農用柴油機燃油的噴射及影響噴射過程的因素分析

石峰

柴油機燃燒過程是柴油機實際工作循環能量轉換的一個關鍵性環節。要組織好柴油機燃燒過程，必須從燃油、空氣與燃燒室等各方面創造條件，如：空氣量要足夠；空氣在燃燒室內應有足夠強的渦流與紊流；噴油時空氣要有足夠的高溫和高壓以保證燃料及時迅速地著火與燃燒；要有適合的燃料，其自燃著火性能與壓縮比相適應；燃料應不易積碳，不會引起腐蝕；要有適當的供油量與供油規律；燃料噴射的霧化質量和燃料在燃燒室的分布要合適，不滴油；燃燒室的結構應該促進空氣與燃料的混合以利于燃燒的開展，熱損失和工質流動損失要盡量減小。因此，為保證燃燒過程順利進行，涉及到燃燒室的結構類型與工作原理、燃料供給系統的供油、噴射和氣缸內的混合與燃燒等幾個不同的物理——化學過程。本文主要分析燃油的噴射及影響噴射過程的幾個因素。

一、柴油機燃油的噴射過程

在柴油機燃油供給系統工作時，從柱塞經高壓油管到噴油嘴的針閥構成一個連通的空間，稱為噴射系統。從柱塞開始壓油到噴油嘴噴油、油管壓力恢復，是一個噴射過程。燃油的噴射過程時間很短，壓力很高，供油量又很少，燃料的可壓縮性不可忽視，例如燃油壓力升高到303.975×105 Pa時，柴油體積縮小1.2%～1.5%，壓力下降時，柴油就會膨脹。柴油在高速流動中也要表現出摩擦阻力和運動慣性。

噴油泵柱塞壓縮燃油，壓力將以聲速從柱塞端向針閥端傳播，這是一種壓力波。在壓力還不足以打開針閥時，壓力波又反射回來成為反射波，反射波到達柱塞端又與新的壓力波疊加，再向針閥端傳播。在壓力高于針閥開啟壓力時，針閥升起，燃油高速噴入氣缸。燃油向噴油嘴流動時，系統中流動速度的變化是一種速度波。由于壓力波和速度波的傳播和反射，再加上燃油的可壓縮性、運動慣性和摩擦阻力，使系統中各處的壓力與流速是不同的、隨時變化的。

柴油機燃油的噴射過程有時被稱為三個階段，即噴油（始點）延遲階段、主要噴油階段和自由膨脹階段（或滲漏階段）。

二、影響噴射過程的幾個因素

1.噴射延遲

噴射過程的噴油始點延遲于供油始點，這是由于從油泵供油到針閥開啟，壓力波在油管中傳播需要時間，針閥升起也有延遲。當供油速度加大、油管較短、油管剩余壓力較高和針閥開啟壓力較小的情況，延遲就會縮短；但當轉速升高時，噴射延遲將延長。一般柴油機在安裝調整時檢驗的是供油提前角，而噴油延遲可以達到10°左右（曲軸轉角），所以還必須通過發動機臺架試驗才能判斷提前角是否合適。

2.噴油規律

噴油規律是噴射過程中油泵凸輪每度的噴油量隨凸輪轉角（或曲軸轉角）的變化關系d（Δg）/dφ=f（φ）（Δg —氣缸中累積的噴油量；φ—曲軸轉角）。在噴油規律曲線上，反映出噴油過程的起止點和過程中的噴油速率變化（凸輪單位轉角噴油量的變化）。為避免速燃期壓力增長率過高，要適當控制前一段的噴油量，在中間一段應該加速噴入，噴油最后應該盡快結束，以求不滲漏滴油。噴射延續也不應太長以免增加過后燃燒。

3.供油速度特性

噴油泵供油量隨油泵轉速的變化關系為供油速度特性，隨油泵調節供油量的方法不同，特性的歷程也不同。一般柱塞式噴油泵的速度特性曲線是隨著轉速升高，進油孔處和回油孔處的節流作用加強了，使得實際的供油始點提前、供油終點延后，因而供油延續加大，供油量加多。

供油速度特性極大影響到柴油機速度特性的扭矩曲線和轉速是否穩定，因而往往采用校正裝置和調速器來補救。

4.剩余壓力

在噴射過程終了出油閥減壓凸緣使高壓油管壓力降到剩余壓力，剩余壓力一般在幾十個大氣壓以下。隨著轉速和負荷加大，噴射系統的最高壓力和平均壓力也將增大，而出油閥的減壓作用是一定的，所以就使剩余壓力變大。如果出油閥減壓凸緣磨損，減壓作用變小，剩余壓力增高，就會使二次噴射和噴油嘴滲漏的可能性加大；如果減壓作用過大，使剩余壓力過低，則會使噴射延遲加大，低負荷和怠速時可能發生不規則噴射，所以也是不好的。

5.噴油嘴特性

噴油嘴特性就是噴油嘴油腔壓力與通過噴孔流量的關系，特性曲線中有兩段斜率為負值的曲線，相當于噴油嘴的不穩定工作區域。在該區域內，噴油量加大對應著油腔壓力降低，因而使針閥下降，噴油量減小；但噴油量減小又對應著油腔壓力加大，使針閥上升。因而發生針閥波動，甚至斷續噴油，破壞正常的噴射過程和噴油規律。在軸針式噴油嘴特性上，斜率為負值的曲線很窄，因而只要避免這兩種情況，對工作的影響是不大的。改變軸針形狀、彈簧參數和油路的其他結構參數，也可以得到不同的特性。