楊位東　馬露　陳震　趙志強

摘 要：隨著《GB 20891-2014 非道路移動機械用柴油機排氣污染物排放限值及測量方法（中國第三、四階段）》的推出，原有大泵發(fā)動機逐漸被高壓共軌發(fā)動機淘汰。在切換過程中，司機們紛紛表示高壓共軌發(fā)動機沒有大泵發(fā)動機有勁，然而通過比較各發(fā)動機公司提供的發(fā)動機性能數(shù)據(jù)單發(fā)現(xiàn)，高壓共軌發(fā)動機的輸出扭矩較大泵發(fā)動機的輸出扭矩更大。通過進一步調(diào)研發(fā)現(xiàn)，司機反饋的現(xiàn)象為“起步?jīng)]勁”、“起步來油慢”，本文將以搭載濰柴發(fā)動機WP12G460E310發(fā)動機的徐工非道路寬體自卸車為試驗及分析對象，全面解析“來油慢”問題并提出解決方案。通過實驗對比發(fā)現(xiàn)，加大排氣管直徑并取消消音器可解決“來油慢”問題，且效果明顯。

關(guān)鍵詞：非道路寬體自卸車 發(fā)動機 進氣壓力 來油慢

1 引言

非公路寬體自卸車是一種具有中國特色，基于重型自卸車而演化出的一種非道路運輸車輛。[1]該類型車輛普遍采用傳統(tǒng)自卸車動力傳動系統(tǒng)，并通過將車架加強，底盤和車廂加高、加寬，在提高運輸效率的同時，保障車輛的穩(wěn)定性、通過行等性能。[2]在礦區(qū)運輸?shù)能囕v主要應(yīng)用于水泥礦山土方剝離層的運輸，且大多屬于短途坑道作業(yè)，且超載現(xiàn)象嚴(yán)重，所以這就要求非公路寬體自卸車有較強的動力性。[3]根據(jù)我司服務(wù)部反饋，有我司七臺XG90（其中四臺為DFW715，三臺為DFW814）存在沖勁不足問題，通過分析現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)，并做了一系列準(zhǔn)備工作后，前往礦區(qū)進行調(diào)研。通過分析車輛的運行狀況，提出解決方案，在保證車輛動力性的前提下，改善車輛“起步來油慢”情況。

2 問題描述

根據(jù)現(xiàn)場反饋的數(shù)據(jù)信息，發(fā)現(xiàn)沖勁不足的原因為發(fā)動機煙度限制，所謂發(fā)動機煙度限制為濰柴為避免因發(fā)動機進氣量不足排氣冒黑煙而修正的噴油量MAP。[4]

其主要表現(xiàn)為在猛踩油門的過程中，發(fā)動機需要逐漸提升最大輸出扭矩至當(dāng)前轉(zhuǎn)速設(shè)定值，而不是直接將最大輸出扭矩提升至最大值，提升過程大約需要2～5秒。這也符合客戶反饋無沖勁的主觀感受。

3 根本原因分析

通過數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，我司車型的煙度限制狀態(tài)數(shù)量占比為2.84%，最大進氣壓力為260kpa，雖符合濰柴匹配規(guī)范，但處于偏低水平。故可能是進氣壓力較低引起的煙度限制時間較長，為此需要對進增壓器系統(tǒng)進行分析。

在啟動及怠速的時候，發(fā)動機自然吸氣，經(jīng)空氣濾清器、渦輪增壓器壓輪、中冷器進入氣缸，做功后，廢氣經(jīng)由渦輪增壓器渦輪、排氣管及消音器排進大氣。廢氣渦輪增壓是通過發(fā)動機排出的廢氣能量推動渦輪增壓器來實現(xiàn)增壓的。[5]在踩油門的時候，氣缸吸氣量增加，排氣量也隨之大量增加，渦輪增壓器起作用，將大量氣體壓進氣缸，噴油量增加，排出的氣體進一步增加，此為正反饋系統(tǒng)，如此循環(huán)往復(fù)，直至達(dá)到發(fā)動機最大扭矩，噴油量將不再增加，系統(tǒng)達(dá)到平衡。

基于以上原理，在都可達(dá)到最大噴油量的前提下，進氣壓力較低的原因主要有以下幾點：

a空氣濾清器阻力較大，增壓器的壓輪負(fù)載較大;

b中冷器阻力較大，增壓器的壓輪負(fù)載較大;

c排氣系統(tǒng)阻力較大，增壓器渦輪負(fù)載較大。

4 改進實驗實施與驗證

4.1 實驗參數(shù)和實驗設(shè)備

本次實驗的目的是在達(dá)到最大噴油量的前提下，找出進氣壓力較低的原因，來解決“來油慢”的問題，實驗采用控制變量對比實車實驗方案。實驗場地為我國北方某礦區(qū)。實驗車型為徐工90噸非道路寬體自卸車，如圖1所示。實驗設(shè)備為濰柴智多星，如圖2所示，由濰柴研發(fā)的新一代診斷工具，具有發(fā)動機診斷、整車功能標(biāo)定、數(shù)據(jù)刷寫等功能。

4.2 實驗方案確定

本次實驗采用控制變量對比實車實驗方案，根據(jù)理論和原理分析得出，進氣壓力低可能是由空氣濾清器阻力大、中冷器阻力大或排氣系統(tǒng)阻力大導(dǎo)致的。故分別進行三次對比實驗，根據(jù)實驗結(jié)果來分析原因。

4.3 實驗結(jié)果測量

通過與濰柴智多星數(shù)字信號采集裝置可以測量出發(fā)動機的測試工況數(shù)據(jù)，其中進氣壓力的直觀分析圖可以體現(xiàn)出進氣壓力大小的變化。在空氣濾清器阻力對比實驗和中冷器阻力對比實驗中，進氣壓力直觀分析圖變化不大，則進氣壓力大小變化不明顯。而在排氣系統(tǒng)阻力對比實驗中，排氣管尺寸加大前后，即100mm排氣管和120mm排氣管的進氣壓力變化明顯，如圖3所示。

5 實驗結(jié)果分析

5.1 空氣濾清器阻力對比實驗分析

空氣濾清器是進氣系統(tǒng)的核心部件，既是性能部件，又是功能部件，其過濾效率、進氣阻力等性能參數(shù)直接影響發(fā)動機的動力性、燃油經(jīng)濟性、使用可靠性和耐久性等。阻力過高會降低發(fā)動機的動力性。對柴油機還會增加煙度。[6]經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，我司空氣濾清器濾芯尺寸（2840）遠(yuǎn)小于競品的尺寸（3348），空氣濾清器阻力較大可能為主要原因。結(jié)合我司現(xiàn)有資源，選用我司DFWD31空氣濾清器作為驗證空氣濾清器，該空氣濾清器濾芯無論從過濾類型，還是空氣濾清器濾芯尺寸均優(yōu)于競品，但通過控制變量對比實驗，實驗結(jié)果不慎理想，故空氣濾清器阻力較大，增壓器的壓輪負(fù)載較大不是汽車“來油慢”的主要原因，更改空氣濾清器芯尺寸不是最佳解決方法，所以沒有采用。

5.2 中冷器阻力對比實驗分析

中冷器作為柴油發(fā)動機進氣系統(tǒng)重要的裝置，是增壓柴油機正常運轉(zhuǎn)不可缺少的一部分。通過采用中冷技術(shù)，不但可以提高發(fā)動機功率，還可以降低發(fā)動機的熱負(fù)荷和排氣溫度，增壓空氣流經(jīng)中冷器銅散片間的空隙，將熱量傳遞給散熱片后，其溫度降到滿足排放要求的目標(biāo)值，穩(wěn)壓后再進入氣缸。而流經(jīng)中冷器的空氣阻力應(yīng)盡可能低，否則影響到柴油機的功率和性能。[7]經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，我司中冷器尺寸和競品的尺寸相當(dāng)，可定為次要原因。通過更換阻力較小的中冷器（進氣阻力由10kpa降低至5kpa，冷卻能力有一定犧牲，但實驗效果不明顯，進氣壓力并無增加，司機主管感受無提升。所以更改阻力小的中冷器不是汽車“來油慢”的解決方法，故沒有采用。

5.3 排氣系統(tǒng)阻力對比實驗分析

為了保證排氣系統(tǒng)正常工作，必須使所設(shè)計的排氣系統(tǒng)的總阻力小于發(fā)動機正常工作所允許的最大阻力，排氣系統(tǒng)的阻力取決于管路的形狀、管路的平滑度、管路的尺寸、彎管類型等因素，還與選用的空氣濾清器和消聲器自身的阻力有關(guān)。根據(jù)流體力學(xué)理論，流體沿管路流動時，由于管理的摩擦和管路形狀變化等原因，在管路內(nèi)流動會產(chǎn)生一定的阻力，導(dǎo)致流體的能量損失。[8]而管路的尺寸很大程度上影響著排氣系統(tǒng)的阻力大小。為此我們將排氣管直徑由100mm加粗至120mm后進行實驗，進氣壓力由260kpa提升至275kpa，提升明顯，且司機反饋效果較好。

6 結(jié)論

通過以上三次控制變量對比實車實驗驗證，結(jié)果發(fā)現(xiàn)更換大空氣濾清器、降低中冷器進氣阻力的效果均不太理想，司機主觀感受也不太好。而加粗排氣管的同時取消消音器，效果明顯，司機反饋效果較好。故加粗排氣管并取消消音器可作為“來油慢”、“沒沖勁”等主觀感受問題的解決方案。

參考文獻：

[1]張晨，李博韜.基于AVL CRUISE的某非公路礦用自卸車動力傳動系匹配分析[J].現(xiàn)代車用動力，2015.

[2]張文明，楊耀東.非公路自卸車[J].專用汽車，2013.

[3]賀繼紅.寬體自卸車：非道路自卸車市場的寵兒[J].專用汽車，2011.

[4]王滸，堯命發(fā)，鄭尊清，等.多次噴射與EGR耦合控制對柴油機性能合排放影響的試驗研究[J].內(nèi)燃機學(xué)報，2010.

[5]史文庫，姚為民.汽車構(gòu)造[M].北京：人民交通出版社，2013.

[6]余志生.汽車?yán)碚摚ǖ?版）[M].機械工業(yè)出版社，2000.

[7]劉惟信.汽車設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001.

[8]蘇國萃.起重運輸車輛發(fā)動機進排氣系統(tǒng)的設(shè)計計算[J].起重運輸機械，2008.