陳仲，薛滋德

（中國石油集團(tuán)濟(jì)柴動(dòng)力股份有限公司，山東 濟(jì)南 250306）

在不更換預(yù)燃室噴射閥閥體外部結(jié)構(gòu)的情況下，對噴射閥閥芯進(jìn)行了改進(jìn)，由舊型的海茵茨曼PCV50 換成了新型的PCV30，減小了閥芯的燃?xì)獬隹诿娣e，增大了預(yù)噴閥的噴射持續(xù)期，新型預(yù)燃室噴射閥噴射持續(xù)期的調(diào)節(jié)范圍比舊型預(yù)燃室噴射閥的調(diào)節(jié)范圍有明顯增大，改善了預(yù)燃室噴射閥單次噴射燃?xì)饬烤鶆蛐?，從而提高了預(yù)燃室點(diǎn)火能力的均勻性和單次燃?xì)鈬娚涞目刂凭_。新型預(yù)噴閥閥芯的加工差異問題也要更小，一致性更好。

1 試驗(yàn)?zāi)康呐c方法

此次試驗(yàn)的目的主要有以下兩點(diǎn)。

（1）通過預(yù)燃室噴射閥噴射持續(xù)期MAP 圖優(yōu)化試驗(yàn)，確定預(yù)燃室噴射閥噴射持續(xù)期最佳MAP 圖。

（2）在相同的主噴射閥噴射提前角、預(yù)燃室噴射閥噴射提前角、點(diǎn)火提前角、空氣閥開度和bypass 閥開度條件下，通過兩種預(yù)燃室噴射閥配機(jī)性能對比試驗(yàn)，根據(jù)對比發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性等參數(shù)，確定最佳的預(yù)燃室噴射閥。

此次試驗(yàn)的試驗(yàn)方法是：在各工況點(diǎn)下手動(dòng)調(diào)整預(yù)燃室噴射閥噴射持續(xù)期MAP，從上限過濃失火調(diào)整到下限過稀失火，確定預(yù)燃室噴射閥噴射持續(xù)期調(diào)整范圍，通過對比分析經(jīng)濟(jì)性、排放性和動(dòng)力性相關(guān)參數(shù)，確定預(yù)燃室噴射閥最佳噴射持續(xù)期，優(yōu)化預(yù)燃室噴射閥噴射持續(xù)期MAP圖，同時(shí)兼顧爆發(fā)壓力≤160bar，NOx排放≤500mg/Nm3（O2=5%），爆震值Knock value high ≤10%。

2 新型預(yù)噴閥最佳噴射持續(xù)期配機(jī)試驗(yàn)

在25%負(fù)荷時(shí)，進(jìn)行了預(yù)噴閥噴射持續(xù)期對比試驗(yàn)，通過調(diào)整預(yù)燃室噴射閥噴射持續(xù)期達(dá)到上限過濃失火點(diǎn)、最優(yōu)點(diǎn)和下限過稀失火點(diǎn)（表1）。

表1 25%負(fù)荷新型預(yù)噴閥噴射持續(xù)期對比

新型預(yù)燃室噴射閥噴射持續(xù)期在25%負(fù)荷下可調(diào)節(jié)范圍為16.0 ～24.6°CA，接近上限24.6°CA 時(shí)出現(xiàn)排溫偏差差異過大、氣耗率上升明顯等燃燒惡化的現(xiàn)象；接近下限16°CA 時(shí)出現(xiàn)5、6 缸失火、氣耗率上升明顯的現(xiàn)象。而最佳的持續(xù)期為16.4°CA。

在50%負(fù)荷時(shí)，進(jìn)行了預(yù)噴閥持續(xù)期對比試驗(yàn)，通過調(diào)整預(yù)燃室噴射閥噴射持續(xù)期達(dá)到上限過濃失火點(diǎn)、最優(yōu)點(diǎn)和下限過稀失火點(diǎn)（表2）。

表2 50%負(fù)荷新型預(yù)噴閥噴射持續(xù)期對比

新型預(yù)燃室噴射閥的持續(xù)期在50%負(fù)荷的可調(diào)節(jié)范圍為17.4 ～32.0°CA，接近上限32°CA 時(shí)出現(xiàn)油門波動(dòng)、氣耗率上升明顯、轉(zhuǎn)速波動(dòng)增大的現(xiàn)象；接近下限17.4°CA 時(shí)，出現(xiàn)排溫偏差大于50℃、油門波動(dòng)的現(xiàn)象。最佳的持續(xù)期為21.5°CA。

在75%負(fù)荷時(shí)，進(jìn)行了預(yù)噴閥持續(xù)期對比試驗(yàn)，通過調(diào)整預(yù)燃室噴射閥噴射持續(xù)期達(dá)到上限過濃失火點(diǎn)、最優(yōu)點(diǎn)和下限過稀失火點(diǎn)（表3）。

表3 75%負(fù)荷新型預(yù)噴閥噴射持續(xù)期對比

新型預(yù)燃室噴射閥的持續(xù)期可調(diào)節(jié)范圍為17.5 ～31.5°CA，接近上限31.5°CA 時(shí)，出現(xiàn)氣耗率上升明顯、油耗增大的現(xiàn)象；接近下限17.5°CA時(shí)出現(xiàn)油門波動(dòng)增大、氣耗率上升明顯的現(xiàn)象。最佳的持續(xù)期為23.9°CA。

在85%負(fù)荷時(shí)，進(jìn)行了預(yù)噴閥持續(xù)期對比試驗(yàn)，通過調(diào)整預(yù)燃室噴射閥噴射持續(xù)期達(dá)到上限過濃失火點(diǎn)、最優(yōu)點(diǎn)和下限過稀失火點(diǎn)（表4）。

表4 85%負(fù)荷新型預(yù)噴閥噴射持續(xù)期對比

新型預(yù)燃室噴射閥的持續(xù)期可調(diào)節(jié)范圍為21.6 ～26.4°CA，接近上限26.4°CA 時(shí)，出現(xiàn)氣耗率上升明顯等燃燒惡化的現(xiàn)象；接近下限21.6°CA 時(shí)，出現(xiàn)氣耗率上升明顯的現(xiàn)象。最佳持續(xù)期為24.4°CA。

在100%負(fù)荷時(shí)，進(jìn)行了預(yù)噴閥持續(xù)期對比試驗(yàn)，通過調(diào)整預(yù)燃室噴射閥噴射持續(xù)期達(dá)到上限過濃失火點(diǎn)、最優(yōu)點(diǎn)和下限過稀失火點(diǎn)（表5）。

表5 100%負(fù)荷新型預(yù)噴閥噴射持續(xù)期對比

新型預(yù)燃室噴射閥的持續(xù)期可調(diào)節(jié)范圍為22.1 ～27.2°CA，接近上限27.2°CA 時(shí)，出現(xiàn)油門波動(dòng)增大的現(xiàn)象；接近下限22.1°CA 時(shí)，出現(xiàn)油門波動(dòng)增大的現(xiàn)象。最佳持續(xù)期為25.5°CA。

由圖1 所示，新型預(yù)燃室噴射閥的持續(xù)期過濃失火點(diǎn)以及過稀失火點(diǎn)與最佳運(yùn)行持續(xù)期之間的渦前排溫、爆發(fā)壓力、氣耗率相差并不太大，只有最佳持續(xù)期的過量空氣系數(shù)在低負(fù)荷明顯高于過濃失火和過稀失火的持續(xù)期。

由圖2 和3 所示，新型預(yù)燃室噴射閥的持續(xù)期過濃失火點(diǎn)以及過稀失火點(diǎn)與最佳運(yùn)行持續(xù)期之間的主燃?xì)鈮毫?、主噴持續(xù)期、空氣進(jìn)氣腔進(jìn)氣壓力和溫度、兩側(cè)增壓器轉(zhuǎn)速差別并不大。

圖3 新型預(yù)燃室噴射閥主要運(yùn)行參數(shù)對比

從試驗(yàn)結(jié)果分析，新型預(yù)燃室噴射閥噴射持續(xù)期的調(diào)節(jié)范圍明顯增大，改善了預(yù)燃室噴射閥單次噴射燃?xì)饬烤鶆蛐?，從而提高了預(yù)燃室點(diǎn)火能力的均勻性和單次燃?xì)鈬娚涞目刂凭_度，滿足了預(yù)噴持續(xù)期更大的可調(diào)節(jié)裕度。

根據(jù)試驗(yàn)確定的新型預(yù)燃室噴射閥最佳噴射持續(xù)期MAP 圖如圖4 所示。

圖4 新型預(yù)燃室噴射閥噴射持續(xù)期MAP

3 新型和舊型預(yù)噴閥配機(jī)性能比對

根據(jù)本文第二部分新型預(yù)燃室噴射閥配機(jī)試驗(yàn)得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)與舊型預(yù)燃室噴射閥進(jìn)行性能對比。

由表6 和表7 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過曲線繪制出圖7 ～9的主要參數(shù)對比曲線。

表6 新型預(yù)燃室噴射閥配機(jī)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表7 舊型預(yù)燃室噴射閥配機(jī)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由圖5 和圖6 分析可知，新型預(yù)燃室噴射閥排氣溫度一致性要更好，而舊型的差異性要大很多，而且新型閥的排氣溫度明顯總體要低很多。

圖6 舊型預(yù)燃室噴射閥排氣溫度趨勢圖

由圖7 所示可見，新型預(yù)燃室噴射閥配機(jī)后，氣耗率明顯要更低，過量空氣系數(shù)更高，渦前排溫要更低，各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)明顯優(yōu)于舊型預(yù)燃室噴射閥。

由圖8 所示新型預(yù)燃室噴射閥和舊型預(yù)燃室噴射的對比是在確保了節(jié)氣門開度、主燃?xì)鈮毫椭鲊姵掷m(xù)期基本一致的條件下進(jìn)行的。

圖8 2 種預(yù)燃室噴射閥主要運(yùn)行參數(shù)對比

由圖9 所示，2 種噴射閥的空氣進(jìn)氣腔溫度壓力和雙側(cè)增壓器轉(zhuǎn)速也相差不大。

圖9 2 種預(yù)燃室噴射閥主要運(yùn)行參數(shù)對比

由表8 可知，新型預(yù)燃室噴射閥噴射持續(xù)期可調(diào)節(jié)范圍與舊型預(yù)燃室噴射閥噴射持續(xù)期可調(diào)節(jié)范圍進(jìn)行對比，明顯新型噴射閥可調(diào)范圍更大，而且根據(jù)圖10 來看，排溫不均勻度要低很多。

圖10 2 種噴射閥排氣溫度不均勻度對比

表8 2 種預(yù)燃室噴射閥調(diào)節(jié)范圍對比

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，新型預(yù)燃室噴射閥能夠滿足發(fā)動(dòng)機(jī)（基本型3730kW）動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及排放要求，并且增大了預(yù)噴閥持續(xù)期，改善了預(yù)燃室噴射閥單次噴射燃?xì)饬烤鶆蛐?，從而提高了預(yù)燃室點(diǎn)火能力的均勻性和單次燃?xì)鈬娚涞目刂凭_，滿足了發(fā)動(dòng)機(jī)的要求，其可靠性還需工業(yè)性試驗(yàn)的進(jìn)一步驗(yàn)證。

4 結(jié)語

（1）通過對某預(yù)燃室天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行的新型預(yù)噴閥配機(jī)試驗(yàn)，確定了此發(fā)動(dòng)機(jī)最佳的預(yù)噴閥噴射持續(xù)期如下表所示，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)在稀薄燃燒狀態(tài)下的穩(wěn)定運(yùn)行，目前該自主研發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了國際先進(jìn)水平（表9）。

表9

（2）通過對新型和舊性預(yù)噴閥裝機(jī)后性能試驗(yàn)得出結(jié)論，同等工況下兩者爆發(fā)壓力相差不大，但是新型預(yù)噴閥的渦前排溫更低，氣耗率稍低且過量空氣系數(shù)要高，說明新型預(yù)噴閥提高了預(yù)燃室點(diǎn)火能力的均勻性和※單次燃?xì)鈬娚涞目刂凭_，在稀薄燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下穩(wěn)定可靠性也更加出色。