某柴油機(jī)降低煙度試驗研究

任憲豐 印志強(qiáng) 劉翀 閆立冰 王震華

摘要：本文闡述了在現(xiàn)有配置條件下對某柴油機(jī)降低煙度的優(yōu)化過程，依托燃燒分析儀等先進(jìn)的試驗測試設(shè)備及內(nèi)燃機(jī)基礎(chǔ)理論知識，由果及因分析出煙度降低的根本原因。

Abstract： The paper introduces the optimizing process of diesel prototype smoke value reduction with some configurations in hand，by the application of advanced measuring equipment such as combustion analyser and internal combustion engine basic theory knowledge，we acknowledge the reason that smoke value reduction through the result analysis.

關(guān)鍵詞：配置;煙度;燃燒分析儀;內(nèi)燃機(jī)

Key words： configuration;smoke value;combustion analyzer;internal combustion engine

中圖分類號：U262.11? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）15-0047-02

0? 引言

某發(fā)電用柴油機(jī)在性能優(yōu)化階段出現(xiàn)煙度大的問題，通過現(xiàn)有的試驗測試設(shè)備及出油閥方案進(jìn)行優(yōu)化，從而降低煙度。

1? 柴油機(jī)煙度大的原因分析

在性能開發(fā)試驗過程中，增壓器、噴油泵、噴油器的性能直接影響柴油機(jī)的煙度。本文就機(jī)械式噴油泵在解決柴油機(jī)煙度問題時以試驗研究的形式做論述。

某發(fā)電用柴油機(jī)的機(jī)械式噴油泵安裝有等壓出油閥，其特點(diǎn)是在出油閥和等壓閥上均設(shè)有升程限止器，在保證供油量的前提下，出油閥結(jié)構(gòu)變得更加緊湊。升程限止器、彈簧和彈簧座均內(nèi)置在閥體和閥座腔內(nèi)，最大限度地減小了閥腔容積，較好地克服了由于閥腔過大而造成的供油特性不良。出油閥和等壓閥的開啟壓力分別由兩個閥的彈簧來保證。

等壓出油閥有如下優(yōu)點(diǎn)：①在各種工況下，供油結(jié)束后，油管殘余壓力能自動調(diào)節(jié)，基本上保持在高于大氣壓力的某一水平線上作微小波動。②油管壓力過大，可卸壓，有防止噴油器二次噴射的作用。③等壓閥能使殘余壓力始終保持正值，避免在高壓油管剩余壓力的負(fù)壓或者零壓區(qū)形成空泡，可防止燃油系統(tǒng)的穴蝕。④可以調(diào)節(jié)高壓油管的剩余壓力，使之超過氣缸壓力，以防止噴油終了燃油的回竄。⑤在固定工況下，各循環(huán)的供油始點(diǎn)和供油量能保持相對穩(wěn)定，這對容易產(chǎn)生供油波動的低速工況，具有良好的穩(wěn)壓作用。

但是，在性能優(yōu)化試驗過程中，發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)在高負(fù)荷時煙度大的問題，如表1所示。

高負(fù)荷煙度值均超過1.0FSN，對于發(fā)電用柴油機(jī)的常用工況而言，這顯然是無法接受的。因此，著重從噴油規(guī)律的角度出發(fā)，對噴油泵的泵端壓力和噴油器的嘴端壓力進(jìn)行高壓油管壓力的數(shù)據(jù)采集。

采用瑞士Kistler公司的k-box燃燒分析儀主機(jī)高壓油管傳感器、曲軸轉(zhuǎn)角信號采集裝置和kibox-cockpit軟件組成一個高壓油管壓力的動態(tài)采集系統(tǒng)。

根據(jù)高壓油管的外徑選擇合適的專用適配器（見圖1），適配器安裝位置需要選擇在高壓油管上比較直的一段，該段油管表面需要光潔、無變形。

為了保證適配器與高壓油管之間的密封良好，先將專用適配器分別接到高壓油管上的靠近噴油泵的出油閥端和噴油器端，交替擰緊適配器螺栓;采用直徑1.5mm的鉆頭，穿過適配器油液通道，對高壓油管壁面進(jìn)行打孔。鉆頭需要高轉(zhuǎn)速、低進(jìn)給速度，以最大限度地減少金屬碎屑，并且要避免高壓油管被鉆穿透;打孔完成后，清洗油管、適配器內(nèi)的金屬碎屑。

將高壓油管壓力傳感器按照要求扭矩擰緊在專用適配器上，當(dāng)不進(jìn)行壓力測量時，可以將高壓油管壓力傳感器拆下，用一個假傳感器安裝在適配器的傳感器安裝孔上以保證密封，方便鉆過孔的高壓油管的再利用。但是不建議重復(fù)拆裝專用適配器。

通過高壓油管壓力調(diào)節(jié)單元進(jìn)行信號的初步處理，再經(jīng)過燃燒分析內(nèi)部軟件標(biāo)定設(shè)置，可以近似認(rèn)為測量得到的油管壓力分別為泵端壓力和嘴端壓力。

通過高壓油管壓力數(shù)據(jù)的采集，發(fā)現(xiàn)油管壓力的殘余壓力較高，但是還沒有達(dá)到噴油器的開啟壓力250±10bar的限值，見圖2超負(fù)荷工況下的噴油器端燃油壓力（原出油閥），由于確定二次噴射現(xiàn)象最好的測試方法，針閥升程試驗的針閥升程工裝的試驗條件不具備，因此，不能科學(xué)地判斷是否有二次噴射現(xiàn)象。

根據(jù)前述的等壓出油閥的特點(diǎn)，適當(dāng)?shù)慕档偷葔撼鲇烷y的出油閥芯的回油彈簧的剛度和增加出油閥芯節(jié)流孔的孔徑，從而降低出油閥的閥芯開啟的壓力值，使高壓油管內(nèi)殘余壓力適當(dāng)降低，可以使高壓油管內(nèi)的壓力泄壓迅速，從而噴油器的針閥落座也會較為快速干脆，使噴油器在噴油結(jié)束時刻的噴油壓力增加，從而改善噴油后期的燃油霧化效果，改善燃燒，降低煙度。

2? 不同出油閥的性能選型試驗

2.1 試驗方案與結(jié)果? 在為解決煙度問題的試驗過程中，試驗了安裝有3種出油閥的噴油泵，分別為原出油閥，01S2出油閥，01S3出油閥。表2是三種出油閥試驗的性能參數(shù);圖3和圖4分別是負(fù)荷特性試驗三種出油閥的煙度曲線和燃油消耗率曲線。

2.2 出油閥的選型? 通過三種出油閥試驗數(shù)據(jù)、對比曲線、油管壓力曲線等可以判斷01S2和01S3出油閥對煙度的優(yōu)化效果很明顯，這兩種出油閥的效果差不多，對于煙度降低的原因，可以從負(fù)荷特性試驗（超負(fù)荷工況）-三種出油閥的噴油器端油管壓力對比曲線中看出三種出油閥的噴油器端的壓力峰值差距不大，并且大約在壓縮上止點(diǎn)后12-22°CA（可以認(rèn)為燃油噴射的后期）內(nèi)匹配01S2和01S3出油閥的高壓油管壓力明顯高于原出油閥的高壓油管壓力，從而可以判斷匹配01S2出油閥和01S3出油閥的噴油器在燃油噴射后期的霧化效果要優(yōu)于原出油閥，因此，燃油噴射后期的壓力差異是利用出油閥解決的煙度問題的根本所在。

對于01S2出油閥和01S3出油閥的對比，無論從煙度還是燃油消耗率等參數(shù)進(jìn)行比較，性能相差無幾，但是從負(fù)荷特性試驗（超負(fù)荷工況）-三種出油閥的噴油器端油管壓力對比中發(fā)現(xiàn)匹配01S2出油閥的油管殘余壓力偏低，能達(dá)到1bar以下，甚至零壓，這樣會在高壓油管內(nèi)部產(chǎn)生氣穴，若強(qiáng)壓力波傳到氣泡處或氣泡被運(yùn)送到高壓部位，則氣泡會瞬時縮小、崩潰而產(chǎn)生極高的液壓沖擊力，引起噪聲與振動，壓力沖擊波反復(fù)作用于壁面時，還會使金屬疲勞而剝落，出現(xiàn)穴蝕現(xiàn)象。因此，匹配01S2出油閥對高壓油管等部件有工作可靠性隱患，最后確定01S3出油閥匹配噴油泵最優(yōu)。

3? 結(jié)束語

在性能開發(fā)試驗過程中解決柴油機(jī)煙度大的問題，從產(chǎn)生煙度的各項因素著手，在現(xiàn)有的優(yōu)化條件下，利用先進(jìn)的測試設(shè)備、良好的試驗環(huán)境、專業(yè)的技術(shù)分析方法有針對性的對柴油機(jī)性能指標(biāo)進(jìn)行研究，通過測試結(jié)果反向分析出問題的根本原因，同時也為柴油機(jī)性能優(yōu)化試驗和燃燒分析試驗積累經(jīng)驗。

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