柴油機(jī)噴射參數(shù)對(duì)起動(dòng)時(shí)間影響的研究

劉建江　吉　平（內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院　內(nèi)蒙古　呼和浩特　010051）

柴油機(jī)噴射參數(shù)對(duì)起動(dòng)時(shí)間影響的研究

劉建江吉平
（內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院內(nèi)蒙古呼和浩特010051）

柴油機(jī)起動(dòng)階段，因溫度較低，起動(dòng)時(shí)間會(huì)有所延滯。針對(duì)高壓共軌柴油機(jī)起動(dòng)時(shí)間與噴射參數(shù)的關(guān)系展開了試驗(yàn)研究。在柴油機(jī)起動(dòng)過程中，分別通過改變共軌油壓、噴射提前角、起動(dòng)噴油量、預(yù)噴油量、預(yù)噴射時(shí)間這5個(gè)噴射參數(shù)值測(cè)試分析了起動(dòng)時(shí)間變化的規(guī)律。可知：這5個(gè)噴射參數(shù)均存在一個(gè)最佳值使起動(dòng)時(shí)間最短，過大或過小均對(duì)起動(dòng)時(shí)間的減小不利。

電控柴油機(jī)高壓共軌起動(dòng)時(shí)間試驗(yàn)研究

引言

起動(dòng)時(shí)間是指柴油機(jī)憑借外力帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，直至發(fā)動(dòng)機(jī)自行開始運(yùn)轉(zhuǎn)所需的時(shí)間，是柴油機(jī)能否正常工作的先決條件。柴油機(jī)起動(dòng)過程可分為四個(gè)階段，即預(yù)動(dòng)作階段、起動(dòng)階段、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段及暖機(jī)階段。起動(dòng)時(shí)間為預(yù)動(dòng)作時(shí)間、起動(dòng)時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間三者之和，它是評(píng)價(jià)柴油機(jī)起動(dòng)性能的重要指標(biāo)[1～4]。

1　起動(dòng)試驗(yàn)方案

發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架布置如圖1所示，采用的是第二代Bosch高壓共軌電控燃油噴射系統(tǒng)。

高壓共軌系統(tǒng)噴射參數(shù)包括共軌油壓、主噴提前角、起動(dòng)噴油量、預(yù)噴油量和噴射時(shí)間[5]。因參數(shù)較多，試驗(yàn)采用固定其中一個(gè)參數(shù)，改變其它參數(shù)的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并分析研究。試驗(yàn)方法如表1所示。

2　噴射參數(shù)對(duì)起動(dòng)性能的影響

2.1共軌油壓對(duì)柴油機(jī)起動(dòng)性能的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。隨著共軌油壓的增加，起動(dòng)時(shí)間先是慢慢縮短，在共軌油壓為30MPa時(shí)，起動(dòng)時(shí)間最短，共軌油壓繼續(xù)增大時(shí)，起動(dòng)時(shí)間又在延長(zhǎng)。由以上分析可知，共軌油壓變化過程中，存在一個(gè)最佳值，使得柴油機(jī)的起動(dòng)時(shí)間最短。

圖1　試驗(yàn)臺(tái)架布置示意圖

在試驗(yàn)溫度為11℃，大氣壓為100 kPa的條件下，共軌油壓的最佳值為30MPa。

表1　實(shí)驗(yàn)參數(shù)和狀態(tài)的選取

2.2主噴提前角對(duì)柴油機(jī)起動(dòng)性能影響

試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。隨主噴提前角增大，起動(dòng)時(shí)間先是緩慢降低，當(dāng)主噴提前角為10°CA，起動(dòng)時(shí)間達(dá)到最短，而后主噴提前角增大時(shí)，起動(dòng)時(shí)間迅速增大。

主噴提前角偏大時(shí)，噴入燃燒室內(nèi)的燃油量會(huì)相應(yīng)增多，從而使燃燒室內(nèi)溫度大大降低；缸內(nèi)空氣與燃油混合時(shí)間變長(zhǎng)，混合氣變濃；與此同時(shí)，也會(huì)增加缸內(nèi)混合氣濃度不均現(xiàn)象，空燃比減小，造成可燃混合氣著火不利，從而使得柴油機(jī)起動(dòng)時(shí)間增加。

主噴提前角偏小時(shí)，活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)間與開始噴油時(shí)間間隔相差很小。導(dǎo)致有更多的燃油與活main/°CA塞頂部相接觸，使其蒸發(fā)困難，起動(dòng)過程中，缸內(nèi)壁面溫度低，導(dǎo)致可燃混合氣壓縮終點(diǎn)溫度、壓力、密度都較低，也會(huì)使起動(dòng)時(shí)間增長(zhǎng)。

圖3　起動(dòng)時(shí)間-主噴提前角曲線（11°CA 100 kPa）

主噴提前角變化，有一個(gè)最優(yōu)值使得柴油機(jī)起動(dòng)時(shí)間最佳，在本實(shí)驗(yàn)的條件下主噴提前角的最優(yōu)值為10°CA。

2.3起動(dòng)噴油量對(duì)高壓共軌柴油機(jī)起動(dòng)時(shí)間的影響

試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。隨起動(dòng)噴油量增加起動(dòng)時(shí)間先是緩慢降低，起動(dòng)噴油量為20mg/cyc時(shí)，起動(dòng)時(shí)間達(dá)到最小值，起動(dòng)噴油量繼續(xù)增加，起動(dòng)時(shí)間開始緩慢上升。

圖4　起動(dòng)時(shí)間-起動(dòng)噴油量曲線（11°CA 100 kPa）

起動(dòng)過程中噴入燃燒室內(nèi)油量偏多，勢(shì)必會(huì)使缸內(nèi)燃空比增大，燃油蒸發(fā)量亦將增大，從而吸收熱量增多，導(dǎo)致燃燒室內(nèi)溫度降低，為保證正常著車，起動(dòng)時(shí)間自然需要增加。

起動(dòng)噴油量偏小，形成的可燃混合氣就少，同時(shí)燃燒產(chǎn)生的能量也降低，故柴油機(jī)起動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，所以起動(dòng)噴油量偏大或偏小都會(huì)使起動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)。

在試驗(yàn)溫度為11℃、大氣壓為100 kPa的條件下，最佳的起動(dòng)噴油量值為20mg/cyc。

2.4預(yù)噴量對(duì)高壓共軌柴油機(jī)起動(dòng)性能的影響

試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。預(yù)噴射量變化過程中，存在一個(gè)最佳值，使柴油機(jī)的起動(dòng)時(shí)間達(dá)到最佳效果，當(dāng)大于或者小于此最佳預(yù)噴量值時(shí)，評(píng)價(jià)啟動(dòng)性能的這兩個(gè)指標(biāo)均會(huì)增加，從而使得柴油機(jī)的起動(dòng)性能降低。

圖5　起動(dòng)時(shí)間-預(yù)噴油量曲線（11°CA 100 kPa）

其主要原因是進(jìn)行預(yù)噴射目的是利用冷焰效應(yīng)來提高缸內(nèi)溫度，便于可燃混合氣形成，這對(duì)縮短起動(dòng)時(shí)間有利。

當(dāng)預(yù)噴射量偏小時(shí)，此時(shí)缸內(nèi)冷焰效應(yīng)也隨之減小，對(duì)提高燃燒室內(nèi)溫度作用就會(huì)變?nèi)酰焕诳扇蓟旌蠚庑纬桑瑸楸ＷC正常工作，必將延長(zhǎng)起動(dòng)時(shí)間。

預(yù)噴射量偏大，主噴射開始之前與預(yù)噴射結(jié)束之后的時(shí)間間隔變短，從而使冷焰期變短；這對(duì)提高燃燒室內(nèi)的可燃混合氣溫度和濃度的作用均降低。因此只有增加起動(dòng)時(shí)間，才能使混合氣溫度及濃度達(dá)到預(yù)期。

因此，預(yù)噴量變化過程中存在一最佳值，使起動(dòng)時(shí)間最短，當(dāng)大于或小于此值時(shí)，起動(dòng)時(shí)間均會(huì)增加。

在試驗(yàn)溫度為11℃、大氣壓為100 kPa的條件下，預(yù)噴量最佳值為2mg/cyc。

2.5預(yù)噴時(shí)間對(duì)高壓共軌柴油機(jī)起動(dòng)性能的影響

試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。預(yù)噴時(shí)間增大的過程中，起動(dòng)時(shí)間先是慢慢減小，當(dāng)預(yù)噴時(shí)間達(dá)到2100μs時(shí)，柴油機(jī)的起動(dòng)時(shí)間達(dá)到了最小值，2100μs后，隨預(yù)噴時(shí)間的增加，起動(dòng)時(shí)間持續(xù)上升。

圖6　起動(dòng)時(shí)間-預(yù)噴時(shí)間曲線（11°CA 100 kPa）

預(yù)噴時(shí)間過短，冷焰效應(yīng)時(shí)間亦變短，燃燒室內(nèi)形成的混合氣濃度、溫度偏低，故只有較長(zhǎng)的起動(dòng)時(shí)間才能使燃燒室內(nèi)混合氣達(dá)到著火所需濃度、溫度。

預(yù)噴時(shí)間過長(zhǎng)，起動(dòng)過程中燃燒室內(nèi)溫度較低，混合氣流運(yùn)動(dòng)較弱，這對(duì)燃燒室內(nèi)混合氣形成不利，致使預(yù)噴過程中冷焰效應(yīng)降低，起動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)。

所以，在起動(dòng)過程中，為使起動(dòng)時(shí)間達(dá)到最小值，需設(shè)定一最佳預(yù)噴時(shí)間。

在試驗(yàn)溫度為11℃、大氣壓為100 kPa的條件下，預(yù)噴時(shí)間最佳值為2100μs。

3　結(jié)論

柴油機(jī)起動(dòng)過程中，對(duì)于噴射參數(shù)：共軌油壓、噴射提前角、起動(dòng)噴油量、預(yù)噴時(shí)間、預(yù)噴油量均存在一個(gè)最佳值使得此時(shí)的起動(dòng)時(shí)間最短，過大或過小均對(duì)起動(dòng)時(shí)間的減小不利。

1王洪榮，張幽彤，熊慶輝，等.共軌柴油機(jī)起動(dòng)控制研究[J].汽車工程，2007（8）：645～648

2張京永，楊福源，歐陽(yáng)明高.高壓共軌柴油機(jī)起動(dòng)過程特點(diǎn)與優(yōu)化方法的研究[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)，2003（3）：201～206

3肖文雍，冒曉建，王好戰(zhàn)，等.GD-1高壓共軌式電控柴油機(jī)的起動(dòng)控制策略研究[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)，2003（2）：97～100

4孔峰，張育華，宋希庚，等.基于Power PC的電控共軌柴油機(jī)起動(dòng)工況的研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2006（4）：35～37，20

5劉建江，姜鑫，王亞輝，等.高壓共軌柴油機(jī)起動(dòng)階段對(duì)HC排放影響的試驗(yàn)研究[J].小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車，2013 （2）：15～17

Test Studieson Effectof Diesel Spray Parameterson Starting Time

Liu Jianjiang，JiPing
CollegeofEnergy and Power Engineering，University of InnerMongolia University of Technology （Hohhot，InnerMongolia，010051，China）

Diesel starting time prolongs because of the low temperature when diesel starts.Relationship between spray parametersand starting time is studied in thispaper.Through respective changing five spray valve，common railpressure，injection timing，fuel injection start，pre-fuel injection，pre-injection time，regular of starting time is analyzed at diesel start.The experimental result shows that there are the best valuesof these five parameters thatmake starting times in the lowest value，eitherbigger or lower prolongs starting time．

Electronic controldiesel，High pressure common rail，Starting time，Experimentalstudy

TK421+.42

A

2095-8234（2015）01-0006-03

劉建江（1964-），男，副教授，主要研究方向?yàn)榕c發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的教學(xué)及科研工作。

（2014-11-20）