增壓發(fā)動機(jī)功率測試影響因素識別及控制

李榮富 呂宗鑫 劉啟安

摘要： 隨著當(dāng)今內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的發(fā)展，汽油增壓發(fā)動機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)越來越普及。增壓發(fā)動機(jī)的性能測試也越來越多，某款增壓發(fā)動機(jī)在臺架性能試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)額定功率偏低，通過分析和驗(yàn)證，找出影響測試的主要因素，并對這些影響因素進(jìn)行優(yōu)化控制，從而降低臺架因素對發(fā)動機(jī)測試功率的負(fù)面影響，提高性能測試結(jié)果，從而提高合格率。

關(guān)鍵詞：汽油增壓發(fā)動機(jī);功率測試;中冷后溫度;進(jìn)氣溫度;進(jìn)氣濕度;中冷管

中圖分類號：TK442? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）08-0069-02

0? 引言

發(fā)動機(jī)功率試驗(yàn)是發(fā)動機(jī)性能試驗(yàn)的其中一個項(xiàng)目，功率試驗(yàn)的結(jié)果也是衡量一款發(fā)動機(jī)性能優(yōu)劣的重要參考，也是型式認(rèn)證的主要內(nèi)容。而增壓發(fā)動機(jī)由于進(jìn)氣壓力大于大氣壓，升功率、升扭矩比自然吸氣發(fā)動機(jī)要高很多，同時經(jīng)過測試我們發(fā)現(xiàn)，增壓發(fā)動機(jī)功率測試的結(jié)果受到外部的影響也比自然吸氣發(fā)動機(jī)大。如果不能很好的辨識出這些影響，很容易出現(xiàn)測試結(jié)果不準(zhǔn)確、不達(dá)標(biāo)的情況，而問題排查又會導(dǎo)致大量的重復(fù)測試，消耗大量的人力、物力和時間。因此，找出這些影響因素，將能大大提高測試的效率和質(zhì)量，降低成本。

1? 影響因素分析

①某款汽油增壓發(fā)動機(jī)在進(jìn)行功率試驗(yàn)的時候，經(jīng)常出現(xiàn)功率偏低的現(xiàn)象，不合格率達(dá)48%。從“人機(jī)料法環(huán)”幾個方面進(jìn)行分析，列出可能影響發(fā)動機(jī)測試功率的因素，并在某臺發(fā)動機(jī)上進(jìn)行驗(yàn)證確認(rèn)，最終得到4個影響顯著的因素：進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣濕度、中冷管長度、中冷后溫度，如表1所示。

2? 要因具體分析

2.1 進(jìn)氣溫度

在保證其它試驗(yàn)條件一致的情況下，研究進(jìn)氣溫度對發(fā)動機(jī)額定功率的影響。一般臺架內(nèi)的進(jìn)氣溫度范圍為20～30℃，本次分別選擇進(jìn)氣溫度為20℃和30℃兩個水平進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

結(jié)論：由數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)進(jìn)氣溫度30℃時，發(fā)動機(jī)平均額定功率為123.87kW;當(dāng)進(jìn)氣溫度為20℃時，發(fā)動機(jī)平均額定功率為124.71kW。進(jìn)氣溫度越高發(fā)動機(jī)額定輸出功率越低。

2.2 進(jìn)氣濕度

在保證其它試驗(yàn)條件一致的情況下，研究進(jìn)氣濕度對發(fā)動機(jī)額定功率的影響。一般臺架內(nèi)的進(jìn)氣濕度范圍為35～65℃，由于進(jìn)氣濕度較難控制，本次分別選擇進(jìn)氣濕度為40%和60%兩個水平進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

結(jié)論：當(dāng)進(jìn)氣濕度60%時，發(fā)動機(jī)平均額定功率為124.29kW;當(dāng)進(jìn)氣濕度為40%時，發(fā)動機(jī)平均額定功率為124.83kW。可見進(jìn)氣濕度越低越有利于提高額定功率。

2.3 中冷管長度

分別選取中冷管長度L=120cm和L=90cm進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

結(jié)論：由試驗(yàn)結(jié)果可明顯看出，當(dāng)中冷管長度縮短時，發(fā)動機(jī)額定功率得到提升。

2.4 中冷后溫度

對于增壓發(fā)動機(jī)來說，中冷后溫度更接近實(shí)際進(jìn)入氣缸燃燒的氣體溫度。在理論上，中冷后溫度越高，氣體密度越低，在相同的進(jìn)氣壓力情況下，實(shí)際進(jìn)入發(fā)動機(jī)氣缸的氣量減少，輸出功率降低。現(xiàn)在分別使用43℃和46℃的中冷后溫度進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果見圖4。

結(jié)論：由以上驗(yàn)證數(shù)據(jù)可知，中冷后溫度對發(fā)動機(jī)輸出額定功率影響明顯，中冷后溫度越低，發(fā)動機(jī)額定功率越高。

同時我們發(fā)現(xiàn)，由于使用的是臺架中冷設(shè)備，中冷后溫度與設(shè)備溫度傳感器的安裝位置也有較大關(guān)系，即中冷后溫度傳感器安裝較淺時，會導(dǎo)致測量溫度偏低，實(shí)際溫度偏高。節(jié)氣門前溫度傳感器采集的溫度，是實(shí)際進(jìn)入發(fā)動機(jī)燃燒的氣體溫度，可視為實(shí)際中冷后溫度，因此測量的中冷后溫度與之偏差越小越好。經(jīng)過驗(yàn)證，如圖5所示，當(dāng)傳感器安裝深度為40～70mm時，中冷后溫度與節(jié)氣門前溫度偏差<0.5℃，一致性較好。

3? 控制措施

3.1 進(jìn)氣溫度? 國標(biāo)要求進(jìn)氣溫度控制在25±5℃，但為減小測試偏差，建議將進(jìn)氣溫度控制在25±2℃范圍內(nèi)并盡可能保持溫度穩(wěn)定。為達(dá)到所需的進(jìn)氣溫度，試驗(yàn)時應(yīng)增加進(jìn)氣空調(diào)設(shè)備。

3.2 進(jìn)氣濕度? 進(jìn)氣濕度控制在45～60%范圍內(nèi)并盡可能保持穩(wěn)定，試驗(yàn)時增加進(jìn)氣空調(diào)設(shè)備，從而可以保持穩(wěn)定的進(jìn)氣條件。

3.3 中冷管? 此次，我們主要驗(yàn)證了中冷管的長、短對測試結(jié)果的影響，對于我們驗(yàn)證的這款發(fā)動機(jī)來說，應(yīng)保持中冷管長度為90cm。除了中冷管的長度外，我們還發(fā)現(xiàn)，中冷管的管徑、走向、過渡方式等都會對測試的結(jié)果產(chǎn)生影響。因此，建議同一款機(jī)型的每次測試都采用相同的中冷系統(tǒng)，特別是應(yīng)該與標(biāo)定時采用的中冷系統(tǒng)保持一致，但這在實(shí)際操作中可能比較難實(shí)現(xiàn)。如有可能，采用整車的狀態(tài)的中冷系統(tǒng)也是減小差異的一個辦法。

3.4 中冷后溫度傳感器位置? 將臺架內(nèi)的中冷后溫度傳感器安裝深度統(tǒng)一要求為40～60mm，避免安裝過深或過淺。通過以上的優(yōu)化控制，該款發(fā)動機(jī)的測試功率可以提高0.6kW，合格率也提升到了100%，因此，我們的影響因素識別和控制是有效的。

4? 結(jié)束語

除以上的影響因素外，可能還有其他影響因素，由于時間和成本的關(guān)系，我們沒有對所有的因素都進(jìn)行驗(yàn)證。同時，對于不同的發(fā)動機(jī)，影響因素也不盡相同，所以對于其他發(fā)動機(jī)，可能需要進(jìn)行再次驗(yàn)證，識別出要因，然后對要因進(jìn)行優(yōu)化控制。只有這樣，才能真正提高測試的效率和質(zhì)量，降低成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃海燕.汽車動力系統(tǒng)試驗(yàn)學(xué)[M].

[2]京特.P.默克，呂迪格.泰希曼.內(nèi)燃機(jī)原理 工作原理、數(shù)值模擬與測量技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2019.

[3]丁宇.發(fā)動機(jī)性能試驗(yàn)質(zhì)量評價與控制技術(shù)研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015-01-15.