環(huán)境變化對增壓發(fā)動機(jī)油耗影響的試驗(yàn)研究

朱云峰 潘建考 楊 陳 尹建東 沈 源 王瑞平，2

（1-寧波吉利羅佑發(fā)動機(jī)零部件有限公司 浙江 寧波 315336 2-浙江吉利羅佑發(fā)動機(jī)有限公司）

引言

發(fā)動機(jī)經(jīng)過熱力學(xué)開發(fā)以及標(biāo)定過程，優(yōu)化發(fā)動機(jī)油耗，使發(fā)動機(jī)油耗達(dá)到最佳水平。但是在后續(xù)試驗(yàn)中，發(fā)動機(jī)實(shí)際油耗會與標(biāo)定后的油耗有一定差異。主要受到外界環(huán)境、發(fā)動機(jī)一致性差異、臺架差異及測量設(shè)備差異等影響[1]。給發(fā)動機(jī)油耗測試以及油耗目標(biāo)制定帶來一定難度。

試驗(yàn)所選一款小型缸內(nèi)直噴增壓發(fā)動機(jī)，使用同一臺發(fā)動機(jī)，在不同月份、相同臺架上進(jìn)行發(fā)動機(jī)萬有特性測試，除環(huán)境溫度變化外，其它邊界條件均不變。通過不同月份油耗的變化，找出環(huán)境溫度和濕度等對油耗的影響，探究環(huán)境對發(fā)動機(jī)油耗影響的機(jī)理。

1 試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)條件

試驗(yàn)裝置主要包括所選缸內(nèi)直噴增壓發(fā)動機(jī)、發(fā)動機(jī)的所有附件以及臺架傳感器等，AVL電力測功機(jī)，AVL燃燒分析儀，奇士樂缸壓傳感器及AVL油耗儀等。

所選發(fā)動機(jī)的主要參數(shù)如表1所示。

表1 發(fā)動機(jī)主要參數(shù)

2 不同環(huán)境下的油耗變化

圖1為2月份油耗率與目標(biāo)值差值，圖2為9月份油耗率與目標(biāo)值差值，圖3為9月份與2月份油耗差值。

從圖1和圖2可以看出，發(fā)動機(jī)特征點(diǎn)油耗均滿足油耗目標(biāo)。但是相同工況點(diǎn)，發(fā)動機(jī)在不同環(huán)境下，各個工況點(diǎn)的油耗表現(xiàn)不同。由圖3可以看出，對于相同工況點(diǎn)，在低速、小負(fù)荷區(qū)域，9月份油耗率較低，在高速、大負(fù)荷區(qū)域2月份的油耗率較低。

圖1 2月份油耗率與目標(biāo)值差值

圖3 9月份與2月份油耗差值

圖4 為不同工況點(diǎn)測試環(huán)境壓力，圖5為不同工況點(diǎn)環(huán)境濕度，圖6為不同季節(jié)發(fā)動機(jī)各轉(zhuǎn)速倒拖轉(zhuǎn)矩。

由圖4～圖6可知：在不同環(huán)境，2月份氣溫較低，濕度較小，氣壓高，9月份氣溫高，環(huán)境濕度高，氣壓較低。在同一臺架，使用同一發(fā)動機(jī)，在不同外界環(huán)境下，環(huán)境濕度越大，進(jìn)入發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)的空氣密度小，參與燃燒的氧濃度低，大氣壓力越低[2]，在相同工況點(diǎn)，為了達(dá)到相同的進(jìn)氣量，需要增加進(jìn)氣壓力。

圖4 不同工況點(diǎn)測試環(huán)境壓力曲線

圖2 9月份油耗率與目標(biāo)值差值

圖5 不同工況點(diǎn)環(huán)境濕度曲線

圖6 不同季節(jié)發(fā)動機(jī)各轉(zhuǎn)速倒拖轉(zhuǎn)矩曲線

在9月氣溫較高，濕度較大，相同工況點(diǎn)，雖然中冷器出口溫度相同，但到歧管時溫度還是會升高[3]。在非增壓區(qū)要獲得相同的轉(zhuǎn)矩，需要提高歧管壓力，節(jié)氣門開大，減小了進(jìn)氣節(jié)流損失。

在發(fā)動機(jī)增壓區(qū)，由于大氣壓低，空氣密度低，增壓器壓氣機(jī)入口溫度不變，壓氣機(jī)出口溫度升高，相同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷，壓氣機(jī)做功增加，加之在夏季發(fā)動機(jī)倒拖摩擦功比較大，油耗增加。

3 油耗率影響分析

3.1 低速、小負(fù)荷油耗變化分析

圖7為1 500 r/min、4 MPa不同月份泵氣損失曲線。

圖7 1 500 r/min、4 MPa不同月份泵氣損失曲線

如圖7所示，在1 500 r/min、4 MPa相同工況點(diǎn)，不同月份的泵氣損失不同，在9月份，環(huán)境溫度較高，空氣濕度較大，空氣密度小，要達(dá)到同樣的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷，節(jié)氣門開度大，節(jié)流損失小[4]，發(fā)動機(jī)在此工況點(diǎn)泵氣損失減小。所以低速、小負(fù)荷在夏季泵氣損失小，油耗低。

3.2 高速、大負(fù)荷油耗變化分析

圖8為不同工況點(diǎn)的中冷前溫度曲線。

式中：Tc1為壓氣機(jī)入口溫度；πc為壓縮比；Tc2為壓氣機(jī)出口溫度；κ為空氣的比熱比；Tc2ad為壓氣機(jī)出口絕熱壓縮溫度。

保持相同的進(jìn)氣（進(jìn)入空氣濾清器）溫度，如圖8所示，在不同工況點(diǎn)，增壓器壓氣機(jī)出口溫度即中冷溫度前不同。在9月份，大氣壓低，空氣密度低，增壓器壓氣機(jī)入口溫度不變，壓氣機(jī)出口溫度（即中冷前溫度）升高，相同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷，壓氣機(jī)做功增加。導(dǎo)致在高速、大負(fù)荷，發(fā)動機(jī)油耗增加。

圖8 不同工況點(diǎn)的中冷前溫度

4 結(jié)論

1）在不同溫度、濕度的外界環(huán)境下，相同工況點(diǎn)的油耗率不同。

2）在溫度高，濕度大的環(huán)境下，低速、小負(fù)荷時，泵氣損失較小，油耗率偏低。

3）在溫度低，濕度小的環(huán)境下，高速、大負(fù)荷時，增壓器效率高，摩擦功小，油耗率偏低。