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第34卷(2012)第5期 柴油机 Diesel Engine ~一一一 ’~。 机型与综述; ^ ………… I 匹配皮卡车型的半电控VE泵柴油机的开发 王启航,韩祖豪,陈然,王克,赵雪辉,周秋菊 (道依茨一汽大连柴油机有限公司,辽宁大连116022) 摘要:针对匹配皮卡车型开发的CA4DC2—10E3V柴油机,在发动机试验台架上进行了喷油器、油 嘴凸出高度、静态供油提前角和EGR的标定优化匹配。皮卡在底盘测功机上,通过匹配氧化型催 化转化器和提前角的标定,排放通过了国Ⅲ限值;且整车排放循环油耗为8.4(L?(100km) )。 关键词:柴油机;半电控VE泵;性能;匹配 中图分类号:TK427 .121 文献标识码:A 文章编号:1001—4357(2012)05—0006—05 Development on Semi-electronic Control VE Pump Diesel Matching Pickup Wang Qihang,Han Zuhao,Chen Ran,Wang Ke,Zhao Xuehui,Zhou Qiuju (DEUTZ FAW Dalian Diesel Engine Company,Liaoning Dalian 1 1 6022) Abstract:As for CA4DC2—10E3V diesel engine matching pickup,calibration optimum matching was ca ̄ied out on an engine test bench from the aspects of injector,injector bulge height,static fuel supply advance angle and EGR.On the roller test bed,through matching diesel oxidation catalytic converter and fuel supply advance angle calibration,the emissions met China nl emission legislation,BSFC of pickup emission cycle reached 8.4(L?(100km)一). Keywords:diesel engine;semi—electronic control VE pump;performance;matching 0 引 言 在行业协会上报国家发改委的文件《关于我 罔燃油喷射装置行业为实施柴油机国Ⅲ排放标准所 化整车油耗指标。 1 样机台架性能开发 1.1发动机配置 做的准备丁作汇报和我们的意见与建议》中指出: 对于新开发的柴油机型和技术较先进的高档老机型 进行升级改造,适合采用电控高压共轨系统;对于 原采用机械式VE分配泵的老机型进行升级改造, C_A4DC2—10E3V柴油机为增压、直喷柴油机。 主要技术配置说明如下: 供油系统采用半电控VE泵,保留VE泵的机械 调速器部分,电控部分仅对定时控制阀(TOY阀)控 制,通过控制液压提前器的高压腔和低压腔之间的 柴油压力,驱动定时活塞实现供油提前角的控制。 适合采用电控VE分配泵;对于一般老机型的升级 改造,适合采用电控组合单体泵,某些新开发机型 也可采用;对于较低档老机型的升级改造,则更适 TCV阀为锥面密封阀,与其配套的位置传感器用于 测量正时活塞移动距离,间接转换为供油提前角。 测量行程为0~9 mm,测量精度为0.O1 mm。转速 传感器为无源磁电式传感器,成本低、可靠性高。 停油电磁阀沿用机械VE泵的停油电磁阀,实现电 子控制停机的功能。 合采用电控调速直列泵(结合冷却EGR使用)的 方案。 针对皮卡车型,为了通过GB1832.3-2005第 阶段排放限值,开发CA4DC2-10E3V半电控VE泵 增压柴油机,在满足国Ⅲ排放下控制整车成本,优 收稿日期:2012-05-21;修回日期:2012-08-01 作者简介:王启航(1971一),男,工程师,主要研究方向为柴油机整机开发,E—mail:472503144@qq.COIn。 

2012年9月 王启航等:匹配皮卡车型的半电控VE泵柴油机的开发 ECU控制软件采用传统的“PID+MAP”的方 式。集成在油泵上的传感器和执行器包括:油泵转 1.2。1 喷油器匹配 喷油器孔径不同即有效喷射面积不同,对喷油 压力和喷油持续期有着重要的影响。喷油器的优化 方案如表2所示。 表2喷油器方案 速传感器、油门位置传感器、TCV阀控制器、提 前器位置感应传感器;另外,冷却液温度传感器、 进气压力温度传感器安装在发动机上。 冷却EGR系统EGR阀采用橡胶膜片式机械 阀,橡胶膜片耐热温度最高为180℃,短时间(约 喷油器方案标识 设计流量/(ml?(30s) ) 3605 600 3606 550 3607 500 5 min)耐温200℃,EGR阀布置在冷端。真空电磁 孔数一孑L径/mm 6—0.205 6—0.195 6—0.185 阀,通过占空比(PWM)控制,改变真空泵所提供 的真空度在EGR阀上的加载、释放的时间比例, 即控制EGR阀的开关时间比例,从而实现对EGR 阀的控制。真空电磁阀适应环境的温度不应超过 130 。通过特殊结构的热交换器,废气高速流过 冷却器,与冷却液交换热量,使EGR冷却器温度 下降。为了防止EGR冷却器废气人口端温度过高, 烧穿冷却器,冷却器的冷却液入口布置在高温端, 直接冷却高温废气。冷却液与排气流动的方向相 同,同时也必须考虑到EGR冷却器的阻力。 EGR系统在排气歧管的取气点位置的优化目 标为:压力高,并且压力波动小。利用CFD三维 流体计算,并辅助一定的试验测试手段,设计了带 EGR取气位置的排气歧管。 EGR系统的进气口位置,主要考虑各缸EGR 率的均匀性,通常把EGR系统的进口位置选在进 气总管部位,这样的布置主要考虑使EGR与新鲜 空气充分混合,达到各缸EGR率的均匀性目的。 根据整车的要求,CA4DC2—10E3V柴油机开发 的目标参数如表1所示。 表1 CA4DG2-10E3V柴油机的工程目标参数 型式 增压直喷 每缸气门数 2 缸径X行程/mm×mm 98×105 标定功率/转速/kW/(r?min ) 66/3 400 最大扭矩/转速/(N?m)/(r?min ) 21O/2 000 供油系统 半电控VE泵 外特性最低油耗/(g?(kW?h) ) 225 怠速/(r?min ) 700~750 最高空载稳定转速/(r?min ) ≤3 910 标定功率机油燃油比 ≤0.2% 排放标准 GB18352.3-2005国Ⅲ 1.2台架性能开发 CA4DC2.10E3V在台架上进行了排放和性能开 发,主要匹配工作集中在喷油器、喷油嘴凸出量和 VE泵的匹配,同时对提前角和EGR的MAP进行 了优化标定。 油束锥角/(。) 152 152 152 开启压力/MPa 24~25 24 25 24~25 ,在油泵试验台上,使用基础VE泵(柱塞直径 为11 mm,凸轮升程为3.2 mm),对不同方案的喷 油器在相同基础油泵不同转速下进行流量测试,结 果如表3和图1所示。 表3喷油器的流量测试 油泵试验台测试 喷油器样件 300次 3605 3606 3607 名义流量/(ml-(30s) ) 600 550 500 转速/(r?min。) 500 19.18 18.28 17.1O 转速/(r-arin ) 750 21.6O 20.23 19.43 转速/(r?arin ) 1 100 25.15 24.O8 22.75 要 皿噩】 —._-3605 —g ●卜I3606 —-, -3607 图1 三种喷油器的流量测试 对三种流量喷油器,在基础VE泵上,静态供 油提前角为10℃A,提前角MAP相同的前提下, 对发动机外特性测试结果,如图2所示。 通过试验结果比较可知,喷油器流量为 550(ml?(30s) ),孑L径为 O.195时,外特性燃 油消耗率和烟度取得了比较好的效果。喷油器孔 径由 0.205减小到 0.195,喷油器流量从 600(ml?(30s) )降低至550(m卜(30s) ),喷 射压力相对提高,喷射持续期变长,保证了雾化 良好,又有足够的贯穿度,实现了与燃烧室、气 道的良好匹配,从而改善了燃烧,使燃油消耗率 和烟度得到有效的改进;喷油器孔径进一步减小 到 0.185时,由于VE泵的能力所限,使得 2 200(r?min。。)以上扭矩下降,燃油消耗率上升 显著。 综合比较:流量为550(ml?(30s) ),4,0.195 

?8? 柴油机 第34卷第5期 孑L径喷油器在外特性的燃油消耗率和烟度指标上综 合指标最优。 一 一ql≥ s)\ 鞋饕樱餐 230 如 勰 O O O O O O 加 21O  ’190 — ——_一361 )5 , 萤17o 1, \ _.广一jOUO \ — ÷_-3607 l50 1 000 1 400 l 800 2 200 2 600 3 000 3 400 转速/(r?min 。) (a)匹配不同喷油器的发动机外特性扭矩 ——?一3605 / ——— ?—一360fJ7 6 /  ’,  .口 — l 000 1 400 1 800 2 200 2 600 3 000 3 400 转速/(r?min。) (b)匹配不同喷油器的发动机外特性燃油消耗率 3 —-2.5 ?一3605 十3606 Z 2 ∽ 1.5 \ —*_: ;607 } ’ J] 要1 ’ 0.5 0 l 000 1 400 l 800 2 200 2 600 3 000 3 400 转速/(r?min ) (c)匹配不同喷油器的发动机外特性烟度 图2 匹配三种喷油器的发动机外特性性能测试结果 1.2.2喷油器凸出量的匹配 喷油嘴凸出量过大会导致喷油器头部温度过 高,针阀过热,引起可靠性问题;而喷油器凸出 量过小,则油束喷在缸盖上的概率过大,会导致 缸盖过热。喷油器凸出量的优化是通过对喷油器 铜垫的厚度不同进行试验优选,试验结果如图3 所示。 从外特性的试验结果可以得出,喷油器铜垫为 2 mm时,燃油消耗率和烟度指标取得综合最优的 效果。 1.2.3 VE泵的匹配 不同结构参数的喷油泵,具有不同的供油特 性,将直接影响柴油机的经济性和排放性等指 标。提高燃油喷射压力,有助于着火后喷入气缸 的燃油和空气的混合,降低扩散燃烧阶段的碳烟 排放。 试验用VE泵的主要参数如表4所示。实机测 试的外特性结果如图4所示。 230 — 2l0 -、、 k -、、1  ‘190 k 《 ——◆~lmm 囊170 — ●一’m ——■r__}mm 15O 1 000 l 400 1 800 2200 2 600 3 000 3 400 转速/(r?min。) (a)三种喷油器铜垫的发动机外特性扭矩 —300  I——主28o●—一1mn1 ——善260  _一2mm ——_P一3mm 斛240  I——-1  .r 篓22o b% — T 萎zO 0  l000 1 400 l 800 2 200 2 600 3 000 3 400 转速/(r-arin。) (b)三种喷油器铜垫的发动机外特性燃油消耗率 2 ——_一2mm Z 1 \/ ——●r一.} mrn 广 / / 骚0  .——●—1 1 000 1 400 1 800 2 200 2 600 3 000 3 400 转速/(r?min。) (c)三种喷油器铜垫的发动机外特性烟度 图3 三种喷油器铜垫的发动机外特性性能指标 表4试验用VE泵参数 试验方案 柱塞直径/ram 凸轮升程/ram 备注说明 VE 1l 11 3.2 半电控 VE 12 12 3.2 半电控 250 . 200 ▲ k— k #150 1 Z 1O0 +VE泵 囊5O ——●—一 VE泉 O 1 000 l 400 1 800 2 200 2 600 3 000 3 400 转速/(r?min ) (a)两种VE泵的发动机外特性扭矩 十VE泵11 一——◆__ -VE泵1 2 一 \ =:| k . . 1 000 1 400 1 800 2 200 2 600 3 000 3 400 转速/(r?min。。) (b)两种VE泵的发动机外特性燃油消耗率 图4两种VE泵的发动机外特性测试 

2012年9月 王启航等:匹配皮卡车型的半电控VE泵柴油机的开发 ?9? 从样机外特性测试的数据来看,柱塞直径从 1 1 mm增加到12 mill,外特性的燃油消耗率没有取得 优势。主要原因是由于11 mm柱塞VE泵是龙口的 批产配置,12 mm柱塞VE泵为样泵,特别匹配流 量550(ml?(30s) )的喷油器,泵端压力的提高, 使12//lm柱塞VE泵相对11 IIIITI柱塞VE泵的燃油 泄漏量增大,导致外特性2 200(r?min )以上的燃 油消耗率要差于ll mIn柱塞的VE泵。故定型的半 电控VE泵柱塞直径为11 mm,升程为3.2 mm。 2整车的排放标定 根据GB18352.3-2005法规定义的车型为最大 总质量不超过3 500 kg的M1类、M2类和N1类汽 车。基准质量(RM)指汽车的“整备质量”加上 100 kg。大柴神皮卡属于第二类车,其基准质量为 1 800 kg。 装有压燃式发动机的汽车必须进行I型试验, I型试验规定了整车在底盘测功机的运转循环,如 图5所示。 /_\/、\ 厂、 /_\/、1 厂\/11 / 厂]_ \\  195 195 195 l 195 400 BS:取样开始ES:取样开始 图5 J型试验运转循环 整车的变速箱各档位速比、后桥速比和轮胎滚 动半径等参数直接影响到发动机的转速和负荷。整 车排放和性能的开发一定意义上是整车整个传动系 的优化和匹配,仅靠发动机本身的优化,很难取得 整车排放、动力性以及舒适性的综合权衡。大柴神 皮卡的整车参数如表5所示。 样车在底盘测功机上进行I型试验运转循环,对 样车原配置进行了排放摸底。根据排放测试结果, 基于在台架上没有对起动和怠速控制进行标定,因 此对发动机300~1 000(r?min ),在整车上进行了 全新的标定,特别是起动后的怠速控制,TCV阀在 该转速范围内作了较大的调整;适当增大了发动机 2 6OO~3 100(r?min )的提前角,以更好地适应Ⅱ部 排放工况。EGR MAP的调整重点针对发动机的300 —1 000(r?min )起动怠速工况;同时对2 500~ 3 300(r?min )区域加大了EGR率,进一步优化 NO 排放。HC和CO的排放只能依靠DOC来处理, DOC由无锡威孚力达开发。样车经过TCV和EGR MAP的标定调整后,所测得的排放数据如表6所 示。整车经标定后排放结果达到了国Ⅲ排放水平, 并为生产留有足够的裕度;整车排放循环百公里油 耗为8.4(L?(100 km) )。 表5大柴神皮卡的整车参数 整车型号 DD1022E 驾驶室 皮卡 乘员数 2+3人 最大设计装载质量/kg 375 整车整备质量(整车)/kg 1 700 最大设计总质量(整车)/kg 2 400 滚动半径/ram 350 变速箱型号 ZMoo1T I档:4.452 Ⅱ档:2.398 Ⅲ档:1.414 变速箱各档速比 Ⅳ档;1.O0 V档;0.802 倒档:4.472 后桥速比 4.1l 表6排放测试结果 排放、油耗 原机 标定后 HC/(g?km ) 0.O56 0.18 CO/(g-km ) 0.255 1.603 I部 NO /(g?km ) 2.645 O.712 CO2/(g?km ) 262.2 243 PM/(g?km ) O.011 0.033 油耗/(L?(1OOkm) ) 9.923 9.293 HC/(g.kin ) 0.022 0.029 CO/(g-km ) O.Ol6 O.027 Ⅱ部 NO /(g-km ) 1.054 0.572 CO2/(g?km ) 221 208.3 PM/(g?km ) 0.075 0.046 油耗/(L?(1OOkm) ) 8.35 7.87 NO /(g?km一 ) 1.643 0.624 HC十NO/(g?km ) 1.7 0.709 排放结果 CO/(g?km ) 0.105 0.613 PM/(g?km。) 0.052 0.041 CO /(g-km ) 236.3 221.2 油耗/(L?(1OOkm) ) 8.93 8.4 3 结 论 CA4DC2一IOE3V半电控VE泵增压柴油机匹配 

柴油机 第34卷第5期 丹东曙光大柴神皮卡,通过台架性能开发和整车排 放标定,结论如下: 参考文献 [1]李勤.现代内燃机排气污染物的测量与控制[M].北 京:机械工业出版社.1998. (1)在台架上重点进行的喷油器流量、喷油器 凸出量和VE泵参数的匹配开发,确定的最终方案 为喷油器流量为550(ml?(30s) ),喷油器铜垫 厚度为2 mm,VE泵柱塞直径为11 mm、升程为 3.2 into; [2]王启航,王永红,王华伟,等.CA498型柴油机达欧Ⅲ排 放的试验研究[J].车用发动机,2006(4):l9—21. [3]蒋德明等.高等车用发动机内燃机原理(上册、下册) [M].西安:西安交通大学出版社.2006. [4]王天灵,李骏,吴君华,等.废气再循环降低增压柴油机 排放的试验研究[J].汽车技术,2005(12):12~15. (2)整车经过提前角(TCV阀)和EGR MAP的 调整,重新标定后的整车通过了国Ⅲ排放,排放循 环整车油耗为8.4(L?(100?km) ),达到了项目 开发目标的要求。 [5]陈群,刘巽俊,李俊,等.车用柴油机冷EGR系统的试验 研究[J].汽车工程,2001(6):392—395. [6]陈群,刘巽俊,李骏,等.CA498车用柴油机EGR的试验 研究[J].内燃机学报,2001(6):557—561. ?+”+?-+“+”+”—卜?t+??+“+??+“—?卜“— ”+??+“+-?—卜”—卜“—- 一—十一“—卜”—’一”—卜 ?-+??——? ??-4-??+??—? -?--+一“+一?+??+ 一……‘’ { 信息动态 一…… MAN完成首台S90ME-C9.2 12缸机试验 MAN Diesel&Turbo宣布:该公司的第一台缸径为90cm的超长冲程MK9发动机已经在其许可生产厂 ——韩国现代重工发动机与机械分公司(Hyundai Heavy Industires Engine&Machinery Division)成功地完 成了台架试验。 MAN Diesel&Turbo指出,该公司的S90ME.C9.2 12缸机满足集装箱航运公司对较小缸径、超长冲 程、更低推进转速发动机需求的新趋势。 MAN Diesel&Turbo设计的大型12缸二冲程发动机在转速为84(r?min“),传输的力矩为 8.5(MN?ITI),总功率为69 720 kW。 自2008年底全球经济危机以来,MAN Diesel&Turbo已经看到了船东对降低运营成本和减速航行的 需求。为此,MAN公司采用通过发动机低负荷优化和涡轮增压切断(turbocharger cut—out)等措施。上述 趋势并结合船舶能效设计指数(EEDI)标准的要求,促使MAN公司采用更长冲程发动机设计,以降低推 进器速度,从而为优化推进效率提供可能。专门为集装箱船研制的S90ME—C9.2发动机基于为巨型油船 (VLCC)设计的优化型S90ME—C8机(该机已在一些集装箱船应用)。在相同背景下,MAN公司针对所有 的远洋运输船推出的更大冲程缸径比的G系列发动机,G40、G45、G50、G60、G70和G80型发动机,同 样采用超长冲程设计,已实现较低推进器速度。 除了利用S90ME.C9.2发动机实现较低推进器速度,对集装箱船推进装置完成基本优化,S90ME- C9.2发动机还优化了三种最大持续功率(MCR)指标:经部分负荷优化的高额定最大持续功率;经部分 负荷调谐优化的降额定最大持续功率;经低负荷调谐优化的降额定最大持续功率。尤其是在最大持续功率 2点和3点之间时,为确保相关贸易方式下的优化运行条件而进行的重建和参数重置的变动最小。 (李积轩编译) 

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