在用柴油机配气相位优化调整机理分析

孙吉树

(延边大学工学院 吉林 延吉 133002)

一般柴油机出厂时都规定了配气相位的主要调整数据，对新机而言，按这些数据调整可达到发动机最佳技术状态。随着使用时间的增加，柴油机零件会不断磨损，但只要在极限范围内均可照常使用，可是若仍按出厂数据调整则不可能达到该机的最佳技术状态。此外，由于制造误差，调整不当等原因均可能影响抽油机的技术状态。优化调整技术是经过多年的经验摸索出来的一种能根据运行中发动机的不同磨损情况和工况进行针对性调整的节能环保技术，通过优化调整，可使其达到最佳技术状态，提高功率，降低油耗。本文分析了影响柴油机技术状态的主要可调参数之一——配气相位的优化调整机理和方法。

1 配气相位的调整机理

通过对大量运行中的柴油机的配气相位测定表明，使用中柴油机配气相位大多数偏离出厂规定值，而且差距较大。

对某地区二百余台在用s195柴油机测取数据表明，若以进气门开启延续角230～250°CA为合格标准，合格的仅占31.3%；进气门开启延续角大于250°CA的占9.25%；进气门开启延续角小于230°CA的占59.5%。由此可见，气门开启延续角过小是问题的主要方面。排气门开启延续角测取数据分布情况基本上也类似，开启延续角过小是问题的主要方面。

从检测结果来看，70%以上的在用柴油机气门开启延续角严重不足，其原因有三点：一是气门间隙过大；二是凸轮磨损；三是凸轮制造误差。

1.1 配气相位和“时间——断面”对换气性能的影响

发动机排气和进气过程的整个阶段称换气过程,换气过程的完善程度是决定发动机性能的一个重要因素。显然，气门开启面积愈大，开启时间愈长，其换气能力愈强，常用所谓气门开启的“时间——断面”作为配气机构换气能力的基本参数。从气门与坐孔结构分析出，具有密封锥面（锥角为γ）的气门通道断面f是截锥体的侧表面积，即

由上式可知，在气门尺寸一定时，气门通道断面积f与气门升程h有直接关系，因气门的运动是凸轮控制的，其升程是不断变化的，所以f也是随时间t、曲轴转角φ不断变化的。气门开启的“时间——断面”可用积分式表达：

气门开启“时间——断面”愈大，则换气愈好。为了获得较大的“时间——断面”和好的换气效果，选择合适的气门开启时间是很重要的。

下面分析柴油机的燃烧过程。柴油机采用缸内喷射混合气形成方式，在压缩接近终了才把柴油喷入气缸，直接在气缸内部形成混合气，并经过冷焰、蓝焰和热焰等阶段物理化学变化反应自行发火燃烧。由于混合气形成时间极短，只不过占15～35°CA，当1500rpm工作时只有1.7～4.0ms。因而造成混合气在燃烧室各处是很不均匀的，且喷入需延续时间，故缸内混合气成分也随时间变化。混合气浓处燃料因缺氧冒黑烟，但此时α=1.2～1.3左右，这说明混合气成分的不均匀性导致部分混合气在燃烧时是氧不足。增大空气输入对发动机动力性和经济性至关重要。研究发现，柴油机技术状态恶化的主要原因之一是配气相位的变化所致。

1.2 气门间隙对换气性能的影响

气门间隙增大使气门开启延迟、关闭提前，反之相反。对某地区s195机二百余台检测结果显示进气门间隙（标准值为0.35mm）符合标准的仅占13.06%，间隙过大的机占54.8%，排气门间隙（标准值为0.45mm）符合标准的仅占20.72%，间隙过大的机占60.36%。

下面分析气门间隙与配气相位的关系。最佳配气相位，由凸轮的形状、位置及配气机构的正确装配关系给予保证。使用中零件磨损变形、装配关系和气门间隙的变化均会使配气相位和“时间——断面”发生改变，造成柴油机技术状态的恶化，需调整。但如按出厂说明书方法调整，就是把气门间隙调整到标准值对柴油机技术状态改善效果不明显。这是因凸轮连杆等配气机构零件磨损后，仍以气门间隙为基准进行调整，则不能保证配齐正适合合适的“时间——断面”。笔者认为，可采用以进气延迟角和排气提前角为基准，通过改变气门间隙，使配气相位“收缩”（即减小各配气相位角）或“膨胀”（即增大配气相位角）的方法来调整。

从凸轮几何形状可分析出，气门间隙增大，致使气门开启时间延迟，关闭时间提前，凸轮有效升程减小，使之气门开启“时间——断面”减小，气流阻力增大，换气质量变差。反之，相反，使之换气较充分。气门间隙小有利于换气，但要保证受热膨胀余量。

1.3 凸轮磨损对换气性能的影响

凸轮磨损后，若仍把气门间隙调整到规定值，就难达到所需的配气相位。凸轮外廓几何分析中可得出，凸轮发生磨损，可考虑适当减小气门间隙，以得到较好换气效果。

1.4 凸轮外形制造误差对换气性能的影响

凸轮外廓加工比较困难，易出现凸轮外廓“肥瘦”不一。在相同的条件下，采用“肥”的凸轮，则气门开启延续角增大；反之，相反。对两个制造厂的10台新柴油机检测发现，凸轮多数偏“瘦”。

2 配气相位的优化调整

不论是气门间隙过大或凸轮磨损、还是凸轮外形制造误差，均通过优化调整使配气相位得到一定的程度的弥补，也就是通过改变气门间隙来满足配气相位的相应要求。如气门开启延续角过小，可适当减小气门间隙，尽量使配气相位接近设计。要求为了调整方便，不必测量凸轮磨损程度，直接调整气门间隙即可。调整可选三种方案。

2.1 以进、排气门开启角为标准的调整方案

以s195为例，调整时将飞轮转至排气门上止点前17°CA，将进气门间隙调至“零”，至于进气门关闭角则不作为考虑因素，一般会在下止点后43°CA附近关闭；同理将飞轮转至做功行程下止点前43°CA将排气门间隙调至“零”，保证排气门在下止点前43°CA准时开启，气门关闭角一般在上止点后17°CA附近。用此方法调整比较方便，气门开启延续角基本能保证，气门开启升程大致符合要求。

2.2 进气门以迟关角，排气门以提前角为标准进行调整的方案

按此方法调整对凸轮外形磨损不大的柴油机具有较好效果。

2.3 以进、排气门开启角为标准、适当兼顾关闭角的方案

凸轮外形磨损较大的柴油机较适合此方法。因凸轮外形磨损较严重时，不能保证气门开启延续角，若以开启角为标准，则关闭角相差太大；若以关闭角为标准，则开启角相差太大。因此不得不采用两者兼顾的方法。

为了验证配气相位优化调整的效果，笔者对一台柴油机进行了配气相位调整试验，结果如下表：

表1 配气相位调整试验

从表中分析出，在用的柴油机，当气门间隙调整到使用说明书所规定的标准值时，配气相位虽有改善，但与最佳配气相位相差还是较大，换气不很充分，功率油耗不理想。当调到标准值以下时，且分别按进气延迟角和排气提前角为基准调整，配气相位接近最佳，能较好地恢复到原来的换气质量，能保证发动机动力性能和经济性能充分发挥出来。上表调整结果中可看出，优化调整的配气相位比标准值时，功率提高5.38%，油耗下降6.87%，效果显著。

3 结语

对农村在用磨损程度不同的柴油机，通过优化调整，可提高技术状态，比使用说明书调整方法，功率可提高功率5%以上，油耗降低4%以上，是行之有效的技术。

［1］奚文斌，何勇.S195柴油机优化调整节能与检测[M].北京：中国农业科技出版社.

［2］孙吉树.单缸柴油机部分技术参数的经验调整法[J].延边大学农学学报，2004（3）.

［3］戴巍有.不可忽视 S195 柴油机的三大调整[J].安徽农机，2008（1）.