增壓發動機功率測試影響因素識別及控制

李榮富 呂宗鑫 劉啟安

摘要： 隨著當今內燃機技術的發展，汽油增壓發動機的應用已經越來越普及。增壓發動機的性能測試也越來越多，某款增壓發動機在臺架性能試驗中發現額定功率偏低，通過分析和驗證，找出影響測試的主要因素，并對這些影響因素進行優化控制，從而降低臺架因素對發動機測試功率的負面影響，提高性能測試結果，從而提高合格率。

關鍵詞：汽油增壓發動機;功率測試;中冷后溫度;進氣溫度;進氣濕度;中冷管

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

0? 引言

發動機功率試驗是發動機性能試驗的其中一個項目，功率試驗的結果也是衡量一款發動機性能優劣的重要參考，也是型式認證的主要內容。而增壓發動機由于進氣壓力大于大氣壓，升功率、升扭矩比自然吸氣發動機要高很多，同時經過測試我們發現，增壓發動機功率測試的結果受到外部的影響也比自然吸氣發動機大。如果不能很好的辨識出這些影響，很容易出現測試結果不準確、不達標的情況，而問題排查又會導致大量的重復測試，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量，降低成本。

1? 影響因素分析

①某款汽油增壓發動機在進行功率試驗的時候，經常出現功率偏低的現象，不合格率達48%。從“人機料法環”幾個方面進行分析，列出可能影響發動機測試功率的因素，并在某臺發動機上進行驗證確認，最終得到4個影響顯著的因素：進氣溫度、進氣濕度、中冷管長度、中冷后溫度，如表1所示。

2? 要因具體分析

2.1 進氣溫度

在保證其它試驗條件一致的情況下，研究進氣溫度對發動機額定功率的影響。一般臺架內的進氣溫度范圍為20～30℃，本次分別選擇進氣溫度為20℃和30℃兩個水平進行試驗，試驗結果見圖1。

結論：由數據可以看出，當進氣溫度30℃時，發動機平均額定功率為123.87kW;當進氣溫度為20℃時，發動機平均額定功率為124.71kW。進氣溫度越高發動機額定輸出功率越低。

2.2 進氣濕度

在保證其它試驗條件一致的情況下，研究進氣濕度對發動機額定功率的影響。一般臺架內的進氣濕度范圍為35～65℃，由于進氣濕度較難控制，本次分別選擇進氣濕度為40%和60%兩個水平進行試驗，試驗結果見圖2。

結論：當進氣濕度60%時，發動機平均額定功率為124.29kW;當進氣濕度為40%時，發動機平均額定功率為124.83kW。可見進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進行試驗，試驗結果見圖3。

結論：由試驗結果可明顯看出，當中冷管長度縮短時，發動機額定功率得到提升。

2.4 中冷后溫度

對于增壓發動機來說，中冷后溫度更接近實際進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，在相同的進氣壓力情況下，實際進入發動機氣缸的氣量減少，輸出功率降低。現在分別使用43℃和46℃的中冷后溫度進行驗證，驗證結果見圖4。

結論：由以上驗證數據可知，中冷后溫度對發動機輸出額定功率影響明顯，中冷后溫度越低，發動機額定功率越高。

同時我們發現，由于使用的是臺架中冷設備，中冷后溫度與設備溫度傳感器的安裝位置也有較大關系，即中冷后溫度傳感器安裝較淺時，會導致測量溫度偏低，實際溫度偏高。節氣門前溫度傳感器采集的溫度，是實際進入發動機燃燒的氣體溫度，可視為實際中冷后溫度，因此測量的中冷后溫度與之偏差越小越好。經過驗證，如圖5所示，當傳感器安裝深度為40～70mm時，中冷后溫度與節氣門前溫度偏差<0.5℃，一致性較好。

3? 控制措施

3.1 進氣溫度? 國標要求進氣溫度控制在25±5℃，但為減小測試偏差，建議將進氣溫度控制在25±2℃范圍內并盡可能保持溫度穩定。為達到所需的進氣溫度，試驗時應增加進氣空調設備。

3.2 進氣濕度? 進氣濕度控制在45～60%范圍內并盡可能保持穩定，試驗時增加進氣空調設備，從而可以保持穩定的進氣條件。

3.3 中冷管? 此次，我們主要驗證了中冷管的長、短對測試結果的影響，對于我們驗證的這款發動機來說，應保持中冷管長度為90cm。除了中冷管的長度外，我們還發現，中冷管的管徑、走向、過渡方式等都會對測試的結果產生影響。因此，建議同一款機型的每次測試都采用相同的中冷系統，特別是應該與標定時采用的中冷系統保持一致，但這在實際操作中可能比較難實現。如有可能，采用整車的狀態的中冷系統也是減小差異的一個辦法。

3.4 中冷后溫度傳感器位置? 將臺架內的中冷后溫度傳感器安裝深度統一要求為40～60mm，避免安裝過深或過淺。通過以上的優化控制，該款發動機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系，我們沒有對所有的因素都進行驗證。同時，對于不同的發動機，影響因素也不盡相同，所以對于其他發動機，可能需要進行再次驗證，識別出要因，然后對要因進行優化控制。只有這樣，才能真正提高測試的效率和質量，降低成本。

參考文獻：

[1]黃海燕.汽車動力系統試驗學[M].

[2]京特.P.默克，呂迪格.泰希曼.內燃機原理 工作原理、數值模擬與測量技術[M].機械工業出版社，2019.

[3]丁宇.發動機性能試驗質量評價與控制技術研究[J].山東工業技術，2015-01-15.