供油均匀性对柴油机性能影响试验研究

李亚芬 张明亮 刘艳利

（中国北方发动机研究所天津300400）

供油均匀性对柴油机性能影响试验研究

李亚芬 张明亮 刘艳利

（中国北方发动机研究所天津300400）

通过某柴油机供油均匀性及各缸工作均匀性对性能的影响分析，重点解决了柴油机经济性差及排气温度高的问题，提出严格控制供油均匀性和各缸均匀性在线标定的必要性。其结论对提高柴油机性能和保证产品一致性有着重要意义。

柴油机各缸均匀性性能

引言

随着对车辆降低排放和节约能源的要求越来越高，柴油机的优化设计和优化控制成为技术发展的必然，而多缸柴油机各缸燃烧的不均匀性成为柴油机燃烧性能优化的障碍之一。V型柴油机工作过程不均匀的原因有进气不均匀，供油提前角不均匀，供油规律不均匀，各缸几何因素的差异等。这样在柴油机使用过程中，由于各种因素的影响，可能会导致各缸工作状态差别较大，除了导致车辆的振动和噪声指标恶化外，还会显著影响柴油机的排放和经济性指标[1，2]。因此，多缸柴油机进气及供油系统的均匀性对柴油机特别是大功率V型柴油机的燃烧匹配很重要。

本文针对某12缸V型柴油机存在的两排排温差异大问题，从各缸工作均匀性分析入手，重点考察单体泵供油系统均匀性对柴油机性能的影响。提出了满足动力性和经济性的单体泵供油系统一致性具体要求，并在此基础上进行了标定。

1 柴油机技术状态

某柴油机为12缸V型夹角增压中冷柴油机，供油系统为电控单体泵，设计开发目标技术参数见表1。柴油机台架性能试验达到的主要性能指标见表2。

表1 柴油机主要技术参数

表2 柴油机台架试验达到的主要技术指标

由表2数据可以看出，柴油机目前达到指标与目标技术指标存在一定差距，主要体现在以下几个方面：

1）最低燃油消耗率为212 g/（kW·h），不满足208 g/（kW·h）要求；

2）最大扭矩为5097 N·m，不满足扭矩系数1.2的要求；

3）柴油机最高排温为741℃，且两排排温差异大，不满足720℃的要求。

针对存在的问题，在排除进气系统及喷油器故障导致性能不满足要求的可能性后，重点分析柴油机左右排工作过程差异，即各缸工作均匀性较差，导致柴油机整机性能不够理想。

2 断缸试验

由于各缸均匀性对柴油机低速影响相对明显，故断缸试验选择工况为1400 r/min、3000 N·m负荷进行试验，依次对12个气缸进行断油控制，记录柴油机燃油消耗量和功率，分别计算各缸供油均匀性及各缸工作均匀性。试验数据见表3，试验曲线见图1～图4。

表3 断缸试验数据

图1 各缸供油量对比

图2 各缸供油均匀性对比

图3 各缸功率对比

图4 各缸功率均匀性对比

由试验结果可知，该柴油机各缸供油和功率明显不够均匀，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缸功率不均匀度超过平均值5%以上，而右4、左5缸功率不均匀度低于平均值5%以上。

针对以上问题，对柴油机各缸供油均匀性进行在线油量调整标定，适度减少右2、右3和左1缸循环供油量，适度增加右4、左5缸循环供油量。调整完毕，按表3相同试验工况及方法重新进行断缸试验，并分别计算各缸供油均匀性及各缸工作均匀性。试验数据见表4，试验曲线见图5～图8。

表4 重新标定后断缸试验数据

图5 重新标定后各缸供油量对比

图6 重新标定后各缸供油均匀性对比

图7 重新标定后各缸功率对比

图8 重新标定后各缸功率均匀性对比

可以看出，通过在线油量重新标定，柴油机供油均匀性和做功均匀性均有较大幅度的改善，原来供油量差别较大的右2、3、4及左5缸基本上达到各缸供油量的平均值；右3、右4及左5缸的功率也达到各缸功率的平均值。油量不均度及功率不均匀度基本都控制在5%以内。

3 整机性能及分析

油量重新标定后柴油机整机性能试验数据见表5。

表5 柴油机技术指标

由表5数据可以看出，柴油机重新标定后性能指标满足目标要求，整机性能改善主要体现在以下几方面：

1）最低燃油消耗率为208 g/（kW·h），满足性能指标要求；

2）最大扭矩为5356 N·m，扭矩系数为1.24，满足扭矩系数1.2的要求；

3）柴油机最高排温为711℃，满足720℃的要求。

可以看出，各缸循环供油量均匀后，整机最低燃油消耗率由212 g/（kW·h）降低到208 g/（kW·h），这是因为由于平均转速保持不变，故摩擦转矩不变，控制过程中喷射定时保持不变，故定时的影响基本一致。在输出平均有效转矩不变的前提下，工作缸数越多，各缸越均匀，喷油的持续期可以越短，于是燃烧的持续期也越短，柴油机各缸的指示热效率越高。在最不均匀的情况下，由于工作缸数减少，而喷油定时不变，要输出相同的有效转矩，必须增大喷油持续期，于是燃烧的持续期也相对加长，柴油机中工作气缸的指示热效率较低，柴油机总的热效率也就低。因此，各缸工作越不均匀，输出相同的平均有效转矩的燃油消耗率越高[3]。

另外，各缸循供油量均匀后，最大扭矩点的功率提升了10 kW，左右排排温相对均匀，且较油量调整前，最高排温降低了20℃。因为对于柴油机来说，在总热量一定前提下，燃烧过程组织得越好，柴油机指示效率越高，有效功越高，排气温度相对就越低。各缸均匀性较差情况下，柴油机左右排工作过程就有差异，因柴油机总的输出功率一定，那么相对来说输出功偏大的气缸，会产生较高的排气温度，这样就造成两排排温差较大。

4 结论

1）各缸工作不均匀性对柴油机特别是低速大负荷工况性能有着重要影响。

2）试验表明，严格控制供油一致性对保证整机工作均匀性起着重要作用。

3）为了保证发动机的性能不会由于各缸不均匀程度的恶化而下降，有必要实时检测并控制柴油机的不均匀程度。

1窦慧莉，刘忠长，李骏，等.喷油泵各缸喷油量不均匀度对发动机燃烧及排放的影响[J].燃烧科学与技术，2005（2）：73～77

2张翠云，杨加成，李丹.单体喷油泵在190柴油机上的应用研究[J].内燃机与动力装置，2008（6）：13～14

3徐立汉.柴油机喷油泵供油量不均匀的原因与再调整[J].工程机械与维修，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）

李亚芬（1982-），女，助理研究员，研究方向为柴油机总体技术研究。