蔣玉魁 王金剛

（西安石油大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 陜西 西安 710000）

引言

車用柴油機(jī)在工作過程中，防爆元件會(huì)產(chǎn)生排氣背壓，在進(jìn)氣過程中，進(jìn)氣阻火器會(huì)對(duì)進(jìn)氣流量產(chǎn)生阻礙，使進(jìn)氣流量減少[1-3]。同時(shí)，由于進(jìn)氣阻火器格柵密集，在柴油機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后，會(huì)造成進(jìn)氣阻火器堵塞，降低車用柴油機(jī)的進(jìn)氣流量[4]。因此，在設(shè)計(jì)進(jìn)氣阻火器、確定更換阻火器頻率時(shí)，需就進(jìn)氣流量對(duì)車用柴油機(jī)性能的影響有準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)[5]。黃粉蓮等人[6]針對(duì)某型礦用防爆柴油機(jī)存在動(dòng)力性差、排放高的問題，研究了進(jìn)氣流量變化對(duì)防爆柴油機(jī)性能的影響，得出了進(jìn)氣管和水夾套內(nèi)氣體的壓力場(chǎng)和流線形狀，優(yōu)化了進(jìn)氣歧管的設(shè)計(jì)，有效燃油消耗率最高下降0.58%，CO排放最高下降23.46%，NOx排放下降0.15%，煙度下降17.26%[7-8]。本文通過改變車用柴油機(jī)的進(jìn)氣流量，在車用柴油機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)上，測(cè)量車用柴油機(jī)的動(dòng)力性及排放性能，從而確定進(jìn)氣流量對(duì)車用柴油機(jī)性能的影響。

1 試驗(yàn)方法

1.1 改變進(jìn)氣流量

試驗(yàn)所用柴油機(jī)為雷沃FDE4100QFB型車用柴油機(jī)。柴油機(jī)的進(jìn)氣量一般是過量的，因此在本試驗(yàn)中，通過減小進(jìn)氣口截面的大小，定性改變進(jìn)氣量。減小進(jìn)氣口截面積的方法是將進(jìn)氣口設(shè)計(jì)成圓形截面，試驗(yàn)時(shí)，堵塞部分進(jìn)氣口，使進(jìn)氣口截面積減小為原來的1/4、1/8、1/16，從而改變車用柴油機(jī)的進(jìn)氣流量，對(duì)比不同進(jìn)氣流量下的車用柴油機(jī)動(dòng)力性及排放性能。試驗(yàn)用柴油機(jī)原進(jìn)氣道內(nèi)徑為70mm，用3種擋板堵塞進(jìn)氣道后，進(jìn)氣口的形狀及大小示意圖如圖1所示。

圖1 進(jìn)氣管道堵塞示意圖

1.2 車用柴油機(jī)性能測(cè)試方法

車用柴油機(jī)動(dòng)力性能測(cè)試時(shí)，通過調(diào)油門開度，使柴油機(jī)處于油門全開狀態(tài)，測(cè)量柴油機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，作為車用柴油機(jī)動(dòng)力性的衡量指標(biāo)。即測(cè)量不同進(jìn)氣流量下，車用柴油機(jī)外特性下輸出轉(zhuǎn)矩的變化，從而對(duì)比不同進(jìn)氣流量下的車用柴油機(jī)動(dòng)力性能。

在車用柴油機(jī)十一工況點(diǎn)下，測(cè)量柴油機(jī)排氣歧管后尾氣中污染物的含量，作為對(duì)比不同進(jìn)氣流量下車用柴油機(jī)排放性能的指標(biāo)。車用柴油機(jī)的十一工況點(diǎn)是衡量車用柴油機(jī)排放性能的重要指標(biāo)之一，本試驗(yàn)采用改變柴油機(jī)進(jìn)氣流量后測(cè)量柴油機(jī)十一工況點(diǎn)的排放量的方法。

發(fā)動(dòng)機(jī)總進(jìn)氣量Q按照下式計(jì)算：

式中：Vst為發(fā)動(dòng)機(jī)的總排量，L；n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；ηv為發(fā)動(dòng)機(jī)的容積效率，%；i為發(fā)動(dòng)機(jī)沖程。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

在測(cè)量排放性能時(shí)，重點(diǎn)測(cè)量車用柴油機(jī)的NOx、CO、HC排放以及排放中煙度的變化。改變進(jìn)氣口截面積的大小，按車用柴油機(jī)十一工況點(diǎn)的要求，測(cè)量車用柴油機(jī)污染物的排放量，對(duì)比不同進(jìn)氣流量下車用柴油機(jī)的排放性能。

1）NOx排放隨進(jìn)氣流量的變化。試驗(yàn)所得車用柴油機(jī)十一工況點(diǎn)下NOx體積分?jǐn)?shù)隨進(jìn)氣流量的變化曲線如圖2所示。從圖2可以看出，改變進(jìn)氣口截面積的大小，NOx體積分?jǐn)?shù)隨著進(jìn)氣流量的降低波動(dòng)明顯，這是由于NOx主要是在高溫富氧的環(huán)境下生成的。在1/4進(jìn)氣口時(shí)，進(jìn)氣流量雖然降低，但燃燒室的溫度略有增加，因此所產(chǎn)生的NOx雖有波動(dòng)，但變化并不明顯。在1/8進(jìn)氣口時(shí)，進(jìn)氣流量降低比較明顯，燃燒室溫度對(duì)NOx的產(chǎn)生影響不十分明顯，NOx體積分?jǐn)?shù)略有降低。在1/16進(jìn)氣口時(shí)，進(jìn)氣流量明顯降低，直接影響柴油機(jī)燃燒過程中的氧氣含量，從而影響柴油機(jī)的燃燒產(chǎn)物，使NOx體積分?jǐn)?shù)得到明顯的降低。

圖2 NO x體積分?jǐn)?shù)隨進(jìn)氣流量大小變化曲線

2）CO排放隨進(jìn)氣流量的變化。試驗(yàn)所得車用柴油機(jī)十一工況點(diǎn)下CO的體積分?jǐn)?shù)隨進(jìn)氣流量的變化曲線如圖3所示。從圖3可以看出，減小柴油機(jī)進(jìn)氣口截面積，CO排放有所增加，尤其是當(dāng)柴油機(jī)負(fù)荷增加時(shí)，隨著進(jìn)氣口截面積的減小，CO排放有明顯的增加。在發(fā)動(dòng)機(jī)低負(fù)荷狀態(tài)下，隨著進(jìn)氣口截面積的減小，CO排放雖有增加，但是變化并不明顯。在柴油機(jī)大負(fù)荷狀態(tài)下，1/16進(jìn)氣口時(shí)，CO排放增加十分明顯。說明在大負(fù)荷狀態(tài)下，進(jìn)氣流量的減少對(duì)柴油機(jī)CO排放有較為明顯的影響。

3）HC排放隨進(jìn)氣流量的變化。試驗(yàn)所得車用柴油機(jī)十一工況點(diǎn)下HC的體積分?jǐn)?shù)隨進(jìn)氣流量的變化曲線如圖4所示。從圖4可以看出，進(jìn)氣流量對(duì)HC排放的影響十分復(fù)雜。當(dāng)進(jìn)氣口為原進(jìn)氣口的1/4和1/8大小時(shí)，HC排放較進(jìn)氣口全開時(shí)波動(dòng)幅度更大，雖然個(gè)別工況下HC體積分?jǐn)?shù)有所增加，但在大部分情況下，HC的排放量有所降低；當(dāng)進(jìn)氣口大小為原進(jìn)氣口的1/16時(shí)，HC排放量總體上有所增加，但各個(gè)工況點(diǎn)波動(dòng)十分劇烈。這是由于當(dāng)進(jìn)氣流量減少時(shí)，會(huì)造成燃燒室中燃料過濃的情況，使一部分燃料不能得到充分燃燒，從而導(dǎo)致HC大量增加。

圖3 CO體積分?jǐn)?shù)隨進(jìn)氣流量大小變化曲線

圖4 HC體積分?jǐn)?shù)隨進(jìn)氣流量大小變化曲線

3 結(jié)論

本文通過改變車用柴油機(jī)進(jìn)氣口截面積的大小，改變進(jìn)氣流量。利用車用柴油機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)，測(cè)量不同進(jìn)氣流量對(duì)車用柴油機(jī)動(dòng)力性及排放性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，進(jìn)氣流量對(duì)車用柴油機(jī)的動(dòng)力性產(chǎn)生影響，進(jìn)氣流量越少，動(dòng)力性越差；進(jìn)氣流量降低，使車用柴油機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩有所降低；進(jìn)氣流量對(duì)車用柴油機(jī)的排放有很大影響，進(jìn)氣流量減少，NOx排放明顯降低，CO排放明顯增加，HC排放出現(xiàn)波動(dòng)。

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