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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 汽车用涡轮增压柴油机高原性能的讨论1.上海交通高校,上海叶林保1,杨 林1,高治宏2无锡 214026 200030；2.一汽解放公司无锡柴油机分公司,江苏摘要针对高海拔地区特别环境,涡轮增压柴油机在海拔20m、2200m、3800m进行了实地台架及道路试验；随着海拔上升,涡轮增压柴油机的动力性、经济性、牢靠性等指标都会恶化,但实行适当措施,可以明显削减恶化程度；把最大扭矩点置于增压器压气机最高效率区,而额定功率点效率应在 66%左右,能够提高柴油机高原综合性能；提高压缩比和起动机功率是保证高原起动性能的有效方法；Research of hig
2、hland performance of turbo-charged diesel engine for automobile Linbao Ye 1,Lin Yang 1,Zhihong Gao 2）1. Shanghai Communication University, Shanghai 200030, China ；2.FAW Wuxi Diesel Engine Factory ,Wuxi 214026 ,China Abstract:According to the especially environmentalat high altitudes, the turbo-charg
3、ed diesel engine have completed the bench test and road test at an altitude of 20m、2200m、3800m.with the elevation increasing. The power 、economy and reliability of turbo-charged diesel engine can worsen. But the worse degree can decrease obviously with proper measure. Put the maximum torque point in
4、 the highest efficiency district of turbocharger pressure boost , and a efficiency of rated power should be around 66% , that can raise the diesel engine integral performance at high altitudes .It is the effective method of guaranteeing startability at high altitudes to raise compression ratio and s
5、tarter power. Key words: turbo-charged diesel engine； highland； performance引言 机油温度的冷却掌握等；我国幅员广阔,地势复杂,整个陆地 版图是东低西高,且西部路况较差,山多2000 年 2002 年,无锡柴油机厂与机 械部西宁高原工程机械讨论所合作,无锡坡陡；我国陆地面积中,海拔 1000m 以上 柴油机厂 6110ZL 型柴油机在 20m、2200m的占 58%,海拔 2000m以上的占 33%,海拔 及 3800m 三种不同海拔环境下进行了实地3000m 以上的占 26%；随着我国西部大开发 台架试验； 2003
6、年冬季,搭载无锡柴油机的进行,西部汽车市场快速增大,汽车流 动性加大,使用情形更复杂,因而高原用 柴油机的性能成为中国柴油机市场上各厂 家必需解决的问题；由于高原柴的特别气候环境,油机必厂 6110ZL 型柴油机的一汽军车为了考核汽 车在青藏高原的综合使用性能,在整个青 藏地区进行了广泛的道路试验；本文就是 通过对这两次高原试验的分析和讨论,探 讨涡轮增压柴油机的主要性能随海拔变化须解决以下几方面的问题：的规律和特点；（1）动力性：额定功率及低速扭矩；（2）经济性：燃油消耗率；1、海拔高度对柴油机的影响 大气参数、水的沸点都会随海拔高度（3）牢靠性：耐久性及性能的稳固 变化而变化,见表 1；随
7、着海拔上升,大性；气压力下降,空气的密度、空气的单位含（4）低温运行性能；（5）环保性：低尾气排放；（6）其它：烟度,柴油机冷却性能,氧量也均降低；这些将使燃烧恶化,造成 功率下降、油耗上升,排气烟度变黑；大 量试验统计结果说明,自然吸气发动机,1 / 5 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 海 拔 每 升 高l 000m 功 率 约 下 降8%高,空气变得淡薄,柴油机实际进气量减10,外特性最低比油耗增加3 4；少导致气缸内压缩终了压力、温度降低,采纳涡轮增压后,由于增压器有肯定补偿 作用,增压柴油机的功率,随海拔上
8、升而起动困难,燃烧恶化,排气温度上升,增 压器进气折合流量增加,增压器转速增下降的幅度相对较小；因此,为使发动机加,柴油机输出的有效功削减,零部件热在高原工作时复原其原有的功率,采纳涡负荷变大,给柴油机使用寿命带来不利影轮增压是行之有效的方法；但对于增压柴油机,由于随着海拔升响；因此在高原使用的发动机,必需在开 发 阶 段 就 按 高 原 条 件 进 行 考 核 ；表 1 大气参数、水的沸点与海拔变化对应关系海拔 /m 大气压力 /kPa 水沸点 / 备注0 101.3 100 海 拔 每 升 高1000 89.7 96.8 1000m,大气2000 79.2 93.8 温度 降 低3000
9、70.1 91.2 6.5 左右4000 61.6 88.8 5000 54.0 86.7 6000 47.2 84.8 车用增压柴油机匹配运行点的挑选,主要依据汽车使用的道路条件而定,这点 各国都不一样；如美国的道路条件好,全 国的高速大路网特别密集,同时山区较 少,海拨也不高,所以他们把最大功率点 放在压气机最高效率区或次高效率区之 间,而最大扭矩点已接近喘振线；而在欧 洲,虽然欧洲的高速大路也相当发达,但 欧洲的高山、丘陵较多、汽车必需有足够模拟海拔变化试验的通用方法是通过掌握发动机进气阻力来模拟发动机不同海拔的大气压力；其与实地海拔试验相比,忽视了以下因素：a. 曲轴箱通风环境；b.水
10、的沸点随海拔变化；c. 冷却风量 110 125 发火秩序 1-5-3-6-2-4 总排量 L 7.127 标定功率 kW 170 标定转速 r/min 2300 最大扭矩 Nm 850 最大扭矩转速 r/min 1300 1500 试验样机第一在海拔 20m 的无锡依据 上升约 30 ；另外,进气折合流量增加目标使用海拔要求行了预期性能开发,然 3%,实际流量削减 5%；因此高原用涡轮增后在海拔 2206m 的西宁工程机械讨论所和 压器必需具有耐高温、超速的才能,流量海拔 3800m 的大坂山隧道收费站进行了性 范畴应针对各种使用海拔相应加大,同时能对比和改进工作；选用时要给答应使用的高海拔
11、环境留有余3.1 经济性及牢靠性工程试验 地；以往试验数据统计 1说明,开发胜利 试验实行固定油门法；主要经济性及的能适应各种海拔使用的增压柴油机,海 牢靠性指标变化见表 3、图 1、图 2；拔 每 升 高 1000m, 燃 油 消 耗 率 升 高 约1.5%；增压器转速增加约 6%；涡轮前排温表 3 6110ZL 型柴油机在相同配置下各种海拔高度外特性性能性能对比每千 M海拔 每千 M海海拔高度 m 20m 2206m 变化 3800m 拔变化标定点功率 kW）171.4 173.6 0.60% 162.4 -1.38% 标定点燃油耗率 1-2-3/4-5-6 587/566 637/618
12、 23.1 663/656 21.8 最大扭矩 N.m1400r/min 860 874 0.73% 845 -0.45% 最大扭矩点油耗率 1-2-3/4-5-6 625/611 676/669 24.7 696/666 16.5 1000r/min 时扭矩 686 652 -2.22% 608 -2.99% 相对变化均以海拔 20m 的结果为基准；试验时气温与大气压备 注 力：海拔 20m时是 38和 100.8kPa ,海拔 2026m时是 21和78.5kPa ,海拔 3800m时是 12和 62.5kPa ；900800700600m N e rqu To ke ra B500110
13、012001300140015001600 3 / 5 170021522023521002200230040022523030030024026025020028010035020004000190018001000Engine Speedr/min名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 1 6110ZL柴油机在海拔20m实线）、 2200m虚线）万有特性对比900 TorqueNm800205215210235215400220700600500220230225400230rake B22523524030030
14、0240250260260250200280280300350100350400010001100120013001400150016001700180019002000210022002300Engine Speedr/min图 2 6110ZL 柴油机在海拔20m实线）、 3800m虚线）万有特性对比从试验数据来看,由于气温的影响,时试验时间为 9 月上旬,西宁试验环境温增压器的进气补偿作用,以及在海拔 20m 度为 20,海拔 3800m的环境温度为 10时空燃比较高,因而在海拔 2206m 以下环 左右；压缩终了时空气压力 Pc 及温度 Tc境,发动机的标定功率及最大扭矩没有损 运算公
15、式2：失；即使到了海拔 3800m 的环境,标定功 Pc=P0 nm n 1）率 及 最 大 扭 矩 的 损 失 也 很 小 ； 但 Tc=T0 n-1m n-1 2）1000r/min 时的扭矩定得较高,空燃比较 P0压缩初始压力低,随海拔上升,空气已经无法满意燃料 压缩比需要,因而扭矩直线下降；试验说明,n多变指数6110ZL 型柴油机的经济性和牢靠性基本适 合在海拔 3800m以下环境使用；m=G c/Ga压缩终点时气缸内比空气量Gc、Ga压缩开头和终点时气缸内的空气但是,在海拔 3800m 时, 1000r/min 量时排温已经达到 696,接近增压器要求 T0初始温度的 700极限；
16、增压器最高转速达到了 由运算公式 1）可知,在 不变时,121700r/min, 接 近 增 压 器 安 全 转 速 压缩终了压力 Pc 与初始压力 P0 成正比；由130000r/min 的极限；假如要求在更高海 运算公式 2）可知,压缩终了温度 Tc 与初拔条件下使用,需针对使用要求进行改 始温度 T0 成正比；由表 1 的统计数据可进；知,随着海拔的上升,发动机的压缩初始3.2 冷机起动试验压力和温度都成比例下降,导致压缩终了试验中,当海拔超过 2000m 时,每次 压力和温度的相应降低；而着火温度随压冷机起动时都要冒白烟,等到热机后,白 力降低而增加3 ,当海拔达到肯定高度烟消 后,使
17、起动困难,热机时间加长,燃烧恶失,且随海拔上升,冒白烟时间延长；当化,冷机起动后大量、长时间冒黑烟,甚4 / 5 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 至白烟；4、增压中冷柴油机的高原装车道路试验6110ZL 型柴油机样机是低海拔条件下 开发的,很多高原情形考虑不足,与高原使用要求相比,压缩比较小,起动机功率依据 6110ZL 增压柴油机高原台架试验 结果,针对设计中的不足之处,改进了活塞、增压器、起动机、空气加热器等零部也偏低,在海拔超过2000m 后,起动时的件的结构参数,主要改进工作见表4；气缸内压缩空气能量已经不
18、能保证起动时的燃烧；表 4 高原用 6110ZL 主要改进工作改进工程改进前改进后压缩比 17 17.8 起动机功率 kW）5.2 5.6 平原喘振裕度1230% 增压器额定功率点效率7266% 额定扭矩点效率68% 73% 进气加热器功率W）800 1200 改进后的发动机装在一汽集团的卡车 上,在青藏高原进行了道路试验,道路最当提高压缩比和起动机功率,并依据使用 条件加装适当的冷起动装置,保证大气压高海拔最精湛过 5200m；试验结果说明,力降低情形下,仍旧有足够的冷起动着火依据台架试验改进的发动机基本达到设计 能量；要求,牢靠性、加速性、经济性、起动性能均达到设计目标；参考文献5、结论 1史绍熙、孙永平、张德庆等 . 柴油机a）为了保证涡轮增压发动机在海拔超过 设计手册M. 北京：中国农业出版社,4500m 高度下能正常工作,高原用增压柴 1984. 油机在低海拔选用增压器做试验时,应当2董静、庄志 . 汽车拖拉机发动机M .把最大扭矩点置于压气机最高效率区,而北 京 ： 机 械 工 业 出 版 社 , 1988.额定功率点效率应在 66%左右,保证增压器低速不喘振,高速不超速；b）为了保证高原发动机的起动性能,需适5 / 5 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 5 页