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（1-寧波吉利羅佑發(fā)動機零部件有限公司 浙江 寧波 315336 2-浙江吉利動力總成有限公司）

引言

隨著國家排放及油耗法規(guī)越來越嚴格，發(fā)動機技術也在不斷革新，催生了發(fā)動機零部件的電氣化及精確控制?；钊鋮s噴嘴也從之前的機械式噴嘴（柱塞式機械噴嘴或球閥式機械噴嘴）演變出來采用電控閥控制的電控噴嘴[1]。

本文從電控活塞冷卻噴嘴的節(jié)油和降排原理以及在發(fā)動機試驗臺架上進行的試驗，來闡述其對油耗及排放影響。

1 電控活塞冷卻噴嘴節(jié)油原理

本節(jié)從一款典型的采用二級可變排量機油泵的汽油機來闡明電控活塞冷卻噴嘴相對于機械噴嘴的節(jié)油原理（圖1 上數值僅供示意用）。

圖1 節(jié)油原理圖

線a：發(fā)動機外特性線

線b：變排量機油泵高低壓切換線&機械噴嘴開啟關閉分界線

根據機械噴嘴的特性，低壓模式下，機械噴嘴關閉。高壓模式下，機械噴嘴開啟。

線c：電控活塞冷卻噴嘴開啟關閉分界線

曲線c 為根據發(fā)動機爆震邊界，標定出來的最佳油耗時電控噴嘴開啟/關閉邊界曲線（示意，具體數值根據發(fā)動機具體標定）。曲線以下工況，關閉噴嘴油耗最低。曲線以上工況，開啟噴嘴油耗最低。

從圖1 可以看出：①機械噴嘴同電控噴嘴在低速小負荷時都是關閉的特性，在高速大負荷時，都是開啟的特性。②在低速中大負荷和高速小負荷時，機械噴嘴同電控噴嘴的控制是有差異的，這個區(qū)間就是電控噴嘴比機械噴嘴省油的工況。

2 電控活塞冷卻噴嘴減排原理

發(fā)動機在啟動階段，為了縮短發(fā)動機油壓建立時間，機油泵通常要運行在高壓模式一段時間。這個時候如果采用機械活塞冷卻噴嘴的話，由于油壓高將會開啟噴油，對活塞進行強制冷卻。而此時，發(fā)動機本身還未充分熱機，活塞溫度也比較低，此時冷卻的話，將導致燃燒室溫度過低，燃燒不完全，HC 及CO 及碳顆粒增加。特別是在冬天，啟動時機油溫度很低。此時，噴嘴噴油將加劇燃燒的惡化，使排放更差[2]。

采用電控活塞冷卻噴嘴，可在發(fā)動機啟動階段主動關閉噴嘴，來降低對活塞的冷卻，保證活塞能夠更快地升溫，從而使燃燒室更快地達到正常工作溫度，降低HC、CO 及碳顆粒等排放物[3]。

3 活塞冷卻噴嘴開關對比試驗

為了實測電控活塞冷卻噴嘴對油耗及排放的影響，特在發(fā)動機臺架上進行了相關試驗驗證。

3.1 試驗邊界條件

測試發(fā)動機基本參數如表1 所示。

表1 測試發(fā)動機基本參數

3.1.1 發(fā)動機油耗對比測試

分別測試不同工況點開啟活塞噴嘴和關閉活塞冷卻噴嘴的最佳油耗（調整相應點火角），并對油耗差異進行對比，來研究噴嘴開關對油耗的影響。

3.1.2 發(fā)動機排放對比測試

分別測試WLTC 循環(huán)下開啟活塞噴嘴和關閉活塞冷卻噴嘴的排放數值，并對排放結果進行對比，來研究噴嘴開關對發(fā)動機排放的影響。

3.2 試驗結果分析

3.2.1 油耗影響分析

圖2 所示為發(fā)動機熱力學開發(fā)工況點的油耗對比分析：發(fā)動機在低速小負荷工況下，關閉活塞冷卻噴嘴將帶來約1 g/（kW·h）的油耗收益，在中高速大負荷工況下，開啟活塞冷卻噴嘴將帶來約1.5 g/（kW·h）的油耗收益。

圖2 熱力學開發(fā)工況點油耗對比

圖3 所示為1 500 r/min-無EGR 工況點油耗對比分析：發(fā)動機在1 500 r/min 小負荷工況下（BMEP 0.6 MPa 以下），開啟或關閉活塞冷卻噴嘴對油耗影響不大。在BMEP 0.6 MPa 以后，隨著負荷的增加，開啟活塞冷卻噴嘴帶來的油耗收益將逐漸增加，在1.2 MPa 時達到了17.2 g/（kW·h）的油耗收益。

圖3 1 500 r/min-無EGR 工況點油耗對比

圖4 所示為2 000 r/min-無EGR 工況點油耗對比分析：發(fā)動機在2 000 r/min 小負荷工況下（BMEP 0.9 MPa 以下），開啟或關閉活塞冷卻噴嘴對油耗影響不大。在BMEP 0.9 MPa 以后，隨著負荷的增加，開啟活塞冷卻噴嘴帶來的油耗收益將逐漸增加，在1.5 MPa 時達到了25 g/（kW·h）的油耗收益。

圖4 2 000 r/min-無EGR 工況點油耗對比

圖5 所示為2 500 r/min-無EGR 工況點油耗對比分析：發(fā)動機在2 500 r/min 小負荷工況下（BMEP 0.9 MPa 以下），開啟或關閉活塞冷卻噴嘴對油耗影響不大。在BMEP 0.9 MPa 以后，隨著負荷的增加，開啟活塞冷卻噴嘴帶來的油耗收益將逐漸增加，在1.8 MPa 時達到了10.8 g/（kW·h）的油耗收益。

圖5 2 500 r/min-無EGR 工況點油耗對比

3.2.2 排放影響分析

如圖6～圖8 所示，展示了WLTC 循環(huán)排放測試中，THC,CO 和PC 碳顆粒排放的瞬時值及累積值?？梢钥闯鲫P閉噴嘴比開啟噴嘴排放值低，其累積值主要差異在前120 s 形成（發(fā)動機冷機階段），其最終差異在25%左右。

圖6 WLTC 循環(huán)THC 測試結果

圖7 WLTC 循環(huán)CO 測試結果

圖8 WLTC 循環(huán)PC 碳顆粒測試結果

4 結論

1）在低速中大負荷和高速小負荷時，電控噴嘴比機械噴嘴省油。

2）采用電控活塞冷卻噴嘴，可在發(fā)動機啟動階段，降低HC、CO 及碳顆粒等排放物。

3）從臺架油耗測試結果可以看出開啟噴嘴和關閉噴嘴在各個工況下的油耗差異值，從而可以間接反映出電控噴嘴和機械噴嘴在差異控制工況下油耗改善。

4）從臺架排放測試結果可以看出關閉噴嘴比開啟噴嘴排放值低，其累積值主要差異在前120 s 形成（發(fā)動機冷機階段）。