印志強 劉翀 任憲豐 王懷寬 周飛章

摘要：柴油機的性能開發(fā)是影響其排放控制技術(shù)及發(fā)動機耐久性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而且我國現(xiàn)階段提出的非道路三階段排放標(biāo)準(zhǔn)需要進一步降低柴油機的NOX+HC排放和PM排放，于是對柴油機整體性能的開發(fā)就顯得愈加重要。本文通過定性定量分析陸用發(fā)電柴油機的三階段排放性能，闡述了非道路三階段陸用發(fā)電用柴油機性能開發(fā)過程，通過分析試驗結(jié)果，做出調(diào)整方向，滿足排放、動力性、匹配方面更加優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：非道路三階段;排放;性能開發(fā);匹配

中圖分類號：U664.121? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）14-0015-02

0? 引言

自2014年10月1日起，凡進行排氣污染物排放型式核準(zhǔn)的非道路移動機械用柴油機都必須符合《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）》的第三階段要求。對柴油機的污染物排放限值加嚴(yán)，并且修改采用了歐盟2004/26/EC中關(guān)于各功率段耐久性的要求。

1? 中國非道路三階段排放法規(guī)及陸用發(fā)電柴油機的排放認(rèn)證工況

通過表1-非道路二階段和表2-非道路三階段的排放限值對比，NOX和HC總和的限值在中國非道路三階段有明顯的降低，PM限值只在37kW以下機型有降低，CO限值在37kW以下機型有降低，非道路三階段同時增加了560kW以上機型的排放與顆粒物的限值要求。

根據(jù)“GB/T 8190.4-2010《往復(fù)式內(nèi)燃機 -排放測量-第4部分：不同用途發(fā)動機的穩(wěn)態(tài)試驗循環(huán)》”，陸用發(fā)電柴油機的排放認(rèn)證工況循環(huán)應(yīng)遵循D2五工況排放試驗循環(huán)，見表3。

2? 陸用發(fā)電柴油機噴油器試驗選型

對WPX柴油機進行陸用發(fā)電用途三階段排放性能開發(fā)試驗，柴油機主要參數(shù)見表4，系統(tǒng)配置見表5。

為保證柴油機的出廠一致性，將NOX+HC的限值降低到3.6g/kWh（10%的工程指標(biāo)余量），PM的限值降低到0.16g/kWh（20%的工程指標(biāo)余量）。

試驗前，通過性能仿真手段優(yōu)化出兩種噴油器，件號分別是A和B，根據(jù)噴油結(jié)束時刻計算結(jié)果和排放結(jié)果進行噴油器優(yōu)化選型，噴油器參數(shù)見表6。

通過摸底試驗，排放結(jié)果和額定工況機械限值匯總以圖示形式展示，見圖1，綜合考量對比NOX+HC排放，PM排放，燃油綜合比油耗，渦輪前排溫等參數(shù)，A噴油器在燃油經(jīng)濟性、排放指標(biāo)等優(yōu)于B噴油器。

3? 陸用發(fā)電柴油機性能開發(fā)需要注意的問題

噴油器選型之后，在A噴油器的配置下，進行了性能開發(fā)試驗，在試驗過程中匯總了需要注意的問題。

3.1 機械限值

額定工況下中冷前氣壓、爆發(fā)壓力超技術(shù)條件限值，無論1500r/min還是1800r/min，由于在上止點附近開始噴油，導(dǎo)致有后燃，排氣能量增大，增壓器轉(zhuǎn)速升高，從而壓端進氣流量增大，導(dǎo)致缸內(nèi)純壓縮壓力升高，大于缸內(nèi)的燃燒壓力，最大缸內(nèi)壓力并不是燃燒壓力。

根據(jù)Kistler燃燒分析儀測量數(shù)據(jù)：1500r/min和1800r/min機型額定工況燃燒始點AI05（燃燒始點）的位置出現(xiàn)在上止點后13～14°CA，而最大缸壓，即圖2、圖3的p-？準(zhǔn)示功圖中的第一個波峰位置位于上止點附近，所以，最大缸內(nèi)壓力并不是燃燒壓力。由于缸內(nèi)最大壓力（壓縮壓力）出現(xiàn)在上止點左右，會導(dǎo)致在活塞上行過程中阻力加大，不利于燃油消耗的經(jīng)濟性。

3.2 增壓器性能方面

陸用發(fā)電柴油機的性能開發(fā)需要兼顧兩種轉(zhuǎn)速1500r/min和1800r/min，對于固定截面增壓器難度很大，1500r/min中高負荷進氣流量小，過量空氣系數(shù)低，導(dǎo)致排溫高，而1800r/min中高負荷進氣流量大，壓氣機出口溫度有超過許用限值的風(fēng)險。通過本次試驗研究，建議陸用發(fā)電柴油機在后期性能開發(fā)過程中需要匹配可變截面的增壓器。

3.3 風(fēng)扇水箱匹配方面

由于陸用發(fā)電機型需要具有在環(huán)境溫度50-60°C極限環(huán)境下工作的能力，故在試驗室模擬了極限環(huán)境溫度匹配風(fēng)扇水箱之后的熱平衡試驗。

渦輪后排溫限值為560±10℃，壓端出口氣溫限值為200～210℃;發(fā)動機匹配風(fēng)扇水箱的性能隨環(huán)境溫度變化的試驗結(jié)果見表7。

表7 中顯示，隨著壓氣機進氣溫度的升高，1500r/min機型渦輪后排溫先到達限值，1800r/min機型壓端出口氣溫先到達限值，以此為參考基準(zhǔn)，我們在實際生產(chǎn)使用時需要降低其功率，規(guī)避超過增壓器使用限值的風(fēng)險。

4? 結(jié)束語

對于陸用發(fā)電柴油機的三階段性能開發(fā)，對噴油器選型、增壓器的選用和匹配是非常重要的一個階段，通過本次性能開發(fā)試驗研究，建議：①優(yōu)化燃燒室結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的噴油策略，加快燃燒速率，降低缸內(nèi)的壓縮壓力，減小負功，提高燃油經(jīng)濟性;②陸用發(fā)電柴油機需要匹配可變截面的增壓器，提高1500r機型中高負荷的進氣充量，從而降低排氣溫度;降低1800r機型中高負荷的進氣充量，降低壓氣機出口溫度，提高壓氣機的使用壽命，從而在風(fēng)扇水箱匹配過程中，機型不會因為排溫和壓端溫度的原因降低功率，提高產(chǎn)品的可靠性。

參考文獻：

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