关于非道路宽体自卸车“来油慢”相关问题分析及解决方案

杨位东　马露　陈震　赵志强

摘 要：随着《GB 20891-2014 非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法（中国第三、四阶段）》的推出，原有大泵发动机逐渐被高压共轨发动机淘汰。在切换过程中，司机们纷纷表示高压共轨发动机没有大泵发动机有劲，然而通过比较各发动机公司提供的发动机性能数据单发现，高压共轨发动机的输出扭矩较大泵发动机的输出扭矩更大。通过进一步调研发现，司机反馈的现象为“起步没劲”、“起步来油慢”，本文将以搭载潍柴发动机WP12G460E310发动机的徐工非道路宽体自卸车为试验及分析对象，全面解析“来油慢”问题并提出解决方案。通过实验对比发现，加大排气管直径并取消消音器可解决“来油慢”问题，且效果明显。

关键词：非道路宽体自卸车 发动机 进气压力 来油慢

1 引言

非公路宽体自卸车是一种具有中国特色，基于重型自卸车而演化出的一种非道路运输车辆。[1]该类型车辆普遍采用传统自卸车动力传动系统，并通过将车架加强，底盘和车厢加高、加宽，在提高运输效率的同时，保障车辆的稳定性、通过行等性能。[2]在矿区运输的车辆主要应用于水泥矿山土方剥离层的运输，且大多属于短途坑道作业，且超载现象严重，所以这就要求非公路宽体自卸车有较强的动力性。[3]根据我司服务部反馈，有我司七台XG90（其中四台为DFW715，三台为DFW814）存在冲劲不足问题，通过分析现场采集的数据，并做了一系列准备工作后，前往矿区进行调研。通过分析车辆的运行状况，提出解决方案，在保证车辆动力性的前提下，改善车辆“起步来油慢”情况。

2 问题描述

根据现场反馈的数据信息，发现冲劲不足的原因为发动机烟度限制，所谓发动机烟度限制为潍柴为避免因发动机进气量不足排气冒黑烟而修正的喷油量MAP。[4]

其主要表现为在猛踩油门的过程中，发动机需要逐渐提升最大输出扭矩至当前转速设定值，而不是直接将最大输出扭矩提升至最大值，提升过程大约需要2～5秒。这也符合客户反馈无冲劲的主观感受。

3 根本原因分析

通过数据发现，我司车型的烟度限制状态数量占比为2.84%，最大进气压力为260kpa，虽符合潍柴匹配规范，但处于偏低水平。故可能是进气压力较低引起的烟度限制时间较长，为此需要对进增压器系统进行分析。

在启动及怠速的时候，发动机自然吸气，经空气滤清器、涡轮增压器压轮、中冷器进入气缸，做功后，废气经由涡轮增压器涡轮、排气管及消音器排进大气。废气涡轮增压是通过发动机排出的废气能量推动涡轮增压器来实现增压的。[5]在踩油门的时候，气缸吸气量增加，排气量也随之大量增加，涡轮增压器起作用，将大量气体压进气缸，喷油量增加，排出的气体进一步增加，此为正反馈系统，如此循环往复，直至达到发动机最大扭矩，喷油量将不再增加，系统达到平衡。

基于以上原理，在都可达到最大喷油量的前提下，进气压力较低的原因主要有以下几点：

a空气滤清器阻力较大，增压器的压轮负载较大;

b中冷器阻力较大，增压器的压轮负载较大;

c排气系统阻力较大，增压器涡轮负载较大。

4 改进实验实施与验证

4.1 实验参数和实验设备

本次实验的目的是在达到最大喷油量的前提下，找出进气压力较低的原因，来解决“来油慢”的问题，实验采用控制变量对比实车实验方案。实验场地为我国北方某矿区。实验车型为徐工90吨非道路宽体自卸车，如图1所示。实验设备为潍柴智多星，如图2所示，由潍柴研发的新一代诊断工具，具有发动机诊断、整车功能标定、数据刷写等功能。

4.2 实验方案确定

本次实验采用控制变量对比实车实验方案，根据理论和原理分析得出，进气压力低可能是由空气滤清器阻力大、中冷器阻力大或排气系统阻力大导致的。故分别进行三次对比实验，根据实验结果来分析原因。

4.3 实验结果测量

通过与潍柴智多星数字信号采集装置可以测量出发动机的测试工况数据，其中进气压力的直观分析图可以体现出进气压力大小的变化。在空气滤清器阻力对比实验和中冷器阻力对比实验中，进气压力直观分析图变化不大，则进气压力大小变化不明显。而在排气系统阻力对比实验中，排气管尺寸加大前后，即100mm排气管和120mm排气管的进气压力变化明显，如图3所示。

5 实验结果分析

5.1 空气滤清器阻力对比实验分析

空气滤清器是进气系统的核心部件，既是性能部件，又是功能部件，其过滤效率、进气阻力等性能参数直接影响发动机的动力性、燃油经济性、使用可靠性和耐久性等。阻力过高会降低发动机的动力性。对柴油机还会增加烟度。[6]经过对比发现，我司空气滤清器滤芯尺寸（2840）远小于竞品的尺寸（3348），空气滤清器阻力较大可能为主要原因。结合我司现有资源，选用我司DFWD31空气滤清器作为验证空气滤清器，该空气滤清器滤芯无论从过滤类型，还是空气滤清器滤芯尺寸均优于竞品，但通过控制变量对比实验，实验结果不慎理想，故空气滤清器阻力较大，增压器的压轮负载较大不是汽车“来油慢”的主要原因，更改空气滤清器芯尺寸不是最佳解决方法，所以没有采用。

5.2 中冷器阻力对比实验分析

中冷器作为柴油发动机进气系统重要的装置，是增压柴油机正常运转不可缺少的一部分。通过采用中冷技术，不但可以提高发动机功率，还可以降低发动机的热负荷和排气温度，增压空气流经中冷器铜散片间的空隙，将热量传递给散热片后，其温度降到满足排放要求的目标值，稳压后再进入气缸。而流经中冷器的空气阻力应尽可能低，否则影响到柴油机的功率和性能。[7]經过对比发现，我司中冷器尺寸和竞品的尺寸相当，可定为次要原因。通过更换阻力较小的中冷器（进气阻力由10kpa降低至5kpa，冷却能力有一定牺牲，但实验效果不明显，进气压力并无增加，司机主管感受无提升。所以更改阻力小的中冷器不是汽车“来油慢”的解决方法，故没有采用。

5.3 排气系统阻力对比实验分析

为了保证排气系统正常工作，必须使所设计的排气系统的总阻力小于发动机正常工作所允许的最大阻力，排气系统的阻力取决于管路的形状、管路的平滑度、管路的尺寸、弯管类型等因素，还与选用的空气滤清器和消声器自身的阻力有关。根据流体力学理论，流体沿管路流动时，由于管理的摩擦和管路形状变化等原因，在管路内流动会产生一定的阻力，导致流体的能量损失。[8]而管路的尺寸很大程度上影响着排气系统的阻力大小。为此我们将排气管直径由100mm加粗至120mm后进行实验，进气压力由260kpa提升至275kpa，提升明显，且司机反馈效果较好。

6 结论

通过以上三次控制变量对比实车实验验证，结果发现更换大空气滤清器、降低中冷器进气阻力的效果均不太理想，司机主观感受也不太好。而加粗排气管的同时取消消音器，效果明显，司机反馈效果较好。故加粗排气管并取消消音器可作为“来油慢”、“没冲劲”等主观感受问题的解决方案。

参考文献：

[1]张晨，李博韬.基于AVL CRUISE的某非公路矿用自卸车动力传动系匹配分析[J].现代车用动力，2015.

[2]张文明，杨耀东.非公路自卸车[J].专用汽车，2013.

[3]贺继红.宽体自卸车：非道路自卸车市场的宠儿[J].专用汽车，2011.

[4]王浒，尧命发，郑尊清，等.多次喷射与EGR耦合控制对柴油机性能合排放影响的试验研究[J].内燃机学报，2010.

[5]史文库，姚为民.汽车构造[M].北京：人民交通出版社，2013.

[6]余志生.汽车理论（第3版）[M].机械工业出版社，2000.

[7]刘惟信.汽车设计[M].北京：清华大学出版社，2001.

[8]苏国萃.起重运输车辆发动机进排气系统的设计计算[J].起重运输机械，2008.