整車空壓機(jī)取氣型式研究

袁 帥，潘效龍，姜 輝，高迎賓

(濰柴動力股份有限公司，山東濰坊 261000)

隨著環(huán)保排放的升級，國內(nèi)整車開始大規(guī)模匹配氣助式的尾氣后處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)的動力源為空壓機(jī)生產(chǎn)的壓縮氣體，因此空壓機(jī)的工作時(shí)間隨之增加，排氣負(fù)荷率增大，對空壓機(jī)的匹配提出了更高的要求。此外，空壓機(jī)選型計(jì)算的質(zhì)量對其系統(tǒng)功能有重要影響［1］。本文以城市客車為例，重點(diǎn)研究空壓機(jī)的取氣型式對其工作性能參數(shù)的影響。

1 整車空壓機(jī)取氣分類及特點(diǎn)

空壓機(jī)系統(tǒng)的取氣型式可分為空濾器后取氣和中冷器后取氣兩種，目前廣泛應(yīng)用的為空濾器后取氣［2］。

1.1 空濾器后取氣空壓機(jī)工作特點(diǎn)

空濾器后取氣空壓機(jī)的進(jìn)氣壓力為氣體克服空濾器阻力后的壓力，其數(shù)值大小取決于空濾器內(nèi)部的空氣阻力和空濾器前進(jìn)氣管路布置。在發(fā)動機(jī)工作過程中空壓機(jī)的取氣對發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣影響較小，但此種取氣型式進(jìn)氣壓力為負(fù)壓，進(jìn)氣效率相對較低，空壓機(jī)工作效率較低，且進(jìn)氣阻力過大時(shí)容易引起空壓機(jī)排氣隨油量增大［3］。

1.2 中冷器后取氣空壓機(jī)工作特點(diǎn)

中冷器后取氣的空壓機(jī)進(jìn)氣壓力為發(fā)動機(jī)進(jìn)氣壓力，其數(shù)值大小取決于增壓器和中冷器的性能參數(shù)［4］。區(qū)別于空濾器后取氣時(shí)的進(jìn)氣負(fù)壓，中冷器后取氣時(shí)大大增加了空壓機(jī)進(jìn)氣效率。但該種取氣型式在發(fā)動機(jī)工作過程中空壓機(jī)的取氣會占據(jù)發(fā)動機(jī)的部分進(jìn)氣，減小發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量，嚴(yán)重者可能造成發(fā)動機(jī)進(jìn)氣不足、動力不足等問題［5］。

2 空壓機(jī)取氣型式對發(fā)動機(jī)性能的影響

以某柴油發(fā)動機(jī)匹配的城市客車為例，對中冷器后取氣和空濾器后取氣兩種型式進(jìn)行對比。測試車輛采用氣助式尾氣后處理裝置［6］，所用壓縮氣體由空壓機(jī)系統(tǒng)提供，大大增加了整車用氣量，提高了空壓機(jī)的排氣負(fù)荷率，更明顯突出兩種取氣型式空壓機(jī)的工作特點(diǎn)。下面從空壓機(jī)排氣負(fù)荷率、打氣時(shí)間、整車經(jīng)濟(jì)性［7］、整車動力性［8］等方面對進(jìn)行對比。

2.1 兩種取氣型式空壓機(jī)排氣負(fù)荷率對比

選取一段市區(qū)公交路段，試驗(yàn)城市客車選定某一路城市客車進(jìn)行跟車行駛，并模擬實(shí)際公交運(yùn)行路況，在兩種取氣型式的空壓機(jī)布置下分別行駛該試驗(yàn)路段，對比空壓機(jī)排氣負(fù)荷率。

試驗(yàn)結(jié)果見表1，空壓機(jī)工作時(shí)間÷發(fā)動機(jī)工作時(shí)間=中冷器后取氣和空濾器后取氣的排氣負(fù)荷率，分別為43.9%和50.3%。

表1 空壓機(jī)工作時(shí)間對比表 s

此外，兩種取氣型式下空壓機(jī)的工作頻率也有很大差異，空壓機(jī)工作頻率主要體現(xiàn)在排氣背壓的變化［9］，空壓機(jī)的排氣背壓變化如圖1所示。

圖1 兩種取氣型式排氣背壓變化曲線圖

從圖1中可以看出，相同時(shí)間內(nèi)，排氣背壓值高于600 kPa視為空壓機(jī)打氣工作(因?yàn)閮煞N取氣型式卸荷方式不同，卸荷壓力不同，高于600 kPa時(shí)兩種型式均在打氣工作狀態(tài)［10］)，因此中冷器后取氣的打氣次數(shù)明顯高于空濾器后取氣，相同工況下，中冷器后取氣型式的空壓機(jī)打氣效率明顯高于空濾器后取氣空壓機(jī)，且空壓機(jī)的排氣負(fù)荷率明顯降低。

2.2 兩種取氣型式空壓機(jī)打氣時(shí)間對比

在不同發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下測試不同取氣型式的空壓機(jī)工作打滿儲氣罐的時(shí)間，測試前將儲氣罐中的壓縮氣體排凈，記錄兩種結(jié)構(gòu)下的打氣時(shí)間［11］，結(jié)果見表2。

可以看出中冷器后取氣空壓機(jī)的打氣效率明顯高于空濾器后取氣，說明中冷器后取氣空壓機(jī)的進(jìn)氣效率高于空濾器后取氣。

表2 兩種取氣型式空壓機(jī)打氣時(shí)間對比表

2.3 兩種取氣型式空壓機(jī)整車經(jīng)濟(jì)性對比

分別在兩種空壓機(jī)取氣型式下測試整車滿載時(shí)發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性，測試結(jié)果如下:中冷器后取氣型式測試過程中平均油門開度為27.25%，平均油耗為6.89 L/100 km;空濾器后取氣型式測試過程中平均油門開度為30.25%，平均油耗為7.76 L/100 km。

由于測試條件限制，兩種測試情況下油門開度與平均油耗比例基本相同，所以空壓機(jī)取氣型式對整車經(jīng)濟(jì)性影響不大。

2.4 兩種取氣型式空壓機(jī)整車動力性對比

分別測試兩種空壓機(jī)取氣型式情況下整車0～50 km/h全油門加速情況，測試結(jié)果見表3。

表3 0～50 km/h全油門加速測試結(jié)果 s

測試結(jié)果顯示兩種空壓機(jī)取氣型式的整車加速能力相近，裝用中冷器后取氣空壓機(jī)車輛的加速能力略強(qiáng)。

3 結(jié)束語

以某城市客車匹配兩種取氣型式的空壓機(jī)為例，分別進(jìn)行測試對比得知，相比空濾器后取氣結(jié)構(gòu)，中冷器后取氣空壓機(jī)進(jìn)氣效率高，其打氣效率也明顯提高，空壓機(jī)排氣負(fù)荷率也明顯降低，而兩種取氣型式對發(fā)動機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性影響不大，其中裝用中冷器后取氣的略好。所以關(guān)于空壓機(jī)布置選型［12］，在整車對壓縮氣體需求量大時(shí)可以采用中冷器后取氣的空壓機(jī)進(jìn)氣布置。