不同柴油温度对柴油机动力性能的影响.pdf

内燃机与配件w w w n r j p j c n不同柴油温度对柴油机动力性能的影响李晖,辛志,刘杰,刘英超,于佃义(潍柴动力股份有限公司,山东 潍坊 )摘要:通过试验结果研究了柴油温度对柴油机功率的影响情况.试验表明,柴油进油温度的高与低,与柴油机的燃油消耗量和功率成反比.当柴温度升高时,油泵的供油速率下降,喷油时刻的延迟,间接形成喷油提前角的滞后的现象.并且由于柴油机喷油器的喷射为体积流量,柴油机在体积流量不便的情况下,密度下降,消耗的燃油质量流量将下降.在这两种原因的影响下,柴油温度上升最终将会造成柴油机功率的下降.关键词:柴油机;油品;温度;动力性能中图分类号:T K 文献标识码:A文章编号:X()E f f e c t o fD i f f e r e n tD i e s e lT e m p e r a t u r e so nD i e s e lE n g i n eP o w e rP e r f o r m a n c eL iH u i,X i nZ h i,L i uJ i e,L i uY i n g c h a o,Y uD i a n y i(W e i c h a iP o w e rC o,L t d,S h a n d o n gW e i f a n g )A b s t r a c t:T h e i m p a c to fd i e s e lt e m p e r a t u r eo nd i e s e le n g i n ep o w e rw a ss t u d i e dt h r o u g ht h er e s u l t so ft h et e s t s T e s t sh a v e s h o w nt h a t t h eh i g ha n d l o wd i e s e l f u e l i n l e t t e m p e r a t u r e s a r e i n v e r s e l yr e l a t e d t o t h e f u e l c o n s u m p t i o na n dp o w e r o f d i e s e l e n g i n e s A s t h ew o o d t e m p e r a t u r e i n c r e a s e s,t h ep u m p sd e l i v e r y r a t ed e c r e a s e s a n dt h e i n j e c t i o nt i m ed e l a y i n d i r e c t l y f o r m s a l a t e i n j e c t i o na d v a n c e a n g l e A n db e c a u s e t h e i n j e c t i o no f t h ed i e s e l f u e li n j e c t o r s i so f av o l u m e t r i c f l o w,t h ed i e s e l e n g i n ew i l l e x p e r i e n c ead e c r e a s e i nd e n s i t ya n dt h em a s s f l o wo f f u e lc o n s u m e d i nt h ee v e n to fa ni n c o n v e n i e n tv o l u m e t r i cf l o wU n d e rt h ei n f l u e n c eo fb o t hf a c t o r s,a ni n c r e a s ei nd i e s e l f u e l t e m p e r a t u r ew i l lu l t i m a t e l yr e s u l t i nar e d u c t i o n i nd i e s e l p o w e r K e yw o r d s:D i e s e l e n g i n e;D i e s e l;T e m p e r a t u r e;P o w e rp e r f o r m a n c e作者简介:李晖(),男,山东淄博,汉族,本科,发动机性能开发及故障分析.引言柴油机作为世界上热效率最高的热力机械之一,以其良好的经济型和可靠性广泛应用于交通运输,工程机械,发电机组等各个领域.由于中国南北方气候差异,造成柴油机所处的工作环境差异巨大,确保柴油机能在各种环境下稳定高效的工作,对于不同的用户群体,有着重要的意义.发动机的功率和热效率很大程度上取决于燃烧的效果,燃烧的效果又与气缸压缩压力、气缸内温度、燃烧室形状、柴油雾化程度、喷射压力和供油提前角等因素相关.某柴油机技术条件中柴油的进油温度范围为,现实中由于柴油机的用途和环境温度的差异,柴油进油温度往往会出现高低不同.本次试验通过改变柴油进油温度,总结发动机的功率随柴油温度变化而变化的规律,分析研究了不同柴油温度对柴油机燃烧的影响.在不同柴油进油温度下,柴油机的燃烧与排放的变化,获取不同的柴油温度应用于柴油机中的试验数据,为改善燃烧、降低排放、提高动力性能提供更多的方法和途径.试验设备和试验方案 试验用发动机试验所用柴油机为W P C 直列六缸、增压中冷、机械泵柴油机,柴油机主要配置:喷油器(孔 m l/m s 锥角),增压器.主要性能参数如表所示,试验用测试仪器如表所示.表柴油机的主要技术参数压缩比活塞总排量/L缸径/mm行程/mm 超负荷功率/k W额定功率/kW额定转速/(rm i n):试验用测试台架及主要仪器)测功机系统:由测功机、传动轴、发动机支撑组成,完成发动机的固定、发动机完成试验过程中转速、扭矩测量及功率的计算.)中冷温度控制系统:台架中冷温控系统与水温控系统原理相似,为保证中冷器冷却介质温度要求,中冷温控采用二级温控.)燃油温控:采用AV L CH,最大供油循环量:L/h,温度控制范围:C,控制精度:m a x C,燃油输出压力:b a rm a x,系统功率:k W.可为燃油系统提供带有一定压力的燃油,对燃油进行放气,精确控制燃油温度.)油耗仪:采用AV L C S T,属于科里奥利质量流量式油耗仪.测量范围:k g/h,测量不确定度:可设测量时间:s最大平均次数:.科里奥利质量流量计的测量原理:当质量为m的质点以匀速V在一个围绕固定点O并以角速度旋转的管道移动时,将沿着旋转的法线方向存在一个向心力F r rm;沿着切线方向质点对管壁也产生一个反作用力,这个力就是C o r i o l i s力:年第 期公式:F c Vm旋转体的角速度;V质点在旋转体中的经向速度;m质点的质量表试验用测试仪器序号编号型号名称生产厂家N C /P L H F AA Z测功机西门子B P G A A C S 变频柜A B B Z KHX 进气空调力达 C S T油耗仪AV L C H燃油温控AV LF C D水温控湘仪由此可见,科里奥利力大小与运动物体的质量、速度成正比,即与介质的质量流量成正比.质量流量计用测量管的振动取代恒定角速度.利用科里奥利力原理测量介质的质量流量与温度、压力、粘度、电导率及介质特性无关.试验用柴油和机油燃油:国六柴油按G B ;机油:W/CH 级机油按G B 防冻液:防冻液.表试验用柴油检验结果序号项目技术指标实际数据试验方法十六烷值 G B/T 密度()/(k g/m)G B/T 、G B/T 馏程:馏出温度/馏出温度/馏出温度/G B/T 氧化安定性总不溶物/(m g/L)不大于 S H/T 硫含量/m g/k g不大于 S H/T 酸度/(m g K H/m L)不大于 G B/T 蒸余物残碳(质量分数)/不大于 G B/T 灰分(质量分数)/不大于 G B/T 铜片腐蚀(,h)/级不大于 aG B/T 水分(质量分数)/不大于 无S H/T 机械杂质无无G B/T 运动粘度()/(mm/s)不大于 G B/T 凝点/S H/T 闪点(闭口)/不低于 G B/T 多环芳烃(质量分数)不大于 S H/T 润滑性校正磨斑直径()/u m不大于 S H/T 脂肪酸甲酯(体积分数)/不大于 G B/T 总污染物含量/(m g/k g)不大于 G B/T 柴油温度、体积变化影响物体受热膨胀时,其体积变化通常满足VtV(t),上式中:Vt物体在温度t时的体积;V物体的体积,t表示摄氏温度;组成该物体的物质的体膨胀系数,柴油在 膨胀系数为 /.当温度变化时,根据体积膨胀公式可得出柴油体积变化公式:V V t假设柴油体积为 L,当温度为 时,由表油品检测结果可知柴油密度为 k g/m,当温度变化为、时,柴油体积受温度的变化情况如表所示.表试验用温度柴油变化影响序号温度变化()体积流量变化(L/h)质量流量变化(k g/h)试验方案)试验样机上台架,发动机在进气温度 ,大气湿度 ,大气压力 k P a,中冷器冷却介质温度 的标准试验环境下运行,采集频率 H z,按照技术条件控制燃油进油温度 ,调整机械泵供油量,确认发动机状态.)按照发动机边界条件,调整进气阻力、排气背压、中冷后温度、中冷压降参数,试验前进行逐一比对,保证试验前后状态一致.试验台架采用转速/油门控制模式,发动机运行 r/m i n额定功率点试验,并固定油门位置.燃油温度从 开始,升温步长为,直至到燃油温度为.发动机稳定分钟后,测量发动机转速、扭矩、油耗量等相关试验数据,并计算发动机燃油消耗率B S F C.)试验台架采用转速/油门控制模式,调整柴油机到 的油门位置,调整机械泵供油量,并固定油门位置进行 超负荷功率点试验.燃油温度从 开始,升温步长为,直至到燃油温度为.发动机稳定分钟后,测量发动机转速、扭矩、油耗量等相关试验数据,并计算发动机燃油消耗率B S F C.)分别控制燃油温度在 和,验证中冷后温度 和 的标定转速功率变化.柴油机试验结果 测点位置试验过程中中冷后温度传感器垂直安装在冷后进气内燃机与配件w w w n r j p j c n管路直管段上,传感器感应体位于管路的中心位置,距中冷器出气口 mm处.燃油温度传感器垂直安装在柴油机进油管路上,尽量靠近柴油机的进油口 mm,传感器感应体位于管路的中心位置.其中中冷后温度在进气歧管末端和中冷器边罩上各加了一个测点.燃油温度控制对功率的影响)柴油机额定工况下(见图),中冷后进气温度控制固定范围内,当柴油进油温度在 时油耗量为 k g/h,功率 k W;随着温度的上升,柴油机的油耗量和功率均呈下降趋势,当柴油进油温度在 时油耗量为 k g/h,功率 k W.与 相比,油耗量下降 k g/h,降幅为 ,功率下降 k W,降幅为 .)柴油机超负荷工况下(见图),中冷后进气温度控制固定范围内,当柴油进油温度在 时油耗量为 k g/h,功率 k W;随着温度的上升,柴油机的油耗量和功率均呈下降趋势,当柴油进油温度在 时油耗量为 k g/h,功率 k W.与 相比,油耗量下降 k g/h,降幅为 ,功率下降 k W,降幅为 .燃油温度对功率的影响结果见表.表不同燃油温度下的功率结果序号转速/(r/m i n)燃油温度/油耗量/(k g/h)功率/kW中冷后气温位置/中冷后气温位置/注:燃油温度在 以下时,燃油温度稳定时间过短,仅供参考;注:中冷后温度测量位置有个位置,具体见图.图额定功率工况图 超负荷功率工况 中冷后温度变化对功率的影响当燃油温度在 和 时,分别控制中冷后气温 和,发动机油耗量和功率均无较大的变化.所以在本次试验中,功率的差异主要是由柴油进油温度的变化而造成的,具体结果见表.表不同中冷后温度对功率的影响序号转速/(r/m i n)燃油温度/油耗量/(k g/h)功率/k W中冷后气温位置/中冷后气温位置/结论)密度是柴油重要的指标参数之一,柴油的密度随着温度升高而降低,密度的大小直接影响柴油的喷射特性.由于柴油机喷油器的喷射为体积,柴油机在体积流量不便的情况下,流量密度大,进入燃烧室的柴油质量增多,发动机功率升高;密度小,进入燃烧室的柴油质量减少,发动机功率降低.)随着柴油温度的升高,柴油的声速、密度、弹性模量均下降,而可压缩性升高.由于试验柴油机为直列机械泵燃油系统,对于柴油的可压缩性的变化,影响较大.当柴温度升高时,油泵的供油速率下降,喷油时刻的延迟,间接形成喷油提前角的滞后的现象.在这两种原因的影响下,柴油温度上升最终将会造成柴油机功率的下降.参考文献:蒋德明,内燃机燃烧与排放学,西安:西安交通大学出版社,现代内燃机排气污染物的测量与控制李勤编著机械工业出版社 王岩,不同环境压力和温度下柴油雾化特性的实验研究 北京:北京交通大学,张永良,油品温度密度曲线在油流量计量中的应用,北京:计量技术,()何旭,柴油温度对燃烧火焰温度和碳烟生成的影响,北京:内燃机学报,()