共轨压力对萨巴德循环的影响

刘峰

(银建汽车修理有限公司，北京 100070)

共轨压力对萨巴德循环的影响

刘峰

(银建汽车修理有限公司，北京 100070)

共轨压力对柴油机萨巴德循环的最高压力与温度有着很直接的影响，共轨压力也直接影响着定压预胀比及循环热效率和平均有效压力等技术指标。以潍柴国V柴油机为例，主要对不同共轨压力下柴油机萨巴德循环的各技术指标进行研究。

共轨压力；柴油机；萨巴德循环

0 引言

共轨燃油喷射系统以其特有的优点得到了越来越广泛的应用[1]。高压共轨系统最大轨压能达到200 MPa以上。提升共轨压力使柴油机缸内最高燃烧压力、最高燃烧温度都明显升高，因此共轨压力升高对改善柴油机燃油消耗和排气烟度、提高柴油机热效率是有效的。

1 潍柴国V柴油机概述

文中共轨式柴油机的研究以潍柴国Ⅴ排放标准的车用柴油机为研究对象，该柴油机是潍柴在国Ⅳ排放标准柴油机基础上开发的，继承技术先进、性能优异、可靠性高的特点[1]，相关技术参数如表1所示。

表1 柴油机相关技术参数

高压共轨燃油喷射系统的组成主要包括：供油泵、共轨管、高压油管、喷油器、电控单元及各种传感器。高压油泵主要采用CP3.3N-16/18高压油泵；高压共轨喷油系统机械部分及执行器采用Bosch的相关产品，而喷油器部件为CRIN2，电控单元采用EDC7，共轨管道采用LWRN3型共轨。

2 轨压对萨巴德循环的影响

表2为不同目标轨压下所对应的萨巴德循环最高压力。

表2 不同目标轨压下所对应的循环最高压力 105 Pa

共轨系统对柴油机热循环有着相当直接的影响。文中主要研究不同轨压下萨巴德循环中的定压预胀比、循环热效率及循环平均压力值等技术指标。

图1为不同轨压下的柴油机萨巴德循环p-V图，图2为萨巴德循环T-s图。表3为萨巴德循环相关参数。

这里需要说明的是：不同轨压下的柴油机萨巴德循环最高温度和压力是不同的，但理想气体的进排气温度是相同的，也就是图1—2中的点1和点5的气体状态相同。

空气进气温度/℃27进气压力/(105Pa)1.85

其中，循环平均压力可用式(1)表示：

(1)

式中：压缩比εc=17；可逆绝热指数κ=1.4。

点1状态：pa=0.185 MPa，Ta=300 K。

空气定容比热容cV=0.718 kJ/(kg·K)；

空气定压比热容cp=1.005 kJ/(kg·K)。

研究与计算结果如下：

(1)p3=p4=12.8 MPa，定压预胀比ρ=2。

将相应数据代入，得:T2=932 K。

T3=1 221K。

最高温度T4=ρ×T3=2×1 221K=2 442K。

V4=ρ×V3=0.054 8 m3/kg

循环放热量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

循环放热量:

Q2=cV(T5-T1)=0.718×(1 038-300)kJ/kg=

530 kJ/kg

求循环平均压力pt,分别将ηt、QB、TA代入式(1)，得到：

pt=2.06 MPa

(2)p3′=p4′=14.0 MPa

点1、点2和点5理想气体状态与上面的计算结果相同(此发明理论研究内容或实验研究内容只涉及缸内热力循环过程，并不涉及排气系统的任何改变，下同)。

4′-5定熵：

3′-4′为定压过程，那么T4′=ρ′×T3′=2 497 K。

2-3′为定容过程，则：

290 kJ/kg

3′-4′为定压过程，则：

循环热效率：

(3)p3″=p4″=16.0 MPa

循环吸热量Q″B计算如下：

点1、点2和点5理想气体状态与上面的计算结果相同。

3″-4″为定压过程，则：

T4″=ρ″×T3″=2 594 K

2-3″为定容过程，则：

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

426 kJ/kg

3″-4″为定压过程，则

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

循环热效率：

计算循环平均压力p″t,分别将η″t、Q″B、Ta代入式(1)，得到：

p″t=2.21 MPa

(4)p3‴=p4‴=17.0 MPa

循环吸热量Q‴B计算如下：

点1、点2和点5理想气体状态与上面的计算结果相同。

3‴-4‴为定压过程，则：

T4‴=ρ‴×T3‴=2 644 K

2-3‴为定容过程，则：

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

495 kJ/kg

3‴-4‴为定压过程，则：

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

循环热效率：

计算循环平均压力p‴t,分别将η‴t、Q‴B、Ta代入式(1)，得到：

p‴t=2.26 MPa

表4为4种轨压下定压预胀比、循环吸热量、循环热效率及循环平均压力等计算结果的对照。

表4 4种轨压下计算结果对照

从表4可以看出：随着共轨压力的升高，循环吸热量QB、循环热效率ηt以及循环平均有效压力pt均上升，而定压预胀比ρ降低。

3 结论

(1)介绍了潍柴国Ⅴ柴油机共轨系统的结构；

(2)计算共轨系统在4种不同的轨压下萨巴德循环的循环吸热量、循环热效率、平均有效压力等数据，计算结果表明：随着轨压的升高，循环吸热量、循环热效率、平均有效压力等数值有所升高；

(3)对于定压预胀比，随轨压升高，萨巴德循环定压预胀比降低；

(4)介绍柴油机共轨系统缸内燃烧情况。

【1】刘峰.柴油机高压共轨燃油喷射系统仿真计算研究[D].北京:北京交通大学,2009.

【2】刘峰.高压共轨燃油喷射系统压力波动特征研究[J].小型内燃机与摩托车,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】刘峰.共轨管参数对轨内压力场影响的数值模拟研究[J].小型内燃机与车辆技术,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

刘峰(1984—)，男，硕士，高级工程师，研究方向为内燃机燃烧与排放控制。E-mail：PhoneistheFirst@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.05.014

U461.91

A

1674-1986(2017)05-063-03