單缸風(fēng)冷柴油機(jī)功率與燃油消耗率的修正

曹歲豐 ，楊 平

（1 中南林業(yè)科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，湖南 長沙 410000；2 湖南省內(nèi)燃機(jī)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)授站，湖南 長沙 410000）

1 前言

柴油機(jī)的性能試驗(yàn)主要是通過實(shí)驗(yàn)室的臺(tái)架試驗(yàn)完成的。柴油機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)的主要目的是依據(jù)有關(guān)試驗(yàn)方法的國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)柴油機(jī)的動(dòng)力性（有效功率）、經(jīng)濟(jì)性（燃油消耗率）、安全性及環(huán)保等性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，為科研、生產(chǎn)、與質(zhì)量監(jiān)督檢查提供科學(xué)依據(jù)。

2 有效功率及燃油消耗率修正的必要性

柴油機(jī)的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性能隨著環(huán)境溫狀況的不同而變化，環(huán)境狀況包括大氣壓力、環(huán)境溫度和相對(duì)濕度。這些因素均影響實(shí)際進(jìn)入柴油機(jī)氣缸內(nèi)的空氣量，從而影響燃油在氣缸內(nèi)燃燒的質(zhì)量，進(jìn)而導(dǎo)致柴油機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的變化。所以，在規(guī)定柴油機(jī)功率時(shí)，還應(yīng)該規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境狀況。否則，柴油機(jī)的功率就失去了比較的意義。國家標(biāo)準(zhǔn)就提出了在標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)狀況的試驗(yàn)條件下來衡量柴油機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。 標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)狀況是：總氣壓：pr＝100kPa,空氣溫度：Tr＝298K(tr＝25℃),相對(duì)濕度φr＝30%。為了便于對(duì)柴油機(jī)的比較和評(píng)價(jià)，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了將非標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)狀況下所得的功率換算到標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)狀況的方法，即柴油機(jī)修正。柴油機(jī)有效功率及燃油消耗率的修正不僅是對(duì)柴油機(jī)質(zhì)量的科學(xué)評(píng)價(jià)，也是為柴油機(jī)進(jìn)行性能比對(duì)提供了一個(gè)統(tǒng)一基準(zhǔn)。

3 有效功率及燃油消耗率修正方法

隨著GB 1105.1-87《內(nèi)燃機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀況及功率、燃油消耗和機(jī)油消耗的標(biāo)定》的廢止，新的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6072.1-2008《往復(fù)式內(nèi)燃機(jī) 性能 第1部分：功率、燃油消耗和機(jī)油消耗的標(biāo)定及試驗(yàn)方法 通用發(fā)動(dòng)機(jī)的附加要求》出臺(tái)。該標(biāo)準(zhǔn)是在滿足核心標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21404-2008《內(nèi)燃機(jī) 發(fā)動(dòng)機(jī)功率的確定和測(cè)量方法 一般要求》的基礎(chǔ)上出臺(tái)的衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)，用以規(guī)定通用發(fā)動(dòng)機(jī)的附加要求。GB/T 6072.1-2008在總則中批出制造廠應(yīng)指定在本試驗(yàn)方法中發(fā)動(dòng)機(jī)適用下列何種規(guī)程中的一種。一個(gè)是功率調(diào)整，一個(gè)是功率修正。通過仔細(xì)閱讀該標(biāo)準(zhǔn)，單缸風(fēng)冷柴油機(jī)應(yīng)為非調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)，即已預(yù)先調(diào)定好無需為適應(yīng)環(huán)境狀況而采取具體步驟進(jìn)行修改的發(fā)動(dòng)機(jī)。單缸風(fēng)冷柴油機(jī)的試驗(yàn)方法應(yīng)適用功率修正的試驗(yàn)規(guī)程。所以該型柴油機(jī)實(shí)測(cè)功率應(yīng)采用GB/T 21404-2008第七章規(guī)定的方法進(jìn)行修正。

對(duì)單缸風(fēng)冷柴油機(jī)而言：

Pr為標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)狀況下的功率、Py為現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的實(shí)測(cè)功率、αc為功率修正系數(shù)。公式（1）只有在實(shí)驗(yàn)環(huán)境絕對(duì)多溫度283K≤TY≤313K和實(shí)驗(yàn)環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)干空氣壓 90kPa≤pd≤110kPa時(shí)才適用。

fa為大氣系數(shù),此系數(shù)表示環(huán)境狀況（壓力溫度和濕度）對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)吸入空氣的影響，并隨發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型的不同而不同。具體計(jì)算公式文獻(xiàn)[1]介紹得很詳細(xì)。只有當(dāng)0.96錯(cuò)誤！鏈接無效。αc≤1.06,公式（2）才適用。如果超出該限值范圍，應(yīng)給出求得的修正功率值，并在試驗(yàn)報(bào)告中確切說明試驗(yàn)狀況（溫度和壓力）。

fm為發(fā)動(dòng)機(jī)系數(shù)，它取決于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型和相應(yīng)燃料調(diào)定下的實(shí)際空燃比。

qc為每循環(huán)升空氣燃用的燃料質(zhì)量。

式中q為發(fā)動(dòng)機(jī)每循環(huán)升排量的燃料質(zhì)量，它只與發(fā)動(dòng)機(jī)的具體參數(shù)有關(guān)。rr是標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)狀況下壓氣機(jī)出口與進(jìn)口絕對(duì)靜壓之比.由于單缸風(fēng)冷柴油機(jī)為自然吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)所以該值為1。公式（4）只有在37.2≤qc≤65時(shí)才有效。當(dāng)qc值小于37.2時(shí)，fm取恒定值0.2，當(dāng)qc值大于65時(shí)，fm取恒定值1.

對(duì)于目前市場(chǎng)上的單缸風(fēng)冷柴油機(jī)來說，最大缸徑為86最小的為60。根據(jù)企業(yè)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)其標(biāo)定點(diǎn)的燃油消耗率（g/kW.h）都在250和300之間。計(jì)算各種機(jī)型的qc值來看，除缸徑為60的fm取恒定值0.2外，其余各機(jī)型均可按公式（3）計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)系數(shù)fm。再根據(jù)文獻(xiàn)[1]第23頁公式（5）計(jì)算大氣系數(shù)fa。再由公式（2）計(jì)算出功率修正系數(shù)αc。以上就是功率修正過程。燃油消耗率的修正根據(jù)文獻(xiàn)[2]采用功率修正系數(shù)的倒數(shù)來修正。現(xiàn)以一個(gè)具體的實(shí)例來說明整個(gè)修正過程。

一臺(tái)四沖程單缸風(fēng)冷自然吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為BH175F1。在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境狀況下（環(huán)境溫度288K，環(huán)境濕度為50%，進(jìn)氣壓力為99kPa）實(shí)測(cè)功率為4.25kW，實(shí)測(cè)燃油消耗率272.1（g/kW.h）。該柴油機(jī)的活塞排量為0.353升，標(biāo)定工況為(4.41kW/2600r/min)。企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中標(biāo)定點(diǎn)的燃油消耗率為287（g/kW.h）。求該柴油機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)狀況下的有效功率和燃油消耗率？

第1步先根據(jù)柴油機(jī)標(biāo)定點(diǎn)的燃油消耗率、排量和標(biāo)定轉(zhuǎn)速，求出每循環(huán)升空氣燃用的燃料質(zhì)量為45.97。在公式（3）的適用范圍。第2步根據(jù)公式 （3）計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)系數(shù)fm為0.5148。第3步根據(jù)文獻(xiàn)[1]第23頁公式（5）計(jì)算大氣系數(shù)fa為0.9854。這其中必須根據(jù)文獻(xiàn)[2]中附錄B查標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)狀況下和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境狀況下的水蒸氣分壓。第4步根據(jù)公式（2）計(jì)算αc為功率修正系數(shù)αc為0.9924。則該柴油機(jī)標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)狀況下的有效功率根據(jù)公式 （1）計(jì)算為4.22kW，燃油消耗為274.2（g/kW.h）。

[1]GB/T 21404-2008/ISO 15550:2002內(nèi)燃機(jī) 發(fā)動(dòng)機(jī)功率的確定和測(cè)量方法一般要求[S].

[2]GB/T 6072.1-2008/ISO 3046-1:2002往復(fù)式內(nèi)燃機(jī) 性能 第1部分：功率、燃料消耗和機(jī)油消耗的標(biāo)定及試驗(yàn)方法 通用發(fā)動(dòng)機(jī)的附加要求[S].

[3]史仁成，郭雪峰，李艷杰，陳志偉.柴油機(jī)功率與燃油消耗率修正方法的探討[J].農(nóng)機(jī)化研究，2007，（4）：162-163.

[4]胥曉東，陳祥峰.柴油發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率及燃油消耗率的修正[J].科技信息，2007，（6）：77-79.