共軌壓力對(duì)薩巴德循環(huán)的影響

劉峰

(銀建汽車修理有限公司，北京 100070)

共軌壓力對(duì)薩巴德循環(huán)的影響

劉峰

(銀建汽車修理有限公司，北京 100070)

共軌壓力對(duì)柴油機(jī)薩巴德循環(huán)的最高壓力與溫度有著很直接的影響，共軌壓力也直接影響著定壓預(yù)脹比及循環(huán)熱效率和平均有效壓力等技術(shù)指標(biāo)。以濰柴國V柴油機(jī)為例，主要對(duì)不同共軌壓力下柴油機(jī)薩巴德循環(huán)的各技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行研究。

共軌壓力；柴油機(jī)；薩巴德循環(huán)

0 引言

共軌燃油噴射系統(tǒng)以其特有的優(yōu)點(diǎn)得到了越來越廣泛的應(yīng)用[1]。高壓共軌系統(tǒng)最大軌壓能達(dá)到200 MPa以上。提升共軌壓力使柴油機(jī)缸內(nèi)最高燃燒壓力、最高燃燒溫度都明顯升高，因此共軌壓力升高對(duì)改善柴油機(jī)燃油消耗和排氣煙度、提高柴油機(jī)熱效率是有效的。

1 濰柴國V柴油機(jī)概述

文中共軌式柴油機(jī)的研究以濰柴國Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)的車用柴油機(jī)為研究對(duì)象，該柴油機(jī)是濰柴在國Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)柴油機(jī)基礎(chǔ)上開發(fā)的，繼承技術(shù)先進(jìn)、性能優(yōu)異、可靠性高的特點(diǎn)[1]，相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 柴油機(jī)相關(guān)技術(shù)參數(shù)

高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的組成主要包括：供油泵、共軌管、高壓油管、噴油器、電控單元及各種傳感器。高壓油泵主要采用CP3.3N-16/18高壓油泵；高壓共軌噴油系統(tǒng)機(jī)械部分及執(zhí)行器采用Bosch的相關(guān)產(chǎn)品，而噴油器部件為CRIN2，電控單元采用EDC7，共軌管道采用LWRN3型共軌。

2 軌壓對(duì)薩巴德循環(huán)的影響

表2為不同目標(biāo)軌壓下所對(duì)應(yīng)的薩巴德循環(huán)最高壓力。

表2 不同目標(biāo)軌壓下所對(duì)應(yīng)的循環(huán)最高壓力 105 Pa

共軌系統(tǒng)對(duì)柴油機(jī)熱循環(huán)有著相當(dāng)直接的影響。文中主要研究不同軌壓下薩巴德循環(huán)中的定壓預(yù)脹比、循環(huán)熱效率及循環(huán)平均壓力值等技術(shù)指標(biāo)。

圖1為不同軌壓下的柴油機(jī)薩巴德循環(huán)p-V圖，圖2為薩巴德循環(huán)T-s圖。表3為薩巴德循環(huán)相關(guān)參數(shù)。

這里需要說明的是：不同軌壓下的柴油機(jī)薩巴德循環(huán)最高溫度和壓力是不同的，但理想氣體的進(jìn)排氣溫度是相同的，也就是圖1—2中的點(diǎn)1和點(diǎn)5的氣體狀態(tài)相同。

空氣進(jìn)氣溫度/℃27進(jìn)氣壓力/(105Pa)1.85

其中，循環(huán)平均壓力可用式(1)表示：

(1)

式中：壓縮比εc=17；可逆絕熱指數(shù)κ=1.4。

點(diǎn)1狀態(tài)：pa=0.185 MPa，Ta=300 K。

空氣定容比熱容cV=0.718 kJ/(kg·K)；

空氣定壓比熱容cp=1.005 kJ/(kg·K)。

研究與計(jì)算結(jié)果如下：

(1)p3=p4=12.8 MPa，定壓預(yù)脹比ρ=2。

將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入，得:T2=932 K。

T3=1 221K。

最高溫度T4=ρ×T3=2×1 221K=2 442K。

V4=ρ×V3=0.054 8 m3/kg

循環(huán)放熱量QB：

Q23=cV(T3-T2)=0.718×(1 221-932)kJ/kg=

207.5 kJ/kg

Q34=cp(T4-T3)=1.005×(2 442-1 221)kJ/kg=

1 227 kJ/kg

QB=Q23+Q34=(207.5+1 227)kJ/kg=1 434.5 kJ/kg

循環(huán)放熱量:

Q2=cV(T5-T1)=0.718×(1 038-300)kJ/kg=

530 kJ/kg

求循環(huán)平均壓力pt,分別將ηt、QB、TA代入式(1)，得到：

pt=2.06 MPa

(2)p3′=p4′=14.0 MPa

點(diǎn)1、點(diǎn)2和點(diǎn)5理想氣體狀態(tài)與上面的計(jì)算結(jié)果相同(此發(fā)明理論研究內(nèi)容或?qū)嶒?yàn)研究內(nèi)容只涉及缸內(nèi)熱力循環(huán)過程，并不涉及排氣系統(tǒng)的任何改變，下同)。

4′-5定熵：

3′-4′為定壓過程，那么T4′=ρ′×T3′=2 497 K。

2-3′為定容過程，則：

290 kJ/kg

3′-4′為定壓過程，則：

循環(huán)熱效率：

(3)p3″=p4″=16.0 MPa

循環(huán)吸熱量Q″B計(jì)算如下：

點(diǎn)1、點(diǎn)2和點(diǎn)5理想氣體狀態(tài)與上面的計(jì)算結(jié)果相同。

3″-4″為定壓過程，則：

T4″=ρ″×T3″=2 594 K

2-3″為定容過程，則：

Q″B23″=cV(T3″-T2)=0.718×(1 526-932) kJ/kg=

426 kJ/kg

3″-4″為定壓過程，則

Q″B3″4″=cp(T4″-T3″)=1.005×(2 594-1 526) kJ/kg=1 073 kJ/kg

Q″B=Q″B23″+Q″B3″4″=(426+1 073) kJ/kg=1 499 kJ/kg

循環(huán)熱效率：

計(jì)算循環(huán)平均壓力p″t,分別將η″t、Q″B、Ta代入式(1)，得到：

p″t=2.21 MPa

(4)p3?=p4?=17.0 MPa

循環(huán)吸熱量Q?B計(jì)算如下：

點(diǎn)1、點(diǎn)2和點(diǎn)5理想氣體狀態(tài)與上面的計(jì)算結(jié)果相同。

3?-4?為定壓過程，則：

T4?=ρ?×T3?=2 644 K

2-3?為定容過程，則：

Q?B23?=cV(T3?-T2)=0.718×(1 622-932) kJ/kg=

495 kJ/kg

3?-4?為定壓過程，則：

Q?B3?4?=cp(T4?-T3?)=1.005×(2 644-1 622) kJ/kg=1 027 kJ/kg

Q?B=Q?B23?+Q?B3?4?=(495+1 027) kJ/kg=1 522 kJ/kg

循環(huán)熱效率：

計(jì)算循環(huán)平均壓力p?t,分別將η?t、Q?B、Ta代入式(1)，得到：

p?t=2.26 MPa

表4為4種軌壓下定壓預(yù)脹比、循環(huán)吸熱量、循環(huán)熱效率及循環(huán)平均壓力等計(jì)算結(jié)果的對(duì)照。

表4 4種軌壓下計(jì)算結(jié)果對(duì)照

從表4可以看出：隨著共軌壓力的升高，循環(huán)吸熱量QB、循環(huán)熱效率ηt以及循環(huán)平均有效壓力pt均上升，而定壓預(yù)脹比ρ降低。

3 結(jié)論

(1)介紹了濰柴國Ⅴ柴油機(jī)共軌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；

(2)計(jì)算共軌系統(tǒng)在4種不同的軌壓下薩巴德循環(huán)的循環(huán)吸熱量、循環(huán)熱效率、平均有效壓力等數(shù)據(jù)，計(jì)算結(jié)果表明：隨著軌壓的升高，循環(huán)吸熱量、循環(huán)熱效率、平均有效壓力等數(shù)值有所升高；

(3)對(duì)于定壓預(yù)脹比，隨軌壓升高，薩巴德循環(huán)定壓預(yù)脹比降低；

(4)介紹柴油機(jī)共軌系統(tǒng)缸內(nèi)燃燒情況。

【1】劉峰.柴油機(jī)高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)仿真計(jì)算研究[D].北京:北京交通大學(xué),2009.

【2】劉峰.高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)壓力波動(dòng)特征研究[J].小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車,2014,43(2)：63-66,96. LIU F.Research on the Fluctuating Features of High Pressure Common Rail Fuel Injection System[J].Small Internal Combustion Engine and Motorcycle,2014,43(2)：63-66,96.

【3】劉峰.共軌管參數(shù)對(duì)軌內(nèi)壓力場(chǎng)影響的數(shù)值模擬研究[J].小型內(nèi)燃機(jī)與車輛技術(shù),2014,43(5)：24-29. LIU F.Numerical Simulation Researches on the Effects of the Common Rail Parameters for the Rail Internal Pressure Field[J].Small Internal Combustion Engine and Motorcycle,2014,43(5)：24-29.

The Influences of Common Rail Pressure on Sabah Cycle

LIU Feng

(Yinjian Automobile Repair Co.,Ltd.,Beijing 100070,China)

Common rail pressure has directly effects on max pressure and temperature of diesel’s Sabah cycle, also affects the property indexes:pre expansion ratio,thermal efficiency and average valid pressure. Taking National V diesel from Weichai company as an instance, the property indexes of Sabah cycle in different common rail pressure conditions were studied mainly.

Common rail pressure;Diesel engine;Sabah cycle

2017-01-30

劉峰(1984—)，男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)閮?nèi)燃機(jī)燃燒與排放控制。E-mail：PhoneistheFirst@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.05.014

U461.91

A

1674-1986(2017)05-063-03