薛晶，梁運(yùn)達(dá)，劉宜坤，楊懷譽(yù)，宣傳忠

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,呼和浩特市,010018)

0 引言

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為農(nóng)牧業(yè)機(jī)械主要的動(dòng)力裝備,是拖拉機(jī)、收獲機(jī)、自走式噴藥機(jī)、青貯機(jī)、采棉機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械配套動(dòng)力的核心部件,決定了作業(yè)機(jī)械能否安全、可靠地工作[1-2]。我國(guó)眾多知名的農(nóng)機(jī)制造企業(yè)均生產(chǎn)農(nóng)用柴油機(jī)產(chǎn)品[3-4]。但現(xiàn)有農(nóng)用柴油機(jī)在使用中普遍存在一個(gè)問(wèn)題,即油路進(jìn)氣而使供油壓力不穩(wěn),以及在燃油用盡重新補(bǔ)充柴油時(shí),供油管路進(jìn)入空氣,導(dǎo)致油路中斷,使發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法啟動(dòng)的故障[5]。

李宏昌[6]采用傳統(tǒng)的油路除氣方法對(duì)氣缸供油管逐一放氣處理,既影響工作效率又降低了燃油的利用率。該過(guò)程通常需要多次重復(fù),直到氣體完全從系統(tǒng)排出,耗時(shí)費(fèi)力,且排氣時(shí)會(huì)使部分燃油流失,造成燃油的浪費(fèi)。同時(shí),對(duì)油管和濾清器的螺栓等進(jìn)行反復(fù)擰松、擰緊,容易導(dǎo)致零部件疲勞,造成潛在的組件損壞,排氣螺栓以及油管也會(huì)出現(xiàn)密封不嚴(yán)、漏氣、漏油的現(xiàn)象。Ogiwara[7]、Yang[8]先后使用指示燃油液位或壓力的設(shè)備檢測(cè)油箱內(nèi)液面高度,并利用傳感器控制供油通斷來(lái)避免這個(gè)問(wèn)題。但是集成類電子產(chǎn)品對(duì)環(huán)境變化敏感,農(nóng)用柴油機(jī)工作環(huán)境普遍較差,極易使電子器件損壞,依賴電子元件的運(yùn)行并不理想。同時(shí)精密的電子元件增加了較高的制造成本,Omegna等[9]得出其不適用于普通柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)論。

目前,國(guó)內(nèi)外針對(duì)農(nóng)用柴油機(jī)油路除氣問(wèn)題還沒(méi)有一個(gè)良好的解決辦法,需要一種成本低、結(jié)構(gòu)可靠、除氣效果明顯、工作效率高、油耗低的柴油機(jī)供油道除氣機(jī)構(gòu)替代方案。本文提出一種基于莫菲氏管原理的農(nóng)用柴油機(jī)供油路除氣機(jī)構(gòu),對(duì)比測(cè)試了供油管路安裝除氣機(jī)構(gòu)前后不透光度、光吸收系數(shù)、燃油消耗率和燃料耗盡后的熄火響應(yīng)。

1 新型除氣機(jī)構(gòu)工作原理

1.1 莫菲氏管的基本原理

莫菲氏管已在醫(yī)藥領(lǐng)域廣泛應(yīng)用多年,近年已出現(xiàn)將莫菲氏管應(yīng)用于工程領(lǐng)域的案例。本文正是基于醫(yī)用莫菲氏管的原理完成的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

莫菲氏滴管的基本概念如圖1所示。這里假設(shè)液體供應(yīng)管路(標(biāo)有A-B的管段)除了需要注入患者體內(nèi)的液體外還有氣泡,液體和空氣進(jìn)入莫菲氏滴管儲(chǔ)液器(標(biāo)記為“a”),如果設(shè)計(jì)得當(dāng),在儲(chǔ)液器內(nèi)停留的時(shí)間足夠長(zhǎng),浮力足以將氣體與液體分離。在醫(yī)療行業(yè)中,液體供應(yīng)流量需要調(diào)整,以使進(jìn)入儲(chǔ)液器的液體體積與進(jìn)入體內(nèi)的流量相匹配,這是相對(duì)恒定的。當(dāng)用莫菲氏滴管給患者輸液時(shí),如圖1所示,若A-B管中存在氣泡,隨液體的流動(dòng),氣泡會(huì)進(jìn)入容器a中,這時(shí)a中液體的體積就會(huì)減少,而減少的體積用來(lái)補(bǔ)償氣泡帶來(lái)的體積損失,即a中的液體會(huì)對(duì)A-B段進(jìn)行液體補(bǔ)償,由此除掉了A-B段管中的氣體。綜上可知,裝置a起到了去除液體管路中氣體的作用。

圖1 醫(yī)用莫菲氏管原理圖Fig.1 Schematic diagram of medical Murphy tube

近年來(lái),莫菲氏滴管已開(kāi)始應(yīng)用于工程領(lǐng)域[10-13]。類似的設(shè)計(jì)還被用于研究閉環(huán)水隧道內(nèi)高速下的空氣誘導(dǎo)減阻[14-15]或在測(cè)試段上游有一個(gè)大型增壓室,例如圣安東尼瀑布實(shí)驗(yàn)室的高速水隧道[16-17]。然而,由于操作條件的較大變化或分離空氣的排放復(fù)雜化而使整個(gè)系統(tǒng)加壓,通常需要額外的控制來(lái)實(shí)施工程應(yīng)用。

1.2 新型除氣機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)原理

本文創(chuàng)新性地將醫(yī)用“莫菲氏滴管”原理應(yīng)用于供油路除氣機(jī)構(gòu),該裝置安裝在油箱和燃油泵之間的供油管上,作為在進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)之前對(duì)燃料供應(yīng)管路進(jìn)行除氣的機(jī)構(gòu),與浮閥或?qū)Я鏖y等燃油補(bǔ)充裝置結(jié)合使用,以對(duì)供油管路進(jìn)行燃油補(bǔ)給并快速排出空氣。這種新型除氣機(jī)構(gòu)如圖2所示垂直安裝。除氣機(jī)構(gòu)上端蓋分別設(shè)置粗細(xì)兩個(gè)接口。其中粗接口為進(jìn)油口,連接油箱底端供油管,細(xì)接口為排氣口,接于油箱頂端,起導(dǎo)流作用。除氣機(jī)構(gòu)下端經(jīng)三通連接到柴油機(jī)低壓供油管路。三通上端連接導(dǎo)流球閥,常態(tài)為關(guān)閉狀態(tài),起卸壓作用。當(dāng)油箱中燃油即將耗盡時(shí),空氣進(jìn)入油箱下端供油管,隨著柴油機(jī)運(yùn)行,除氣機(jī)構(gòu)中的浮子會(huì)隨燃油液面逐漸下降,當(dāng)燃油減少至接近出油口位置時(shí),除氣機(jī)構(gòu)中浮子的作用就是形成一個(gè)閥門,關(guān)閉出油口,最終除氣機(jī)構(gòu)下端的出油口會(huì)被內(nèi)部的浮子封緊,防止空氣進(jìn)入油道。由于供油中斷,柴油機(jī)停止運(yùn)行。當(dāng)對(duì)油箱重新添加燃油時(shí),燃油進(jìn)入除氣機(jī)構(gòu),除氣機(jī)構(gòu)內(nèi)部的氣體會(huì)沿著導(dǎo)流管排出。由于低壓油管存在負(fù)壓,除氣機(jī)構(gòu)仍處于封閉狀態(tài)。隨著液體的進(jìn)入,浮子受到浮力作用往上浮起,這時(shí)出油口打開(kāi),對(duì)低壓供油管路壓力補(bǔ)償,除氣機(jī)構(gòu)導(dǎo)通,油液隨之進(jìn)入到出油道,供油管路正常供油,保證柴油機(jī)正常供油、啟動(dòng)。

圖2 新型除氣機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structural diagram of new degassing mechanism1.出油口 2.柴油 3.浮子 4.進(jìn)油口 5.浮標(biāo) 6.出氣口

1.3 新型除氣機(jī)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計(jì)

新型供油道除氣機(jī)構(gòu)為柴油機(jī)燃油供給系統(tǒng)中的獨(dú)立裝置,結(jié)構(gòu)緊湊、便于油路布置,不會(huì)與燃油系統(tǒng)中的其他機(jī)件發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉。所設(shè)計(jì)的供油道除氣機(jī)構(gòu)呈圓柱形,殼體尺寸應(yīng)大于球形浮子尺寸。選取除氣機(jī)構(gòu)外徑為62 mm,分為上部和下部?jī)刹糠纸M裝,上部和下部分別連接到燃料箱和低壓燃料供應(yīng)管路,上部外殼的總長(zhǎng)度為80 mm,空氣出口和燃料入口位于上部的頂部,長(zhǎng)度均為40 mm?？諝獬隹诤腿剂先肟诘膬?nèi)徑(外徑)分別為5 mm(8 mm)和10 mm(12 mm)。兩個(gè)端口均與除氣機(jī)構(gòu)的軸線平行,空氣出口和燃料入口分別偏離中心線22 mm和18 mm。上部?jī)?nèi)部的圓柱形套筒外徑10 mm,內(nèi)徑8 mm,長(zhǎng)度31 mm。下部長(zhǎng)度為25 mm,內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成一個(gè)漏斗型,以重力將燃料輸送到出口。漏斗結(jié)構(gòu)的截錐高度為20 mm。燃料出口有一個(gè)外徑12 mm、內(nèi)徑10 mm的孔,外長(zhǎng)30 mm,孔長(zhǎng)40 mm。

除氣機(jī)構(gòu)上部?jī)?nèi)部的圓柱形套筒對(duì)容器內(nèi)的浮子起到限位作用,使浮子保持在容器內(nèi)上下方向的線性運(yùn)動(dòng)。浮子與上套筒內(nèi)徑的間隙為0.5～1.0 mm,保證了浮子只能垂直移動(dòng)而不會(huì)卡住。用于除氣機(jī)構(gòu)的球形浮子直徑為39 mm±1 mm,質(zhì)量為2.6 g±0.9 g,其材料主要由樹(shù)膠和增塑劑組成的賽璐珞制成。浮子選擇這種材料是因?yàn)槠浞浪?、耐酸、耐弱堿和耐鹽[18],浮子材料與柴油燃料不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。除氣機(jī)構(gòu)實(shí)物如圖3所示。

圖3 新型除氣機(jī)構(gòu)實(shí)物圖Fig.3 Physical drawing of new degassing mechanism

2 除氣機(jī)構(gòu)試驗(yàn)測(cè)試

2.1 測(cè)試設(shè)備

新型柴油機(jī)供油道除氣機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)測(cè)試所用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為立式直列水冷四沖程2105型柴油機(jī),壓縮比為17,額定功率為22 kW,轉(zhuǎn)速為2 000 r/min,氣缸直徑為105 mm,發(fā)動(dòng)機(jī)排量為1.991 L,活塞行程為115 mm。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的油箱容量為5 L。每次測(cè)試,油箱中只添加2 L柴油,因?yàn)楫?dāng)前研究的重點(diǎn)是在燃油箱除氣后發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和運(yùn)行狀況。

本試驗(yàn)使用的主要設(shè)備還包括LZ-804固定離心轉(zhuǎn)速表(測(cè)量范圍為300～9 999 r/min)、JWY-1型多功能油耗儀(最大流量為60 L/h,測(cè)量誤差為±1%)和NHT-6型不透光度計(jì)(不透光度測(cè)量范圍為0～99.9%,光吸收系數(shù)測(cè)量范圍為0～16.0 m-1),用于分析柴油機(jī)油耗和尾氣排放。

不透光度計(jì)用于測(cè)量安裝除氣機(jī)構(gòu)前后柴油機(jī)的尾氣成分,可測(cè)量不透光度N、光吸收系數(shù)K。其中,不透光度N定義為阻止光從光源通過(guò)充滿煙的暗通道到達(dá)觀察者或光接收器的傳輸衰減百分率。

N=100-τ

式中：φ0——測(cè)量區(qū)充滿干凈空氣時(shí)到達(dá)光接收器上的光通量;

φ——測(cè)量區(qū)充滿排煙時(shí)到達(dá)光接收器上的光通量;

τ——透光度(透射比)光從發(fā)光源通過(guò)充滿煙的暗通道到達(dá)光接觸器的傳輸百分率。

光吸收系數(shù)K表征物質(zhì)對(duì)光的吸收能力的參數(shù)。一般情況下,光通道等效長(zhǎng)度LA=430 mm。

2.2 測(cè)試過(guò)程

本文對(duì)所提出的柴油機(jī)供油管道除氣機(jī)構(gòu)的可行性和穩(wěn)定性進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試,比較了在燃料供給系統(tǒng)中加裝和不加裝除氣機(jī)構(gòu)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣排放和油耗數(shù)據(jù)。試驗(yàn)中將除氣機(jī)構(gòu)連接到柴油機(jī)上,在發(fā)動(dòng)機(jī)不同特定轉(zhuǎn)速下進(jìn)行測(cè)試,轉(zhuǎn)速包括800 r/min(怠速)、1 100 r/min、1 400 r/min、1 700 r/min和2 000 r/min(額定轉(zhuǎn)速)。監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)安裝除氣機(jī)構(gòu)前后在這五個(gè)轉(zhuǎn)速下燃料耗盡時(shí)的熄火響應(yīng),評(píng)估柴油機(jī)在補(bǔ)充燃料時(shí)是否可以在相同的速度條件下正常啟動(dòng)和運(yùn)行。以60 s為時(shí)間間隔進(jìn)行燃油消耗試驗(yàn)測(cè)試,使用不透光度計(jì)監(jiān)測(cè)廢氣的成分,作為分析除氣機(jī)構(gòu)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響的指標(biāo)。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 廢氣成分分析

3.1.1 不透光度

不透光度和光吸收系數(shù)是柴油機(jī)道路測(cè)試中排放性能要求的測(cè)量參數(shù)[19-21]。不透光度和光吸收系數(shù)越低,則燃料燃燒越完全。對(duì)于當(dāng)前的試驗(yàn),安裝和不安裝除氣機(jī)構(gòu)的每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速均測(cè)試了3次,并給出了每種條件下的最大值。表1總結(jié)了安裝除氣機(jī)構(gòu)和未安裝除氣機(jī)構(gòu)的不透光度測(cè)量值,包括各個(gè)測(cè)量值以及每個(gè)測(cè)試速度下的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。

給定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下,安裝除氣機(jī)構(gòu)前后的平均不透光度變化很小。其中,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為800 r/min時(shí),安裝除氣機(jī)構(gòu)前后的不透光度均值分別為30.23%和31.03%;發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 100 r/min時(shí),安裝除氣機(jī)構(gòu)前后的不透光度均值分別為19.43%和20.7%;發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 400 r/min時(shí),安裝除氣機(jī)構(gòu)前后的不透光度均值分別為1.13%和1%;發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 700 r/min時(shí),安裝除氣機(jī)構(gòu)前后的不透光度均值分別為1.76%和1.83%;發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2 000 r/min時(shí),安裝除氣機(jī)構(gòu)前后的不透光度均值分別為11.9%和11.67%。各轉(zhuǎn)速下安裝除氣機(jī)構(gòu)前后的不透光度均值分別為12.89%和13.246%。綜上,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在800～1 400 r/min范圍內(nèi),不透光度的總體趨勢(shì)是隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而降低,轉(zhuǎn)速在1 700～2 000 r/min范圍內(nèi),不透光度隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而快速升高。轉(zhuǎn)速在800 r/min、1 100 r/min、1 400 r/min 時(shí)裝有除氣機(jī)構(gòu)的不透光度略高于沒(méi)有除氣機(jī)構(gòu)的不透光度,轉(zhuǎn)速在1 700 r/min、2 000 r/min時(shí)裝有除氣機(jī)構(gòu)的不透光度略低于沒(méi)有除氣機(jī)構(gòu)的不透光度,在1 400～2 000 r/min較高的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下,安裝除氣機(jī)構(gòu)前后的不透光度幾乎保持不變。同時(shí)可以看出,五個(gè)測(cè)定轉(zhuǎn)速下,裝有除氣機(jī)構(gòu)的不透光度標(biāo)準(zhǔn)差更小,安裝除氣機(jī)構(gòu)前后的不透光度的標(biāo)準(zhǔn)差均小于3%。

不透光度曲線的變化趨勢(shì)與此類柴油機(jī)的燃燒特性有關(guān),當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況不同時(shí),提供的混合氣空燃比不同,燃燒后廢氣中成分和數(shù)量會(huì)存在差異。當(dāng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)以800～1 100 r/min的轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí),需要提供過(guò)濃的混合氣以確保燃燒的穩(wěn)定。柴油燃料的不完全燃燒導(dǎo)致廢氣中的碳煙顆粒較多。轉(zhuǎn)速在1 400～1 700 r/min的范圍中運(yùn)行時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整為供給相對(duì)稀的經(jīng)濟(jì)混合氣,因此廢氣排放量降至最低,這是最佳的穩(wěn)定工況。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到1 700 r/min以上,提供了柴油機(jī)的最大功率混合氣,由于濃混合氣燃燒不完全,廢氣中的顆粒物排放又開(kāi)始增多。

鑒于試驗(yàn)中兩條不透光度曲線的變化小于3%,說(shuō)明除氣機(jī)構(gòu)的安裝對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能沒(méi)有顯著影響,這表明除氣機(jī)構(gòu)可以保證柴油發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定可靠地工作。此外,值得注意的是,除了2 000 r/min的轉(zhuǎn)速外,不透光度測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差隨著除氣機(jī)構(gòu)的使用而降低,這表明安裝除氣機(jī)構(gòu)后,柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行更加穩(wěn)定。

3.1.2 光吸收系數(shù)

類似地,試驗(yàn)中的光吸收系數(shù)的結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表2所示,包括安裝和未安裝除氣機(jī)構(gòu)時(shí)每個(gè)測(cè)試速度下的光吸收系數(shù)測(cè)量值以及平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。安裝和未安裝除氣機(jī)構(gòu)的光吸收系數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之間的變化趨勢(shì)與不透光度變化趨勢(shì)相似,安裝除氣機(jī)構(gòu)前后的光吸收系數(shù)變化不大。其中,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為800 r/min時(shí),安裝除氣機(jī)構(gòu)前后的光吸收系數(shù)均值分別為0.83 m-1和0.86 m-1;發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 100 r/min時(shí),安裝除氣機(jī)構(gòu)前后的光吸收系數(shù)均值分別為0.53 m-1和0.54 m-1;發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 400 r/min時(shí),安裝除氣機(jī)構(gòu)前后的光吸收系數(shù)均值分別為0.03 m-1和0.02 m-1;發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 700 r/min時(shí),安裝除氣機(jī)構(gòu)前后的光吸收系數(shù)均值均為0.04 m-1;發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2 000 r/min時(shí),安裝除氣機(jī)構(gòu)前后的光吸收系數(shù)均值分別為0.32 m-1和0.29 m-1。各轉(zhuǎn)速下安裝除氣機(jī)構(gòu)前后的光吸收系數(shù)均值均為0.35 m。安裝除氣機(jī)構(gòu)前后的光吸收系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差均小于1%。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?00 r/min(怠速)增加到1 400 r/min,除氣機(jī)構(gòu)的光吸收系數(shù)有所降低,在這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),安裝除氣機(jī)構(gòu)的光吸收系數(shù)稍高;轉(zhuǎn)速在1 400～1 700 r/min之間時(shí),安裝除氣機(jī)構(gòu)前后的光吸收系數(shù)幾乎保持不變;在較高的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(>1 700 r/min)時(shí),光吸收系數(shù)開(kāi)始再次上升,此階段安裝除氣機(jī)構(gòu)的光吸收系數(shù)相對(duì)于沒(méi)有安裝除氣機(jī)構(gòu)的光吸收系數(shù)略低。這種變化可能與除氣機(jī)構(gòu)過(guò)濾掉燃料中存在的空氣而微調(diào)了空燃比有關(guān),但此處變化幅度不大,且在測(cè)量的誤差范圍內(nèi)。值得注意的是,光吸收系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差隨著除氣機(jī)構(gòu)的安裝而減小,表明安裝除氣機(jī)構(gòu)后發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行更加穩(wěn)定。

表2 安裝和未安裝除氣機(jī)構(gòu)的光吸收系數(shù)對(duì)比值Tab.2 Contrast value of optical absorption coefficient with and without the degassing mechanism installed

3.2 燃油消耗分析

在發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工況下,試驗(yàn)測(cè)試記錄了安裝和未安裝除氣機(jī)構(gòu)的柴油機(jī)燃油消耗率,共計(jì)進(jìn)行了30次試驗(yàn)。最大燃油消耗量可以評(píng)價(jià)各工況下發(fā)動(dòng)機(jī)的最高油耗,如該油耗能滿足使用要求,則發(fā)動(dòng)機(jī)在各工況下均能滿足油耗低的要求。分別測(cè)量在每個(gè)轉(zhuǎn)速下60 s內(nèi)經(jīng)過(guò)油耗儀的燃油量和每小時(shí)經(jīng)過(guò)油耗儀的燃油量。表3中提供了60 s內(nèi)經(jīng)過(guò)油耗儀的燃油量和每小時(shí)經(jīng)過(guò)油耗儀的燃油量,它們的平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差,以及安裝除氣機(jī)構(gòu)前后的燃料消耗百分比差異。

表3 油耗數(shù)據(jù)對(duì)比Tab.3 Comparison of fuel consumption data

安裝和未安裝除氣機(jī)構(gòu)的每小時(shí)平均燃油消耗量隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而增加。其中,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為800 r/min時(shí),安裝除氣機(jī)構(gòu)前后的每小時(shí)燃油消耗量的均值分別為0.69 L和0.77 L;發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 100 r/min時(shí),安裝除氣機(jī)構(gòu)前后的每小時(shí)燃油消耗量的均值分別為1.49 L和0.96 L;發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 400 r/min時(shí),安裝除氣機(jī)構(gòu)前后的每小時(shí)燃油消耗量的均值分別為1.12 L和1.27 L;發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 700 r/min時(shí),除氣機(jī)構(gòu)前后的每小時(shí)燃油消耗量的均值分別為1.53 L和1.41 L;發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2 000 r/min時(shí),安裝除氣機(jī)構(gòu)前后的每小時(shí)燃油消耗量的均值分別為1.79 L和1.7 L。各轉(zhuǎn)速下安裝除氣機(jī)構(gòu)前后的每小時(shí)燃油消耗量的均值為1.324 L和1.222 L,說(shuō)明安裝除氣機(jī)構(gòu)后的柴油機(jī)油耗更低,經(jīng)濟(jì)性更好。安裝除氣機(jī)構(gòu)前后的每小時(shí)平均燃油消耗量的標(biāo)準(zhǔn)差均小于1%。使用除氣機(jī)構(gòu)時(shí),燃油消耗量隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的上升是平穩(wěn)變化的,標(biāo)準(zhǔn)偏差更小且?guī)缀鹾愣?這表明除氣機(jī)構(gòu)使柴油機(jī)運(yùn)行更穩(wěn)定。

3.3 發(fā)動(dòng)機(jī)燃油耗盡后的啟動(dòng)性能

為了測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)在柴油完全耗盡后重新啟動(dòng)的性能和運(yùn)行的穩(wěn)定性,進(jìn)行了30次試驗(yàn)。將除氣機(jī)構(gòu)安裝至試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī),待柴油完全耗盡,將燃料重新添加到油箱內(nèi),柴油發(fā)動(dòng)機(jī)均可實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的重新啟動(dòng),這與未安裝除氣機(jī)構(gòu)柴油機(jī)的啟動(dòng)性能形成明顯的對(duì)比。未安裝除氣機(jī)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)需要對(duì)氣缸供油管采取耗時(shí)的逐一放氣處理,否則發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法重新啟動(dòng)。因此,除氣機(jī)構(gòu)被驗(yàn)證有利于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的重啟動(dòng),尤其是在燃油箱中的柴油完全排空之后的啟動(dòng)性能較為可靠,能夠保證柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的正常啟動(dòng)和啟動(dòng)后的正常運(yùn)行。

4 結(jié)論

1) 本文基于莫菲氏管原理設(shè)計(jì)了一款農(nóng)用柴油機(jī)供油路除氣機(jī)構(gòu),對(duì)比分析了供油管路安裝除氣機(jī)構(gòu)前后農(nóng)用柴油機(jī)的尾氣排放、油耗和重啟動(dòng)性能。尾氣成分分析中完成了怠速800 r/min、1 100 r/min、1 400 r/min、1 700 r/min和額定轉(zhuǎn)速2 000 r/min五個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下安裝除氣機(jī)構(gòu)前后的不透光度和光吸收系數(shù)的測(cè)量,油耗試驗(yàn)中完成了發(fā)動(dòng)機(jī)各測(cè)定轉(zhuǎn)速下,60 s內(nèi)經(jīng)過(guò)油耗儀的燃油量和每小時(shí)經(jīng)過(guò)油耗儀的燃油量,并監(jiān)測(cè)了發(fā)動(dòng)機(jī)各轉(zhuǎn)速下安裝除氣機(jī)構(gòu)前后燃料耗盡條件下的熄火響應(yīng),評(píng)價(jià)了柴油機(jī)重啟動(dòng)的性能。

2) 試驗(yàn)結(jié)果顯示,各轉(zhuǎn)速下安裝除氣機(jī)構(gòu)前后不透光度的均值分別為12.89%和13.246%,不透光度變化很小,安裝除氣機(jī)構(gòu)前后的不透光度的標(biāo)準(zhǔn)差均小于3%。各轉(zhuǎn)速下安裝除氣機(jī)構(gòu)前后的光吸收系數(shù)的均值均為0.35 m-1,安裝除氣機(jī)構(gòu)前后的光吸收系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差均小于1%。使用除氣機(jī)構(gòu)后柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的不透光度和光吸收系數(shù)更低,標(biāo)準(zhǔn)差有所降低,表明燃料燃燒更完全,排放指標(biāo)更理想。各轉(zhuǎn)速下安裝除氣機(jī)構(gòu)前后的每小時(shí)燃油消耗量的均值分別為1.324 L和1.222 L,安裝除氣機(jī)構(gòu)后的柴油機(jī)油耗更低,經(jīng)濟(jì)性更佳,且每小時(shí)燃油消耗量隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的上升平穩(wěn)變化,標(biāo)準(zhǔn)差更小,小于1%,表明除氣機(jī)構(gòu)使柴油機(jī)各工況下的運(yùn)行更平穩(wěn)。各轉(zhuǎn)速下安裝新型除氣機(jī)構(gòu)后的柴油機(jī)在燃料耗盡后的30次熄火響應(yīng)測(cè)試中在補(bǔ)充燃料時(shí)均實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)的正常啟動(dòng)和運(yùn)行,重啟動(dòng)性能獲得顯著改善。

3) 基于莫菲氏管原理的新型除氣機(jī)構(gòu)相比手動(dòng)和電控除氣機(jī)構(gòu)更節(jié)能、高效。相對(duì)于手動(dòng)排氣方法,該除氣機(jī)構(gòu)不僅提高了工作效率,又節(jié)約了燃油的消耗;而相對(duì)于電控除氣機(jī)構(gòu),該除氣機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、維修容易,較好地解決了農(nóng)用柴油機(jī)因燃油用盡后重新補(bǔ)充燃油時(shí)而無(wú)法正常啟動(dòng)的問(wèn)題,使發(fā)動(dòng)機(jī)各工況下的運(yùn)行更穩(wěn)定。該新型除氣機(jī)構(gòu)可以作為農(nóng)用柴油機(jī)燃油供給系統(tǒng)除氣的有效方法,具有廣泛的應(yīng)用前景。