供油均勻性對柴油機性能影響試驗研究

李亞芬 張明亮 劉艷利

（中國北方發(fā)動機研究所天津300400）

供油均勻性對柴油機性能影響試驗研究

李亞芬 張明亮 劉艷利

（中國北方發(fā)動機研究所天津300400）

通過某柴油機供油均勻性及各缸工作均勻性對性能的影響分析，重點解決了柴油機經濟性差及排氣溫度高的問題，提出嚴格控制供油均勻性和各缸均勻性在線標定的必要性。其結論對提高柴油機性能和保證產品一致性有著重要意義。

柴油機各缸均勻性性能

引言

隨著對車輛降低排放和節(jié)約能源的要求越來越高，柴油機的優(yōu)化設計和優(yōu)化控制成為技術發(fā)展的必然，而多缸柴油機各缸燃燒的不均勻性成為柴油機燃燒性能優(yōu)化的障礙之一。V型柴油機工作過程不均勻的原因有進氣不均勻，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。這樣在柴油機使用過程中，由于各種因素的影響，可能會導致各缸工作狀態(tài)差別較大，除了導致車輛的振動和噪聲指標惡化外，還會顯著影響柴油機的排放和經濟性指標[1，2]。因此，多缸柴油機進氣及供油系統的均勻性對柴油機特別是大功率V型柴油機的燃燒匹配很重要。

本文針對某12缸V型柴油機存在的兩排排溫差異大問題，從各缸工作均勻性分析入手，重點考察單體泵供油系統均勻性對柴油機性能的影響。提出了滿足動力性和經濟性的單體泵供油系統一致性具體要求，并在此基礎上進行了標定。

1 柴油機技術狀態(tài)

某柴油機為12缸V型夾角增壓中冷柴油機，供油系統為電控單體泵，設計開發(fā)目標技術參數見表1。柴油機臺架性能試驗達到的主要性能指標見表2。

表1 柴油機主要技術參數

表2 柴油機臺架試驗達到的主要技術指標

由表2數據可以看出，柴油機目前達到指標與目標技術指標存在一定差距，主要體現在以下幾個方面：

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1.2的要求；

3）柴油機最高排溫為741℃，且兩排排溫差異大，不滿足720℃的要求。

針對存在的問題，在排除進氣系統及噴油器故障導致性能不滿足要求的可能性后，重點分析柴油機左右排工作過程差異，即各缸工作均勻性較差，導致柴油機整機性能不夠理想。

2 斷缸試驗

由于各缸均勻性對柴油機低速影響相對明顯，故斷缸試驗選擇工況為1400 r/min、3000 N·m負荷進行試驗，依次對12個氣缸進行斷油控制，記錄柴油機燃油消耗量和功率，分別計算各缸供油均勻性及各缸工作均勻性。試驗數據見表3，試驗曲線見圖1～圖4。

表3 斷缸試驗數據

圖1 各缸供油量對比

圖2 各缸供油均勻性對比

圖3 各缸功率對比

圖4 各缸功率均勻性對比

由試驗結果可知，該柴油機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。

針對以上問題，對柴油機各缸供油均勻性進行在線油量調整標定，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。調整完畢，按表3相同試驗工況及方法重新進行斷缸試驗，并分別計算各缸供油均勻性及各缸工作均勻性。試驗數據見表4，試驗曲線見圖5～圖8。

表4 重新標定后斷缸試驗數據

圖5 重新標定后各缸供油量對比

圖6 重新標定后各缸供油均勻性對比

圖7 重新標定后各缸功率對比

圖8 重新標定后各缸功率均勻性對比

可以看出，通過在線油量重新標定，柴油機供油均勻性和做功均勻性均有較大幅度的改善，原來供油量差別較大的右2、3、4及左5缸基本上達到各缸供油量的平均值；右3、右4及左5缸的功率也達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。

3 整機性能及分析

油量重新標定后柴油機整機性能試驗數據見表5。

表5 柴油機技術指標

由表5數據可以看出，柴油機重新標定后性能指標滿足目標要求，整機性能改善主要體現在以下幾方面：

1）最低燃油消耗率為208 g/（kW·h），滿足性能指標要求；

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

3）柴油機最高排溫為711℃，滿足720℃的要求。

可以看出，各缸循環(huán)供油量均勻后，整機最低燃油消耗率由212 g/（kW·h）降低到208 g/（kW·h），這是因為由于平均轉速保持不變，故摩擦轉矩不變，控制過程中噴射定時保持不變，故定時的影響基本一致。在輸出平均有效轉矩不變的前提下，工作缸數越多，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，由于工作缸數減少，而噴油定時不變，要輸出相同的有效轉矩，必須增大噴油持續(xù)期，于是燃燒的持續(xù)期也相對加長，柴油機中工作氣缸的指示熱效率較低，柴油機總的熱效率也就低。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，最大扭矩點的功率提升了10 kW，左右排排溫相對均勻，且較油量調整前，最高排溫降低了20℃。因為對于柴油機來說，在總熱量一定前提下，燃燒過程組織得越好，柴油機指示效率越高，有效功越高，排氣溫度相對就越低。各缸均勻性較差情況下，柴油機左右排工作過程就有差異，因柴油機總的輸出功率一定，那么相對來說輸出功偏大的氣缸，會產生較高的排氣溫度，這樣就造成兩排排溫差較大。

4 結論

1）各缸工作不均勻性對柴油機特別是低速大負荷工況性能有著重要影響。

2）試驗表明，嚴格控制供油一致性對保證整機工作均勻性起著重要作用。

3）為了保證發(fā)動機的性能不會由于各缸不均勻程度的惡化而下降，有必要實時檢測并控制柴油機的不均勻程度。

1竇慧莉，劉忠長，李駿，等.噴油泵各缸噴油量不均勻度對發(fā)動機燃燒及排放的影響[J].燃燒科學與技術，2005（2）：73～77

2張翠云，楊加成，李丹.單體噴油泵在190柴油機上的應用研究[J].內燃機與動力裝置，2008（6）：13～14

3徐立漢.柴油機噴油泵供油量不均勻的原因與再調整[J].工程機械與維修，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，研究方向為柴油機總體技術研究。