基于進排氣壓比的柴油機充氣效率測定方法

本文格式為Word版，下載可任意編輯——基于進排氣壓比的柴油機充氣效率測定方法常用的充氣效率計算

發(fā)動機的充氣效率是指發(fā)動機在當(dāng)前進氣壓力和溫度下實際進氣量與理論進氣量的比值。針對已定的發(fā)動機，充氣效率的測量最終都歸結(jié)于總進氣量的測量。進氣量方法有：壓力波法、流量法和根據(jù)節(jié)氣門開度的計算。壓力波法是用對進氣沖程中的壓力波進行積分求得，在現(xiàn)實的發(fā)動機運轉(zhuǎn)中很難應(yīng)用。流量法是直接用流量計測量進氣量，但在實際運用過程中由于布置的關(guān)系只能安裝在空氣濾清器后，因此只能測量新鮮進氣量，無法測量進氣發(fā)動機的總進氣量。而根據(jù)節(jié)氣門開度計算進氣量的方法在柴油機上也無法應(yīng)用：①節(jié)氣門在EGR回路之前，無法計算通過EGR部分的流量；②柴油機在正常工況下節(jié)氣門常開，只有在DPF（柴油機顆粒捕集器Dieselparticulatefilter）主動再生時才會有動作。

1.2基于進排氣壓比的充氣效率計算

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可以預(yù)計進氣管質(zhì)量流量：

（1）

其中：

為發(fā)動機單缸進氣量，kg/str；為發(fā)動機進氣歧管絕對壓力，hpa；為發(fā)動機單缸容積m3；為發(fā)動機進氣效率；為發(fā)動機進氣歧管絕對溫度，K；為氣體常數(shù)，287.05J/kg·K。

根據(jù)公式（1），充氣效率無法直接測得，需要間接計算得到。

發(fā)動機總進氣量為：

（2）

其中：

為發(fā)動機進氣量，kg/s；為動機單缸進氣量，kg/str；為動機轉(zhuǎn)速，rpm；為氣缸數(shù)；為單缸做功的循環(huán)數(shù)（四沖程機為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)動機充氣效率；為發(fā)動機進氣量，kg/s；為發(fā)動機進氣歧管絕對溫度，K；為氣體常數(shù)，287.05J/kg·K；為單缸做功的循環(huán)數(shù)（四沖程機為2）；為發(fā)動機進氣歧管絕對壓力，hpa；為發(fā)動機單缸容積，m3；為發(fā)動機轉(zhuǎn)速，rpm；為氣缸數(shù)。

2試驗設(shè)備及方案

本文的研究對象是匹配輕型車的高壓共軌國五柴油機，采用VNT+電控EGR空氣系統(tǒng)以及DOC+DPF后處理方案，裸機排放達到國四水平。發(fā)動機主要參數(shù)，見表1。發(fā)動機臺架為AVL電力測功機，臺架布置，如圖1所示。

圖1臺架布置圖

3試驗過程

基于進排氣壓比的測量方法測定其在發(fā)動機所有工況的充氣效率，需測量的參數(shù)，見表2。

當(dāng)EGR關(guān)閉時，通過空氣流量計的進氣量即為發(fā)動機總進氣量，本次試驗時關(guān)閉EGR，因此公式（3）中的發(fā)動機進氣量就可以通過空氣流量計直接測得。其他參數(shù)可以通過相關(guān)傳感器直接測得。測試模型數(shù)據(jù)，見表3。

發(fā)動機正常熱機后依照下面工況進行掃點。

4試驗結(jié)果與分析

依照上述的測試模型測量終止后，將實際測量參數(shù)和發(fā)動機相關(guān)參數(shù)帶入公式（3）計算得到各工況點充氣效率，以3600n/min為例。充氣效率計算值，見表4。

由于渦前壓力表征著排氣阻力，也會影響充氣效率，因此在實際應(yīng)用中充氣效率不是根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和進氣壓力讀取，而是根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、進排氣壓比讀取的充氣效率，如圖2所示。

圖2基于進排氣壓比的充氣效率

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

圖3充氣效率偏差

5結(jié)語

本文從充氣效率的定義出發(fā)，提