噴嘴環對柴油機性能的影響

王君萍，李 梅，李澤勝，牛其緒

（中國石油集團 濟南柴油機股份有限公司，山東濟南250306）

當今社會，柴油機行業迅猛發展，尤其是中高速大功率柴油機的市場需求量日益增長。一種新研制的柴油機，要推向市場，它的動力性、經濟性、可靠性及安全性得到用戶的認可，從最初的性能試驗開發階段就要進行嚴格細致的試驗，使柴油機的各項性能指標達到最優。為進一步滿足大功率柴油機發電電站、海洋鉆井平臺、機車、艦船主機動力產品市場，滿足用戶要求，擴大、完善190系列柴油機功率范圍，濟南柴油機股份有限公司新研制出一種中高速大功率柴油機－H16V190柴油機，它吸取了與AVL合作開發的H12V190柴油機的設計理念，采用德國BOSCH公司單體泵，瑞士ABB公司徑流式增壓器，額定功率時單缸功率高達150kW。表1列出設計任務書中H16V190柴油機各項結構參數及性能指標［1］。

表1 H16V190柴油機各項結構參數及性能指標

1 試驗方案簡述

在試驗過程中僅圍繞增壓器與柴油機的合理匹配這一重點，通過對增壓器匹配兩種不同流通面積的噴嘴環：TA75噴嘴環（流通面積為75.38cm2）；TA70噴嘴環（流通面積為70.53cm2），保證柴油機具有良好的經濟性、動力性。圖1為現場測量框圖。

在進行上述兩種不同試驗方案時，測量其常規參數如油耗率、渦輪前排氣溫度、中冷前進氣壓力等，利用620燃燒分析儀對其進排氣壓力、爆發壓力、進排氣閥升程等進行測量。

圖1 現場測量框圖

2 試驗結果分析

改變渦輪噴嘴環出口的流通面積可改變柴油機空氣體積流量特性曲線的位置。試驗中噴嘴環從TA75減小到TA70，整個柴油機的排氣阻力增加，因此在壓氣機的特性場內，柴油機的耗氣特性向小流量率方向移動，這時同樣的平均有效壓力只能以更高的增壓壓力才能達到［2］。表2為兩種方案常規參數的對比，從試驗數據中可知：使用TA70噴嘴環比使用TA75噴嘴環，柴油機的中冷前平均進氣壓力在各個工況時均有所增加，額定工況時提高7.9kPa。

圖2、圖3為柴油機匹配兩種不同流通面積噴嘴環時的壓力曲線圖。從圖2中可以看出，在進排氣門疊開的時候，排氣向氣缸內倒灌，此時進氣壓力與排氣壓力壓差小，不利于掃氣，氣缸內廢氣無法迅速排出，表2中噴嘴環TA75比噴嘴環TA70渦輪前平均排氣溫度也證明了這一點。從圖3中的曲線可以看出，柴油機工作狀態非常好，在進排氣門疊開的時候，通過新鮮空氣的大量充入，掃氣效果非常明顯。同樣，在進氣充足的情況下，氣缸內柴油與空氣混合均勻，燃燒充分，從而使油耗率降低，經濟性好轉。

表2 兩種增壓器噴嘴環常規參數的對比

圖2 壓力曲線圖（TA75）

圖3 壓力曲線圖（TA70）

3 結束語

在試驗過程中，通過改變不同流通面積噴嘴環，利用先進的測試儀器對柴油機工作過程進行測量分析，得出合理的增壓器匹配方案，使柴油機的燃燒、排氣狀況趨向良好。

［1］濟南柴油機股份有限公司.16V柴油機設計任務書［Z］.

［2］陸家祥.柴油機渦輪增壓技術［M］.北京：機械工業出版社，2004.