基于进排气压比的柴油机充气效率测定方法

应用。流量法是直接用流量计测量进气量，但在实际运用过程中由于布置的关系只能安装在空气滤清器后，因此只能测量新鲜进气量，无法测量进气发动机的总进气量。而根据节气门开度计算进气量的方法在柴油机上也无法应用：①节气门在EGR回路之前，无法计算通过EGR部分的流量；②柴油机在正常工况下节气门常开，只有在DPF（柴油机颗粒捕集器Diesel particulate filter）主动再生时才会有动作。

1.2 基于进排气压比的充气效率计算

根据理想气体状态方程可以预测进气管质量流量：

（1）

其中：

为发动机单缸进气量，kg/str；为发动机进气歧管绝对压力，hpa；为发动机单缸容积m3；为发动机进气效率；为发动机进气歧管绝对温度，K；为气体常数，287.05 J/kg·K 。

根据公式（1），充气效率无法直接测得，需要间接计算得到。

发动机总进气量为：

（2）

其中：

为发动机进气量，kg/s；为动机单缸进气量，kg/str；为动机转速，rpm； 为气缸数； 为单缸做功的循环数（四冲程机为2）。

将公式（2）带入公式（1）得到所有与充气效率相关的因子的公式：

（3）

其中：

为发动机充气效率；为发动机进气量，kg/s；为发动机进气歧管绝对温度，K；为气体常数，287.05 J/kg·K； 为单缸做功的循环数（四冲程机为2）；为发动机进气歧管绝对压力，hpa；为发动机单缸容积，m3；为发动机转速，rpm；为气缸数。

2 试验设备及方案

本文的研究对象是匹配轻型车的高压共轨国五柴油机，采用VNT+电控EGR空气系统以及DOC+DPF后处理方案，裸机排放达到国四水平。发动机主要参数，见表1。发动机台架为AVL电力测功机，台架布置，如图1所示。

图1 台架布置图

3 试验过程

基于进排气压比的测量方法测定其在发动机所有工况的充气效率，需测量的参数，见表2。

当EGR关闭时，通过空气流量计的进气量即为发动机总进气量，本次试验时关闭EGR，因此公式（3）中的发动机进气量就可以通过空气流量计直接测得。其他参数可以通过相关传感器直接测得。测试模型数据，见表3。

发动机正常热机后按照下面工况进行扫点。

4 试验结果与分析

按照上述的测试模型测量结束后，将实际测量参数和发动机相关参数带入公式（3）计算得到各工况点充气效率，以3 600 n/min为例。充气效率计算值，见表4。

由于涡前压力表征着排气阻力，也会影响充气效率，因此在实际应用中充气效率不是根据发动机转速和进气压力读取，而是根据发动机转速、进排气压比读取的充气效率，如图2所示。

图2 基于进排气压比的充气效率

在台架上进行充气效率的验证，结果显示充气效率的偏差小于5%，如图3所示，基于进排气压比的柴油机充气效率测定方法可行，且满足工程应用要求。

图3 充气效率偏差

5 结 语

本文从充气效率的定义出发，提出了基于进排气压比的柴油机充气效率测试方法，其理论基础坚实，测量过程可以通过常用的设备完成，且精度满足工程应用要求，能够在现有的柴油发动机上应用。

参考文献：

[1] 周龙保.内燃机学[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2] 刘萍，王丛祥，姚喜贵.用发动机进气压力计算充气效率的试验研究[J]. 农机化研究，2001，（2）.

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