴油机的冷车启动性能 以及持续运行中的 综合性能 关键词 节能装置 动态调节 螺旋花键 冷车启动 1 概述 6160 型柴油机是一种应用非常广泛的 发动机 主要用于船舶 发电和其它工作机的 动力 从多年的使用情况来看 整机性能均比 较好 使用 维护很方便 在工农业生产中起 到了很大的作用 美中不足的是 该机的喷油 提前角只能在停车时调节 因此 实际工况不 是很理想 众所周知 喷油提前角的大小 在不同转 速时其实际数值是不同的 1 6160 型柴油机只能在停车时选定一种 角度值 这样就导致了在其它转速 其它工况 时 柴油机不能以最佳状态运行 因此 效率 也就比较差 其结果就是耗油量增大 输出功 率减小 虽然在喷油泵总成内装有一套飞锤式供 油平衡装置 但它不能改变既定的喷油提前 角 只能在工况变化时 增加或减少喷油量 在既定的不理想的喷油提前角状态下 飞锤 式供油平衡装置为了平衡外负荷 会突然增 加或减少供油量 这就使柴油机性能更加恶 化 如油耗增加 燃烧不完全 水温 排气温度 过高 磨损加剧 以及综合性能变坏 这里提出一种针对 6160 型柴油机的喷 油提前角动态调节装置 不仅可改善上述不 良状况 使之具有良好的节能效果 而且其综 合经济性能也有所提高 2 工作原理 图 1 是 6160 型柴油机喷油提前角动态 调节装置的总装图 1 传动轴 2 挡圈 3 内花键套筒 4 导向平键 5 导向键螺钉 6 压油油杯 7 调整垫圈 8 端盖 9 弹簧 10 带外花键的半联轴器 11 螺栓 12 垫圈 13 外推力轴承 14 内推力轴承 15 带手轮的调节套筒 16 制动手轮 17 支承套 图 1 6160 型柴油机喷油提前角动态调节装置图 传动轴 1 是原有的一根轴 在原设备中 此轴与喷油泵的联轴器之间有一个用于停车 调整喷油提前角的法兰盘联接件 本机构取 代了法兰盘联接件 其核心部分是一对相互 啮合 并可轴向滑动的螺旋花键副 带花键的半联轴器10滑套在传动轴1上 27 装配调整 内燃机 1999 年第 1 期 图 2 支承套改形图 图 3 传动轴改制工作图 并由弹簧 9紧压在另一半联轴器上 柴油机 对喷油提前角的调整就是要调整传动轴 1 与 半联轴器 10 的相对周向位置 内花键套筒 3 在传动轴 1 上轴向移动 时 由于导向平键 4 的限制 内花键套筒 3 与 传动轴 1 的周向相对位置是不变的 因此 当沿轴向移动内花键套筒 3 时 由 于螺旋花键副的作用 将迫使带外花键的半 联轴器 10 相对于传动轴 1 转动一个角度 这 个动作就实现了对喷油提前的调整 实现这个动作的操纵机构是带手轮的调 节套筒 15 图 1 中 支承套 17 取代了原设备中的端 盖 并经过改形设计成为图 2 的型式 用螺栓 紧固在柴油机后端盖朝机前的凸台上 它支 承着整个调节机构 并且表面的 M75 2 螺 纹参与机构的调节 图 1 中 件 15 左端通过端盖 8 和内 外 推力轴承 13 14 将内花键套筒 3 的轴肩夹持 住 件 15 的右端内孔是一个与件 17 啮合的 M75 2 内螺纹 当旋转手轮 15 时 手轮 15 就会在 M75 28 装配调整 2 的螺纹推进下沿轴向移动 同时会带动 内花键套筒 3 作轴向移动 其结果是迫使外 花键联轴器 10 相对于传动轴 1 旋转一个角 度 因此就改变了喷油提前角 这时我们再旋 转制动手轮 16 直至摒紧调节套筒 15 就锁 定了这个调整后的喷油提前角 柴油机正常运行时 内花键套筒 3 的轴 肩在推力轴承 13 14之间滑动 由于转速不 高 所以此处滑动轴肩的润滑采用定时手工 加油 每小时加油一次 通过油杯 6 加入不少 于 20ml 的 20 30 号机械油 本机构中的传动轴 1可利用原有的传动 轴改制 其改制工作图见图 3 内燃机 1999 年第1 期 3 良好的节能性 柴油机的喷油提前角是一个非常重要的 参数 提前角过大 燃烧性能不好 提前角过 小 燃烧不完全 这两种状况都导致柴油机性 能变坏 油耗过大 效率低下 在实际工况中 表现为转速较低 排气管冒黑烟 排气温度和 冷却水温度过高 同时还加剧磨损 由图 1 可知 不同的转速有着不同的喷 油提前角 这就存在着一个最佳点的选择 而 喷油提前角的最佳点 与很多实际因素有关 比如 不同机器中各处安装间隙大小引起的 摩擦阻力的大小不同 润滑质量的好坏 柴油 十六烷值的高低 燃油温度 环境温度等因素 都影响着喷油提前角的实际大小 停车调节喷油提前角的柴油机 只能按 一个常用转速或最大转速来确定一个大概的 喷油提前角 实际上很难定准这个角度 因为 它还与拖动负荷大小有关 只能凭经验在满 负荷运行时估计需增减多少度 待停车后再 加以修正 但换一个时间和工况却又不能适 应 总之这种停车调节喷油提前角的形式 很 难使柴油机发挥最大效率 并使油耗达到最 低 动态调节喷油提前角则不同 它可涵容 一切影响柴油机性能的随机因素 在任何转 速区 任何工况下都可随时调整喷油提前角 选定一个既节能 功率输出又最大的最佳点 从而使柴油机的效率达到最佳 油耗达到最 少 4 简便的操纵性能 根据以上介绍 参看图 1 可知 操纵时 只需旋转手轮 15 到位后再旋转制动手轮 16 以此锁定手轮 15即可 具体操作如下 先旋松制动手轮 16 再根据转速表或排 烟质量旋调手轮 15 当转速表指针上升到当 前转速区的最大值或排烟质量最佳状态时 即选定了最佳喷油提前角 然后再旋转制动 手轮 16 让手轮 16 靠近手轮 15 并摒紧手轮 15 至此操纵完毕 5 对柴油机启动性能的改善 柴油机的启动能量完全要依赖于外界 它的最低启动转速称为启动临界转速 对于 每台柴油机来说 启动临界转速是不同的 柴油机的启动要克服所有摩擦阻尼 同 时还要在压缩冲程中建立一个最低的启动缸 压 另外 从图 4 来看 在喷油开始时 缸压有 图 4 缸压与曲轴转角关系图 29 装配调整 内燃机 1999 年第 1 期 一个明显的压力突变直至喷油终了 形成了 一个斜率较高的梯度 由于这个梯度的存在 突变的缸压反过来又会抑制活塞上行的运动 速度 当活塞冲量不足时 活塞将会梗死于上 止点之前 使启动失败 如果推迟喷油 情况就不一样了 活塞的 运动惯性将进一步得到延续 在这种延续后 的较长时间段内运动冲量得以很大的提高 当喷油引起的缸压突变到来时 活塞等运动 部件因获得了足以克服突变缸压的冲量 所 以能轻松越过上止点 顺利启动 如何能方便地推迟喷油 减小喷油提前 角 并在持续运行中又能调回喷油提前角 只 有安装动态调节装置 现在的 6160 型柴油机只能按额定转速 或某一预置转速锁定喷油提前角 这样 在冷 车启动时 由于缸内压力和缸温均较低 又加 上较大的喷油提前角过早喷油 所以导致燃 烧条件不理想 由于活塞没有足够的运动冲 量越过过早到来的缸压突变梯度 使活塞梗 死在上止点之前 前序启动的缸也会因为缸 温 缸压不足而没有足够大的爆发力来平衡 后序未启动缸带来的负载 使启动失败 在这 种情况下 为了解决低温启动的问题 只有提 高启动空气的压力 并延长启动时间 以此来 提高活塞的运动冲量 使曲轴在瞬间处于一 个比较高的转速状态 以此来适应较大的喷 油提前角 从而以较大的惯性冲量越过过早 到来的缸压突变梯度来启动柴油机 这样做的结果会使柴油机在低温启动 时 存在很大的冲击负荷 使启动变得粗暴 并且 冲击负荷导致曲轴脆断的危险性也很 大 各运动部件的磨损还会加剧 而进行喷油提前角动态调节的柴油机则 不然 它在低温启动时 可预先调定一个相应 的 专用于启动的喷油提前角 再来启动柴油 机 这是一种用修正工作参数去适应启动工 况的做法 是比较科学的 6 对喷油提前角自动控制的后备方案 6160 型柴油机喷油提前角的调节方式 由停车调节发展到动态手动调节 基本上能 满足工作要求 有比较好的节能效果 但随着 科技的不断发展和社会的不断进步 6160 型 柴油机喷油提前角自动控制是可以考虑的 这里提出一种后备方案 参看图 1 去掉制动手轮 16 并将带手轮 的调节套筒 15 上的手轮部分改成蜗轮 另配 一蜗杆 形成一蜗轮蜗杆传动副 蜗杆直接轴 联一个小型伺服电机驱动 转速表改用远程 控制转速表 即有电讯传感输出的转速表 经 放大后 推动伺服电机 这样就可自动控制喷 油提前角 在任何转速 任何负载工况下 自 动控制系统会选择一个最佳的喷油提前角 7 小结 喷油提前动态调节装置具有如下特点 7 1 节约能源 6160 型柴油机一般在额定转速的持续 运行时间比较长 比如在航运 发电等方面 如果长期处在一个不正确的喷油提前角位置 运行 其能耗是相当大的 安装了可进行动态调节喷油提前角的装 置 就会因为它能排除一切影响柴油机性能 的随机因素 任意选择 修正一个精确的喷油 提前角 使油耗最少 做功最大 从而达到节 能目的 7 2 对柴油机综合性能的改善 由于喷油提前角可方便调谐 因此对启 动性能有很大的改善 它减小了启动冲击 使 启动平滑 因为是修正工作参数去适应启动 工况 所以 这种做法类似于电气传动中电机 的降压启动 使启动变得轻松 由于任何工况下喷油提前角均可调 因 此 在任何工况下都能调定一个理想的喷油 提前角 理想的喷油提前角会产生良好的燃 30 装配调整 内燃机 1999 年第1 期 烧状态 自然也保证了较低的排气温度和较 低的冷却水温度 柴油机的热效率也高 持续运行中平稳的工况 使各运动副的 磨损也较正常 7 3对环保有着积极的作用 资料 1 表明 喷油提前角提前 NO 排放 浓度比较高 但喷油提前角迟后 虽然能减少 NO 排放 但又会造成平均有效压力和燃料 经济性的损失 同时 CO 和 HC 的排放量又 明显增高 甚至冒黑烟 所以综合平衡之后 调定一个最佳的喷油提前角 对环保有着积 极的作用 7 4对工作环境的改善 资料 1表明 喷油提前角增大时 气体在 气道和燃气在燃烧室产生的高频振动噪声会 随之增大 显然 这方面又面临一个经济性的 最佳点选择 柴油机热工效率给工作环境带来的环境 温度也一样存在最佳点选择 动态可调喷油提前角的装置能同时平衡 环境噪声和环境温度与柴油机工作效率的最 佳状态 因为我们可主动地去修正喷油定时 而不是被动地去 享受 不正确喷油定时给我 们带来的环境噪声和过高的环境温度 参考文献 1 柴油机设计手册编辑委员会 柴油机设计手册 北 京 中国农业机械出版社 1984 2 徐灏 邱宣怀 蔡春源 汪恺 余俊主编 机械设计 手册 北京 机械工业出版社 1991 汽 车 增 压 器 涡 轮 壳 材 料 研 究 铁道部戚墅堰机车车辆工艺研究所 王泽华 许鹤皋 蒋兴国 鲍国栋 张俊新 申澎运 摘 要 对汽车增压器涡轮壳体材料 中硅钼耐热球 铁作了详细论述 针对该材料的技术难点进行大量 的试验研究 解决了球化率要求高 机械性能中延伸 率不稳定等技术难点 对这种材料的工艺特点 形成 气孔 夹渣 疏松等微观缺陷的原因 以及它们对延 伸率的影响作了详尽分析 关键词 增压器 涡轮壳 耐热铸铁 球铁 1 概述 汽车增压器涡轮工作条件十分恶劣 经 常在室温至 700 800 高温交变热负荷下 工作 因此对材料性能要求苛刻 目前常用的 铸造涡壳为铁素体耐热球铁 我们