环境变化对增压发动机油耗影响的试验研究
2019-09-12朱云峰潘建考尹建东王瑞平
朱云峰 潘建考 杨 陈 尹建东 沈 源 王瑞平,2
(1-宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司 浙江 宁波 315336 2-浙江吉利罗佑发动机有限公司)
引言
发动机经过热力学开发以及标定过程,优化发动机油耗,使发动机油耗达到最佳水平。但是在后续试验中,发动机实际油耗会与标定后的油耗有一定差异。主要受到外界环境、发动机一致性差异、台架差异及测量设备差异等影响[1]。给发动机油耗测试以及油耗目标制定带来一定难度。
试验所选一款小型缸内直喷增压发动机,使用同一台发动机,在不同月份、相同台架上进行发动机万有特性测试,除环境温度变化外,其它边界条件均不变。通过不同月份油耗的变化,找出环境温度和湿度等对油耗的影响,探究环境对发动机油耗影响的机理。
1 试验装置及试验条件
试验装置主要包括所选缸内直喷增压发动机、发动机的所有附件以及台架传感器等,AVL电力测功机,AVL燃烧分析仪,奇士乐缸压传感器及AVL油耗仪等。
所选发动机的主要参数如表1所示。
表1 发动机主要参数
2 不同环境下的油耗变化
图1为2月份油耗率与目标值差值,图2为9月份油耗率与目标值差值,图3为9月份与2月份油耗差值。
从图1和图2可以看出,发动机特征点油耗均满足油耗目标。但是相同工况点,发动机在不同环境下,各个工况点的油耗表现不同。由图3可以看出,对于相同工况点,在低速、小负荷区域,9月份油耗率较低,在高速、大负荷区域2月份的油耗率较低。
图1 2月份油耗率与目标值差值
图3 9月份与2月份油耗差值
图4 为不同工况点测试环境压力,图5为不同工况点环境湿度,图6为不同季节发动机各转速倒拖转矩。
由图4~图6可知:在不同环境,2月份气温较低,湿度较小,气压高,9月份气温高,环境湿度高,气压较低。在同一台架,使用同一发动机,在不同外界环境下,环境湿度越大,进入发动机气缸内的空气密度小,参与燃烧的氧浓度低,大气压力越低[2],在相同工况点,为了达到相同的进气量,需要增加进气压力。
图4 不同工况点测试环境压力曲线
图2 9月份油耗率与目标值差值
图5 不同工况点环境湿度曲线
图6 不同季节发动机各转速倒拖转矩曲线
在9月气温较高,湿度较大,相同工况点,虽然中冷器出口温度相同,但到歧管时温度还是会升高[3]。在非增压区要获得相同的转矩,需要提高歧管压力,节气门开大,减小了进气节流损失。
在发动机增压区,由于大气压低,空气密度低,增压器压气机入口温度不变,压气机出口温度升高,相同转速和负荷,压气机做功增加,加之在夏季发动机倒拖摩擦功比较大,油耗增加。
3 油耗率影响分析
3.1 低速、小负荷油耗变化分析
图7为1 500 r/min、4 MPa不同月份泵气损失曲线。
图7 1 500 r/min、4 MPa不同月份泵气损失曲线
如图7所示,在1 500 r/min、4 MPa相同工况点,不同月份的泵气损失不同,在9月份,环境温度较高,空气湿度较大,空气密度小,要达到同样的转速和负荷,节气门开度大,节流损失小[4],发动机在此工况点泵气损失减小。所以低速、小负荷在夏季泵气损失小,油耗低。
3.2 高速、大负荷油耗变化分析
图8为不同工况点的中冷前温度曲线。
式中:Tc1为压气机入口温度;πc为压缩比;Tc2为压气机出口温度;κ为空气的比热比;Tc2ad为压气机出口绝热压缩温度。
保持相同的进气(进入空气滤清器)温度,如图8所示,在不同工况点,增压器压气机出口温度即中冷温度前不同。在9月份,大气压低,空气密度低,增压器压气机入口温度不变,压气机出口温度(即中冷前温度)升高,相同转速和负荷,压气机做功增加。导致在高速、大负荷,发动机油耗增加。
图8 不同工况点的中冷前温度
4 结论
1)在不同温度、湿度的外界环境下,相同工况点的油耗率不同。
2)在温度高,湿度大的环境下,低速、小负荷时,泵气损失较小,油耗率偏低。
3)在温度低,湿度小的环境下,高速、大负荷时,增压器效率高,摩擦功小,油耗率偏低。