基于常用工況的某柴油機性能優化研究

郎曉姣，孫萬超

（261061 山東省 濰坊市 濰柴動力股份有限公司）

0 引言

整車用戶對經濟性的需求始終是越低越好，因此在保證過排放的條件下，如何降低用戶循環經濟性將是永恒的課題。目前降低油耗率的措施主要有提高爆壓、軌壓，增壓器匹配，氣道優化，配氣相位優化，燃燒系統優化，隔熱涂層，降摩擦等。如果通過研究一個工況點[1]的噴油提前角、噴油脈寬、增壓壓力、增壓溫度及EGR 率對發動機性能的影響，僅能體現額定工況變化規律，無法反應用戶使用情況。從用戶角度出發，研究使用工況，反推發動機性能優化方向是行之有效的。

本文從增壓器匹配及氣門升程優化兩方面進行闡述，選取用戶工況中的特征點及機型開發關注點，在試驗開始前進行方案分析，從理論上分析各方案差異，提前預判能否達到降低經濟性的目的。

1 特征點選取

從機型開發關注點及用戶使用工況角度出發，選取萬有特性中3 個特征點，如圖1 所示。

圖1 選取特征點Fig.1 Select characteristic points

2 增壓器匹配

2.1 增壓器方案分析

對增壓器廠家提供的2 款增壓器數據進行對比，數據分布如圖2、圖3 所示。

通過圖2、圖3 對比可知，01 方案壓氣機端同00 方案相比，流量相當，喘振線相當，效率相當，確保常用工況點在壓氣機的高效率區；01 方案渦輪機端同00 方案相比，流量增加8%左右，1.8 左右膨脹相比效率提高17%。渦輪增壓器通過優化流量，提升效率[2-3]，可以降低進排氣損失，達到降油耗的目的。

圖3 渦輪機端數據Fig.3 Data of turbine

2.2 試驗驗證

在保證動力性、中冷后溫度、排氣壓力、爆壓不超限值、空調出口壓力、溫度、濕度不變的條件下，通過調整不同的軌壓及提前角，對比不同增壓器方案的優劣勢，具體結果如圖4—圖6 所示。

由圖4 可知，額定點時，2 個增壓器方案對比，方案1 油耗率降低3 g/(kW·h) 左右，煙度降低0.1 FSN 左右，渦輪后排溫降低40 ℃左右。

圖4 額定點性能對比Fig.4 Performance comparison of maximum power point

由圖5 可知，常用工況1 點時，2 個增壓器方案對比：方案1 油耗率降低2 g/(kW·h)左右，煙度相當，渦輪后排溫降低5 ℃左右。

圖5 常用工況1 點性能對比Fig.5 Performance comparison of common operating point 1

由圖6 可知，常用工況2 點時，2 個增壓器方案對比：方案1 油耗率降低0.5 g/(kW·h)左右，煙度相當，渦輪后排溫相當。

圖6 常用工況2 點性能對比Fig.6 Performance comparison of common operating point 2

通過不同增壓器方案對比可知，在保證NOX比排放相同的條件下，高效率增壓器可以降低油耗率，降低排溫，煙度保持相當，但是油耗降低幅度隨著轉速降低而降低，負荷降低而降低，主要原因是不同增壓器方案的效率及流量在各工況點不同，導致泵氣損失不同，表現為油耗率降低幅度不同。

3 氣門升程優化

3.1 氣門升程方案分析

在原氣門升程的基礎上，僅將進氣門升程提高1 mm，如圖7 所示。適當增加氣門升程，從而增大時面值，提高流通能力，降低經濟性[4-5]。

圖7 氣門升程對比Fig.7 Valve lift contrast

3.2 試驗驗證

試驗重點關注常用工況區，在保證動力性、中冷后溫度、排氣壓力、爆壓不超限值、空調出口壓力、溫度、濕度不變的條件下，進行配氣相位相關試驗，主要考察對油耗率的影響，具體結果詳見圖8 所示。

圖8 常用工況區油耗率對比Fig.8 Comparison of fuel consumption rate in common operating points

由圖8 可知，通過提升進氣門升程[6]，常用工況區油耗優勢＜0.5 g/(kW·h)，主要原因是氣門升程的提升部分已經到了氣門的大開度，流通能力提升不明顯，但仍有所提升。在保證可靠性的前提下，建議設計進氣門升程到最大。

5 結論

通過方案分析、試驗驗證得到如下結論：

（1）通過不同增壓器方案對比，在保證NOX比排放相同的條件下，高效率增壓器可以降低油耗率，降低排溫，煙度保持相當，但是油耗降低幅度隨著轉速降低而降低，負荷降低而降低。主要原因是不同增壓器方案的效率及流量在各工況點不同，導致泵氣損失不同，表現為油耗率降低幅度不同；（2）通過提升進氣門升程，常用工況區油耗優勢＜0.5 g/(kW·h)，主要原因是氣門升程的提升部分已經到了氣門的大開度，流通能力提升不明顯。在保證可靠性的前提下，建議設計進氣門升程到最大。