基于進(jìn)排氣壓比的柴油機(jī)充氣效率測(cè)定方法

本文格式為Word版，下載可任意編輯——基于進(jìn)排氣壓比的柴油機(jī)充氣效率測(cè)定方法常用的充氣效率計(jì)算

發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率是指發(fā)動(dòng)機(jī)在當(dāng)前進(jìn)氣壓力和溫度下實(shí)際進(jìn)氣量與理論進(jìn)氣量的比值。針對(duì)已定的發(fā)動(dòng)機(jī)，充氣效率的測(cè)量最終都?xì)w結(jié)于總進(jìn)氣量的測(cè)量。進(jìn)氣量方法有：壓力波法、流量法和根據(jù)節(jié)氣門開(kāi)度的計(jì)算。壓力波法是用對(duì)進(jìn)氣沖程中的壓力波進(jìn)行積分求得，在現(xiàn)實(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中很難應(yīng)用。流量法是直接用流量計(jì)測(cè)量進(jìn)氣量，但在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中由于布置的關(guān)系只能安裝在空氣濾清器后，因此只能測(cè)量新鮮進(jìn)氣量，無(wú)法測(cè)量進(jìn)氣發(fā)動(dòng)機(jī)的總進(jìn)氣量。而根據(jù)節(jié)氣門開(kāi)度計(jì)算進(jìn)氣量的方法在柴油機(jī)上也無(wú)法應(yīng)用：①節(jié)氣門在EGR回路之前，無(wú)法計(jì)算通過(guò)EGR部分的流量；②柴油機(jī)在正常工況下節(jié)氣門常開(kāi)，只有在DPF（柴油機(jī)顆粒捕集器Dieselparticulatefilter）主動(dòng)再生時(shí)才會(huì)有動(dòng)作。

1.2基于進(jìn)排氣壓比的充氣效率計(jì)算

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可以預(yù)計(jì)進(jìn)氣管質(zhì)量流量：

（1）

其中：

為發(fā)動(dòng)機(jī)單缸進(jìn)氣量，kg/str；為發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力，hpa；為發(fā)動(dòng)機(jī)單缸容積m3；為發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣效率；為發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管絕對(duì)溫度，K；為氣體常數(shù)，287.05J/kg·K。

根據(jù)公式（1），充氣效率無(wú)法直接測(cè)得，需要間接計(jì)算得到。

發(fā)動(dòng)機(jī)總進(jìn)氣量為：

（2）

其中：

為發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量，kg/s；為動(dòng)機(jī)單缸進(jìn)氣量，kg/str；為動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，rpm；為氣缸數(shù)；為單缸做功的循環(huán)數(shù)（四沖程機(jī)為2）。

將公式（2）帶入公式（1）得到所有與充氣效率相關(guān)的因子的公式：

（3）

其中：

為發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效率；為發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量，kg/s；為發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管絕對(duì)溫度，K；為氣體常數(shù)，287.05J/kg·K；為單缸做功的循環(huán)數(shù)（四沖程機(jī)為2）；為發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力，hpa；為發(fā)動(dòng)機(jī)單缸容積，m3；為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，rpm；為氣缸數(shù)。

2試驗(yàn)設(shè)備及方案

本文的研究對(duì)象是匹配輕型車的高壓共軌國(guó)五柴油機(jī)，采用VNT+電控EGR空氣系統(tǒng)以及DOC+DPF后處理方案，裸機(jī)排放達(dá)到國(guó)四水平。發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)，見(jiàn)表1。發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架為AVL電力測(cè)功機(jī)，臺(tái)架布置，如圖1所示。

圖1臺(tái)架布置圖

3試驗(yàn)過(guò)程

基于進(jìn)排氣壓比的測(cè)量方法測(cè)定其在發(fā)動(dòng)機(jī)所有工況的充氣效率，需測(cè)量的參數(shù)，見(jiàn)表2。

當(dāng)EGR關(guān)閉時(shí)，通過(guò)空氣流量計(jì)的進(jìn)氣量即為發(fā)動(dòng)機(jī)總進(jìn)氣量，本次試驗(yàn)時(shí)關(guān)閉EGR，因此公式（3）中的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量就可以通過(guò)空氣流量計(jì)直接測(cè)得。其他參數(shù)可以通過(guò)相關(guān)傳感器直接測(cè)得。測(cè)試模型數(shù)據(jù)，見(jiàn)表3。

發(fā)動(dòng)機(jī)正常熱機(jī)后依照下面工況進(jìn)行掃點(diǎn)。

4試驗(yàn)結(jié)果與分析

依照上述的測(cè)試模型測(cè)量終止后，將實(shí)際測(cè)量參數(shù)和發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)帶入公式（3）計(jì)算得到各工況點(diǎn)充氣效率，以3600n/min為例。充氣效率計(jì)算值，見(jiàn)表4。

由于渦前壓力表征著排氣阻力，也會(huì)影響充氣效率，因此在實(shí)際應(yīng)用中充氣效率不是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣壓力讀取，而是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)排氣壓比讀取的充氣效率，如圖2所示。

圖2基于進(jìn)排氣壓比的充氣效率

在臺(tái)架上進(jìn)行充氣效率的驗(yàn)證，結(jié)果顯示充氣效率的偏差小于5%，如圖3所示，基于進(jìn)排氣壓比的柴油機(jī)充氣效率測(cè)定方法可行，且滿足工程應(yīng)用要求。

圖3充氣效率偏差

5結(jié)語(yǔ)

本文從充氣效率的定義出發(fā)，提