某8缸柴油機(jī)排溫性能改善研究

0 引言

某大型8缸船用柴油機(jī)，為了減少增壓器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高響應(yīng)性，解決運(yùn)行加速遲緩、低速效率低等問(wèn)題，采用兩個(gè)增壓器并聯(lián)增壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。考慮排氣管布置難度，雙增壓設(shè)計(jì)采用4缸一段排氣管，分別連接兩個(gè)增壓器的布置，試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)第7缸排溫較高，單缸排溫偏差超過(guò)設(shè)計(jì)要求，單缸排溫偏差較高預(yù)示著各缸工作不均衡，勢(shì)必會(huì)造成降低整機(jī)性能指標(biāo)、影響可靠性，所以必須將單缸排溫偏差控制在一定范圍之內(nèi)，本文主要就該問(wèn)題進(jìn)行原因分析和方案驗(yàn)證。

1 試驗(yàn)用柴油機(jī)介紹

1.1 柴油機(jī)技術(shù)規(guī)格

試驗(yàn)用8缸雙增壓船用柴油機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

1.2 進(jìn)排氣系統(tǒng)布置

進(jìn)排氣系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖1，不同于傳統(tǒng)的穩(wěn)壓排氣管布置形式見(jiàn)圖2，也不同于原始復(fù)雜的脈沖排氣管布置形式見(jiàn)圖3，但該柴油機(jī)所用的雙增壓雙排氣管布置形式兼顧了穩(wěn)壓排氣管的簡(jiǎn)單及脈沖排氣管瞬態(tài)響應(yīng)、低速低負(fù)荷效率高的特點(diǎn)。

綜上所述，對(duì)電視節(jié)目主持人的定位要求是電視事業(yè)發(fā)展到一定高度的時(shí)候出現(xiàn)的必然產(chǎn)物，想要將電視節(jié)目的質(zhì)量與效果提升到新的層面，就必須做好主持人的定位設(shè)計(jì)，只有這樣才能夠在提高收視率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)自我價(jià)值。

1.3 原機(jī)試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)船機(jī)的使用特點(diǎn)，主要通過(guò)推進(jìn)特性試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證柴油機(jī)的性能，試驗(yàn)工況點(diǎn)如表2所示。

各負(fù)荷工況點(diǎn)的單缸排溫對(duì)比見(jiàn)圖4，從圖中可以看出隨著負(fù)荷的升高單缸排氣偏差呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求及零件一致性特點(diǎn)，對(duì)50%負(fù)荷及以上工況點(diǎn)的單缸排溫偏差進(jìn)行考核控制(排溫偏差≤±50℃)，從目前的試驗(yàn)數(shù)據(jù)上看，原機(jī)的單缸排溫偏差數(shù)據(jù)不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，各負(fù)荷點(diǎn)均出現(xiàn)第7缸排溫較高現(xiàn)象，100%負(fù)荷第7缸排溫與平均排溫偏差110℃遠(yuǎn)不滿(mǎn)足排溫偏差設(shè)計(jì)要求，需要分析原因并進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)。

2 原因分析

為了弄清楚單缸排溫偏差高的原因，先后進(jìn)行了壓縮余隙、噴油器、噴油泵、噴油時(shí)刻、配氣相位差異的排查，發(fā)現(xiàn)這些因素未有差異，在此不進(jìn)行一一累述，這也充分說(shuō)明此次單缸排溫偏差問(wèn)題是原始設(shè)計(jì)問(wèn)題，更具體點(diǎn)就是因?yàn)楦變?nèi)新鮮空氣和殘余廢氣的差異導(dǎo)致的。為此我們進(jìn)行了仿真分析和結(jié)構(gòu)分析，進(jìn)一步分析了導(dǎo)致單缸排溫偏差高的原因。

2.1 仿真分析

進(jìn)排氣系統(tǒng)的布置見(jiàn)圖1，柴油機(jī)的發(fā)火順序?yàn)?-4-7-6-8-5-2-3。

(2)兩化融合有效激發(fā)高級(jí)生產(chǎn)要素作用，驅(qū)動(dòng)重點(diǎn)行業(yè)全要素生產(chǎn)率階躍提升 兩化融合可有效激發(fā)技術(shù)創(chuàng)新活力，不斷夯實(shí)支撐兩化融合發(fā)展的新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，促進(jìn)行業(yè)技術(shù)發(fā)展各項(xiàng)重點(diǎn)的全面落實(shí)。同時(shí)，隨著兩化融合的持續(xù)深入，企業(yè)對(duì)勞動(dòng)力、土地、資本等一般性生產(chǎn)要素的依賴(lài)程度逐漸降低，而技術(shù)、管理，尤其是數(shù)據(jù)等高級(jí)生產(chǎn)要素的作用被不斷激發(fā)，兩化融合水平與行業(yè)全要素生產(chǎn)率顯著相關(guān)，且呈現(xiàn)階躍式提升。

3.1.4高紡錘形樹(shù)高2.5～3米，干高50～60厘米，主干上直接著生30～40個(gè)結(jié)果枝組，小主枝粗度遠(yuǎn)小于主干，開(kāi)張角度100～130度，結(jié)果枝長(zhǎng)60～80厘米。

這是因?yàn)檠娱L(zhǎng)擋板，減小了引射板末端排氣總管截面面積，加速了8缸排氣總管的排氣流速，減小了8缸排氣對(duì)7缸掃氣的干擾，降低了7缸排溫，同時(shí)由于減小總管截面積也增加了8缸的排氣阻力，所以呈現(xiàn)出8缸排溫上升現(xiàn)象。

2.2 結(jié)構(gòu)分析

利用GT-power軟件建立8缸機(jī)熱力學(xué)模型見(jiàn)圖5。

對(duì)于排氣側(cè)，雙增壓排氣管布置根據(jù)發(fā)火順序分別為1-7-8-2和4-6-5-3，這樣在同一根排氣管內(nèi)兩氣缸的排氣間隔為180°CA，而排氣包角為260°CA，所以勢(shì)必存在90°CA的重疊，也必然引起排氣干擾的問(wèn)題，而根據(jù)排氣管的設(shè)計(jì)的導(dǎo)流結(jié)構(gòu)及氣流運(yùn)動(dòng)方向，氣流流向上方的氣缸排氣將影響到氣流下方的氣缸排氣，根據(jù)這一判斷，7缸會(huì)影響1缸，8缸影響7缸，6缸影響4缸，考慮到氣流傳遞的影響， 由于7缸和8缸相鄰最近，所以8缸對(duì)7缸的排氣干擾可能是第7缸排溫高的一個(gè)重要原因。

學(xué)生方面課后組長(zhǎng)負(fù)責(zé)答疑解難兵教兵的落實(shí)，進(jìn)行兵教兵策略的落實(shí)，以充分發(fā)揮學(xué)生的能動(dòng)性，帶領(lǐng)整個(gè)學(xué)習(xí)小組良性循環(huán)起來(lái)。

3 設(shè)計(jì)改進(jìn)

在兩組患者入院之后,均采取監(jiān)測(cè)血壓、心電圖監(jiān)護(hù)以及吸氧等基礎(chǔ)護(hù)理。同時(shí)將尿激酶1.5萬(wàn)U與生理鹽水100ml均勻混合,并給予患者靜脈滴注,并保證滴注在30min之內(nèi)完成。對(duì)于對(duì)照組在入院當(dāng)天給予300mg的氯吡格雷,采取口服治療,第二天減量至75mg;而研究組則采用氯吡格雷聯(lián)合阿司匹林進(jìn)行治療,即在對(duì)照組治療的基礎(chǔ)上給予300mg的阿司匹林,次日則可減量至氯吡格雷75mg,阿司匹林100mg。

3.1 進(jìn)氣管改進(jìn)

為驗(yàn)證進(jìn)氣干擾影響，增加7缸進(jìn)氣壓力，考慮在第7缸進(jìn)氣管與第8缸進(jìn)氣管之間增加節(jié)流，原機(jī)進(jìn)氣管截面積S0，取節(jié)流后面積S0′=50% S0和S0′=70% S0兩種方案，見(jiàn)以下圖12、圖13示意。

3.2 排氣管改進(jìn)

對(duì)于單缸排溫的影響，從圖16中可以看出，改動(dòng)第7缸進(jìn)氣管，50%、70%截面積進(jìn)氣管對(duì)排溫影響較小，只是在高負(fù)荷略微降低了第7缸排溫，且對(duì)縮口面積不敏感；改動(dòng)第7缸排氣管，50%、70%截面積排氣管均會(huì)在各負(fù)荷點(diǎn)大幅度降低第7缸排溫，同時(shí)會(huì)使第8缸排溫有所上升，對(duì)其他缸排溫影響較小。分析100%負(fù)荷，其中70%截面排氣管第7缸排溫較改進(jìn)前降低60℃，第8缸排溫升高20℃，與平均溫度比最大溫差為第7缸降低到50℃；50%截面排氣管第7缸排溫較改進(jìn)前降低110℃，第8缸排溫升高30℃，與平均溫度比最大溫差降低到40℃以?xún)?nèi)，且未出現(xiàn)在第7缸，成功將排溫偏差降到設(shè)計(jì)要求。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證第3部分的進(jìn)排氣管的改進(jìn)方案，采取單一改進(jìn)變量更換第7缸進(jìn)氣管、排氣管，再次按照表2推進(jìn)特性進(jìn)行如下表3順序試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比見(jiàn)圖16不同負(fù)荷各缸排溫對(duì)比，圖17-19整機(jī)性能指標(biāo)對(duì)比。

基于第2部分的原因分析，如何從進(jìn)排氣管路上減少第7缸的進(jìn)排氣干擾，更具體而言就是提升第7缸進(jìn)氣壓力、降低第7缸排氣背壓將是我們?cè)O(shè)計(jì)改進(jìn)的重點(diǎn)。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，局部改動(dòng)進(jìn)、排氣管對(duì)各負(fù)荷點(diǎn)的整機(jī)燃油消耗率、渦前排溫、爆發(fā)壓力影響較小。

為驗(yàn)證排氣干擾影響，考慮加速8缸排氣流速，同時(shí)減少8缸對(duì)7缸排氣干擾。針對(duì)第7缸排氣管在不改變引射角α，延長(zhǎng)引射板，為了不加大第7缸排氣節(jié)流損失，保持排氣歧管出口截面S2不變，采取減少引射板末端排氣總管截面面積S4加速8缸排氣流速的方法，改進(jìn)后的截面面積S4′=50% S3和S4′=70% S3兩種方案。見(jiàn)以下圖14、圖15示意。

仿真計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖6-11。從圖6、7中可以看出仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果具有很強(qiáng)的復(fù)合性，主要還是第7缸排溫過(guò)高。進(jìn)一步分析了各缸循環(huán)進(jìn)氣量(見(jiàn)圖8)、殘余廢氣比例(見(jiàn)圖9)，發(fā)現(xiàn)殘余廢氣比例趨勢(shì)與單缸排溫的趨勢(shì)非常相似，各缸循環(huán)進(jìn)氣量呈現(xiàn)與單缸排溫相反的趨勢(shì)，進(jìn)而證明引起第7缸排溫過(guò)高的主要原因是缸內(nèi)殘余廢氣過(guò)高和新鮮進(jìn)氣量少。為了改進(jìn)設(shè)計(jì)需要更深入分析，進(jìn)而分析了掃氣過(guò)程中進(jìn)氣管路與缸內(nèi)壓力差以及缸內(nèi)壓力與排氣管壓力差，結(jié)果顯示第7缸的進(jìn)氣壓差和排氣壓差都偏低，這也是導(dǎo)致第7缸排溫偏高的根本原因。

窗外，白天的一切已被涂上黑色，只有不遠(yuǎn)處，車(chē)子鳴著笛在霓虹燈照耀下的公路上奔跑，和隱約的幾條狗的吼叫。

綜上，導(dǎo)致雙增壓7缸排溫較高、排溫偏差大的主要原因在于排氣干擾，進(jìn)氣管路幾乎無(wú)影響，且進(jìn)氣管對(duì)縮口面積不敏感；局部改動(dòng)單缸進(jìn)排氣管截面，對(duì)整機(jī)性能影響較小；對(duì)于排氣管50%截面積和70%截面積的收縮均能有效降低單缸排溫及排溫偏差，且沒(méi)有改變整機(jī)性能，且截面收縮越大，越有利于該缸的排氣，同時(shí)截面收縮會(huì)增加上游氣缸排氣阻力導(dǎo)致上游氣缸排溫升高，要綜合考慮選取最佳。以該機(jī)型為例，50%截面效果較優(yōu)。

第三，推廣現(xiàn)代農(nóng)耕技術(shù)，提高太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化效率，充分利用綠色植物的光合作用，加速物質(zhì)流和能量流在生態(tài)系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，可以得出以下結(jié)論：①對(duì)于8缸雙增壓雙排氣管布置形式可以有利簡(jiǎn)化布置，但同時(shí)存在進(jìn)、排氣干擾的問(wèn)題， 最終導(dǎo)致單缸排溫偏差較大，超過(guò)設(shè)計(jì)限值。

②通過(guò)計(jì)算分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，進(jìn)氣干擾對(duì)單缸排溫影響較小，導(dǎo)致排溫偏差的主要原因是排氣干擾。

③通過(guò)局部?jī)?yōu)化排氣管的流通截面積，調(diào)整高排溫對(duì)應(yīng)氣缸的排氣背壓，可以有效解決排溫偏差問(wèn)題。

④排氣管路的局部調(diào)整不會(huì)對(duì)整機(jī)性能產(chǎn)生較大影響，可以更加均衡柴油機(jī)各缸的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷。

[1]顧宏中. 渦輪增壓柴油機(jī)性能研究[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，1998.

[2]馬朝臣，孫麗瑋等. 不同排氣系統(tǒng)對(duì)渦輪增壓柴油機(jī)性能的影響[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2017 37(9)：24-27.

[3]尹鴻儒，崔毅等.不同排氣系統(tǒng)三通結(jié)構(gòu)流動(dòng)規(guī)律的試驗(yàn)和計(jì)算研究[J].內(nèi)燃機(jī)工程，2014 35(4):66-72.

[4]辛強(qiáng)之.雙增壓柴油機(jī)排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[D].山東大學(xué)，2016.

[5]盧浩義等.車(chē)用柴油機(jī)MPC增壓器系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[J].內(nèi)燃機(jī)工程，1992 13(4):38-43.

[6]顧宏中. MIXPC渦輪增壓系統(tǒng)研究與優(yōu)化設(shè)計(jì)[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2006.

[7]劉俊龍，耿國(guó)芳等. 排氣管布置形式對(duì)雙增壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響的計(jì)算分析 [J].內(nèi)燃機(jī)與動(dòng)力裝置，2020 37(5)：72-76.

[8]李宗營(yíng)，楊傳雷等.某型脈沖增壓柴油機(jī)排氣管結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].應(yīng)用科技，2018 45(4)：32-38.