供油均勻性對(duì)柴油機(jī)性能影響試驗(yàn)研究

李亞芬 張明亮 劉艷利

（中國(guó)北方發(fā)動(dòng)機(jī)研究所天津300400）

供油均勻性對(duì)柴油機(jī)性能影響試驗(yàn)研究

李亞芬 張明亮 劉艷利

（中國(guó)北方發(fā)動(dòng)機(jī)研究所天津300400）

通過(guò)某柴油機(jī)供油均勻性及各缸工作均勻性對(duì)性能的影響分析，重點(diǎn)解決了柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性差及排氣溫度高的問(wèn)題，提出嚴(yán)格控制供油均勻性和各缸均勻性在線標(biāo)定的必要性。其結(jié)論對(duì)提高柴油機(jī)性能和保證產(chǎn)品一致性有著重要意義。

柴油機(jī)各缸均勻性性能

引言

隨著對(duì)車輛降低排放和節(jié)約能源的要求越來(lái)越高，柴油機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和優(yōu)化控制成為技術(shù)發(fā)展的必然，而多缸柴油機(jī)各缸燃燒的不均勻性成為柴油機(jī)燃燒性能優(yōu)化的障礙之一。V型柴油機(jī)工作過(guò)程不均勻的原因有進(jìn)氣不均勻，供油提前角不均勻，供油規(guī)律不均勻，各缸幾何因素的差異等。這樣在柴油機(jī)使用過(guò)程中，由于各種因素的影響，可能會(huì)導(dǎo)致各缸工作狀態(tài)差別較大，除了導(dǎo)致車輛的振動(dòng)和噪聲指標(biāo)惡化外，還會(huì)顯著影響柴油機(jī)的排放和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)[1，2]。因此，多缸柴油機(jī)進(jìn)氣及供油系統(tǒng)的均勻性對(duì)柴油機(jī)特別是大功率V型柴油機(jī)的燃燒匹配很重要。

本文針對(duì)某12缸V型柴油機(jī)存在的兩排排溫差異大問(wèn)題，從各缸工作均勻性分析入手，重點(diǎn)考察單體泵供油系統(tǒng)均勻性對(duì)柴油機(jī)性能的影響。提出了滿足動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的單體泵供油系統(tǒng)一致性具體要求，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了標(biāo)定。

1 柴油機(jī)技術(shù)狀態(tài)

某柴油機(jī)為12缸V型夾角增壓中冷柴油機(jī)，供油系統(tǒng)為電控單體泵，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)目標(biāo)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。柴油機(jī)臺(tái)架性能試驗(yàn)達(dá)到的主要性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

表1 柴油機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

表2 柴油機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)

由表2數(shù)據(jù)可以看出，柴油機(jī)目前達(dá)到指標(biāo)與目標(biāo)技術(shù)指標(biāo)存在一定差距，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）最低燃油消耗率為212 g/（kW·h），不滿足208 g/（kW·h）要求；

2）最大扭矩為5097 N·m，不滿足扭矩系數(shù)1.2的要求；

3）柴油機(jī)最高排溫為741℃，且兩排排溫差異大，不滿足720℃的要求。

針對(duì)存在的問(wèn)題，在排除進(jìn)氣系統(tǒng)及噴油器故障導(dǎo)致性能不滿足要求的可能性后，重點(diǎn)分析柴油機(jī)左右排工作過(guò)程差異，即各缸工作均勻性較差，導(dǎo)致柴油機(jī)整機(jī)性能不夠理想。

2 斷缸試驗(yàn)

由于各缸均勻性對(duì)柴油機(jī)低速影響相對(duì)明顯，故斷缸試驗(yàn)選擇工況為1400 r/min、3000 N·m負(fù)荷進(jìn)行試驗(yàn)，依次對(duì)12個(gè)氣缸進(jìn)行斷油控制，記錄柴油機(jī)燃油消耗量和功率，分別計(jì)算各缸供油均勻性及各缸工作均勻性。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3，試驗(yàn)曲線見(jiàn)圖1～圖4。

表3 斷缸試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖1 各缸供油量對(duì)比

圖2 各缸供油均勻性對(duì)比

圖3 各缸功率對(duì)比

圖4 各缸功率均勻性對(duì)比

由試驗(yàn)結(jié)果可知，該柴油機(jī)各缸供油和功率明顯不夠均勻，其中右2、右3缸供油超出平均值8%以上，而右4、左5缸供油低于平均值10%以上；右3缸功率不均勻度超過(guò)平均值5%以上，而右4、左5缸功率不均勻度低于平均值5%以上。

針對(duì)以上問(wèn)題，對(duì)柴油機(jī)各缸供油均勻性進(jìn)行在線油量調(diào)整標(biāo)定，適度減少右2、右3和左1缸循環(huán)供油量，適度增加右4、左5缸循環(huán)供油量。調(diào)整完畢，按表3相同試驗(yàn)工況及方法重新進(jìn)行斷缸試驗(yàn)，并分別計(jì)算各缸供油均勻性及各缸工作均勻性。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4，試驗(yàn)曲線見(jiàn)圖5～圖8。

表4 重新標(biāo)定后斷缸試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖5 重新標(biāo)定后各缸供油量對(duì)比

圖6 重新標(biāo)定后各缸供油均勻性對(duì)比

圖7 重新標(biāo)定后各缸功率對(duì)比

圖8 重新標(biāo)定后各缸功率均勻性對(duì)比

可以看出，通過(guò)在線油量重新標(biāo)定，柴油機(jī)供油均勻性和做功均勻性均有較大幅度的改善，原來(lái)供油量差別較大的右2、3、4及左5缸基本上達(dá)到各缸供油量的平均值；右3、右4及左5缸的功率也達(dá)到各缸功率的平均值。油量不均度及功率不均勻度基本都控制在5%以內(nèi)。

3 整機(jī)性能及分析

油量重新標(biāo)定后柴油機(jī)整機(jī)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 柴油機(jī)技術(shù)指標(biāo)

由表5數(shù)據(jù)可以看出，柴油機(jī)重新標(biāo)定后性能指標(biāo)滿足目標(biāo)要求，整機(jī)性能改善主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1）最低燃油消耗率為208 g/（kW·h），滿足性能指標(biāo)要求；

2）最大扭矩為5356 N·m，扭矩系數(shù)為1.24，滿足扭矩系數(shù)1.2的要求；

3）柴油機(jī)最高排溫為711℃，滿足720℃的要求。

可以看出，各缸循環(huán)供油量均勻后，整機(jī)最低燃油消耗率由212 g/（kW·h）降低到208 g/（kW·h），這是因?yàn)橛捎谄骄D(zhuǎn)速保持不變，故摩擦轉(zhuǎn)矩不變，控制過(guò)程中噴射定時(shí)保持不變，故定時(shí)的影響基本一致。在輸出平均有效轉(zhuǎn)矩不變的前提下，工作缸數(shù)越多，各缸越均勻，噴油的持續(xù)期可以越短，于是燃燒的持續(xù)期也越短，柴油機(jī)各缸的指示熱效率越高。在最不均勻的情況下，由于工作缸數(shù)減少，而噴油定時(shí)不變，要輸出相同的有效轉(zhuǎn)矩，必須增大噴油持續(xù)期，于是燃燒的持續(xù)期也相對(duì)加長(zhǎng)，柴油機(jī)中工作氣缸的指示熱效率較低，柴油機(jī)總的熱效率也就低。因此，各缸工作越不均勻，輸出相同的平均有效轉(zhuǎn)矩的燃油消耗率越高[3]。

另外，各缸循供油量均勻后，最大扭矩點(diǎn)的功率提升了10 kW，左右排排溫相對(duì)均勻，且較油量調(diào)整前，最高排溫降低了20℃。因?yàn)閷?duì)于柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，在總熱量一定前提下，燃燒過(guò)程組織得越好，柴油機(jī)指示效率越高，有效功越高，排氣溫度相對(duì)就越低。各缸均勻性較差情況下，柴油機(jī)左右排工作過(guò)程就有差異，因柴油機(jī)總的輸出功率一定，那么相對(duì)來(lái)說(shuō)輸出功偏大的氣缸，會(huì)產(chǎn)生較高的排氣溫度，這樣就造成兩排排溫差較大。

4 結(jié)論

1）各缸工作不均勻性對(duì)柴油機(jī)特別是低速大負(fù)荷工況性能有著重要影響。

2）試驗(yàn)表明，嚴(yán)格控制供油一致性對(duì)保證整機(jī)工作均勻性起著重要作用。

3）為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)的性能不會(huì)由于各缸不均勻程度的惡化而下降，有必要實(shí)時(shí)檢測(cè)并控制柴油機(jī)的不均勻程度。

1竇慧莉，劉忠長(zhǎng)，李駿，等.噴油泵各缸噴油量不均勻度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒及排放的影響[J].燃燒科學(xué)與技術(shù)，2005（2）：73～77

2張翠云，楊加成，李丹.單體噴油泵在190柴油機(jī)上的應(yīng)用研究[J].內(nèi)燃機(jī)與動(dòng)力裝置，2008（6）：13～14

3徐立漢.柴油機(jī)噴油泵供油量不均勻的原因與再調(diào)整[J].工程機(jī)械與維修，1997（2）：39

Effects of the Fuel Delivery Uniformity on the Performance of Diesel Engine

Li Yafen，Zhang Mingliang，Liu Yanli
China North Engine Research Institute（Tianjin，300400，Cchina）

The paper analyses the influence of the fuel delivery fuel and cylinder-cylinder uniformity on the performance of a diesel engine，and solves the problems of the badly fuel economy and the higher exhaust temperature.It is necessary to control severely the fuel delivery fuel and cylinder-cylinder uniformity of a online calibration.The conclusion has very significant meaning for improving the performance of the diesel engine and ensuring the consistency of the products

Diesel engine，Cylinder-cylinder uniformity，Performance

TK421+.4

A

2095-8234（2014）05-0005-04

2014-07-16）

李亞芬（1982-），女，助理研究員，研究方向?yàn)椴裼蜋C(jī)總體技術(shù)研究。