4135G型柴油机燃油油耗率的实验研究

4135G型柴油机燃油油耗率的实验研究 4135G型柴油机燃油油耗率的实验研究 第l0卷第3期 2005年9月 集美大学学报(自然科学版) JournalofJimeiUniversity(NaturalScience) Vo1.10No.3 Sep.2005 [文章编号]1007—7405(2005)03—0261—05 4135G型柴油机燃油油耗率的实验研究 高占斌,陈景锋,赵国文,陈辉 (1.集美大学轮机工程学院,福建厦门361021;2.武汉理工大学能源与动力工程学院,湖北武汉430063) [摘要]通过对4135G型柴油机的实验,得出影响其燃油油耗率的因素有喷油器的设定压力,供油提 前角,压缩比,燃油或者滑油品质,摩擦损失及冷却损失等.对上述因素进行改善处理,可以降低4135G 型柴油机燃油油耗率. [关键词]4135G型柴油机;燃油油耗率;实验研究 [中图分类号]U664.121[文献标识码]A 0引言 4135G型柴油机为国家节能产品,是我国陆上移动电站所配的主要机型?.影响柴油机燃油油耗 率的因素很多,要使柴油机在正常燃油油耗率的情况下工作,必须了解柴油机燃油油耗率过高的原 因.笔者较系统地分析了影响4135G型柴油机燃油油耗率的原因,并提出了相应的改善措施. 1实验设备 1)4135G型柴油机.该柴油机由上海柴油机厂生产,属于四冲程,非增压,直接喷射式高速柴 油机,二缸共用一个气缸盖,机械传动式气阀机构,额定转速为1500r/min,曲柄旋转方向为逆时 针,冷却方式为水冷,起动方式为电起动.其它主要技术参数见1. 表14135型柴油机主要技术参数表 Tab.1Model4135Gdieselenginemaintechnologyparameter 2)FC2010测控仪.该测控仪由湘仪动力测试有限公司生产,用于控制和测量发动机的转速,转 矩,功率,燃油消耗量,滑油消耗量,温度,压力流量等各种不同类型的参数.该仪器采用数字增量 电压控制发动机转速/转矩且无扰动切换控制;液晶显示测量参数,使测控仪的易操作性及发动机转 速/转矩的控制稳定性得到很大的提高.FC2010测控仪的数据采集系统采用了国际流行的CAN现场 总线通讯协议和模块化设计技术;各种不同的传感器输出的信号,集中到CAN智能模块调理成 的数字信号,通过总线网络进行传输,可使多套测控系统组成局域网络,便于集中管理.该测控仪与 通常的发动机测控系统相比较有非常大的优越性,主要表现在误差较小,可以控制在?1%左右. 3)D350型水力测功器.主要技术参数如表2所示. [收稿日期]2005—01—18 【作者简介】高占斌(1971一),男,实验师,大管轮,从事轮机工程及故障诊断方面的研究 ? 262?集美大学学报(自然科学版)第1O卷 实验采用的是高精度应变式荷重传感器,该传感器工作时,不需冷却,并且有较高 的固定频率, 灵敏度及较小的滞后误差与加速度灵敏性. 表2D350型水力测功器主要技术参数 Tab.2ModelD350waterpouerdynamometermaintechnologyparameter 最高转速/r?rain最大测定功率/kw出口水温/?转矩测量精确度/%转速测量精确度/r.min-1转速稳定性/% 4500257.25?7O0.5?20.25 2实验方法 试验测定并记录了柴油机的转 速,功率,转矩,烟度,油耗率,燃 油温度,水温,燃油压力等喷油器特 性和热力过程参数.测试系统如图 l所示,笔者主要作了负荷特性试验. 负荷特性试验J:保持柴油机转 速在l500r/min下运行,先将工况调 整到最大负荷点上,共选取6个试验 点,逐步往下做,并记录试验所得的 测量参数.图1油耗率测试系统图 Fig.1Thesystematicmapoftheoilconsumptionratetest 3实验结果及分析 影响4135G型柴油机油耗率的因素主要有:喷油器的设定压力,供油提前角,摩擦损失,压缩 比,冷却损失,燃油品质等.但实验条件有限,只能做改变喷油器的设定压力,喷油提前角大小,更 换机油和冷热机运行等实验,下面便对这几种影响因素的实验结果逐一分析. 3.1喷油器的设定压力对油耗率的影响 喷油器的设定压力太低,意味着燃油雾化不好,燃油喷出时有细小的油滴,导致柴 油机功率下 降,燃烧恶化,使油耗率增大.喷油器的设定压力太高,使得喷油器单位时间内输出 lkW功率时喷 出的燃油量增加,在燃烧室内不能与空气充分混合,导致油耗率增大.为了验证喷油器设定压力对油 耗率的影响,在喷油器的设定压力分别为l3.72,l5.68,l7.64,21.16MPa时,对测得的油耗率值 进行比较,试验数据如表3所示(设定压力l7.64MPa为柴油机的值). 表3四种设定压力负荷特性试验实测值 Tab.3Fourkindsofhypothesespressuresloadcharacteristicexperimentactualvalue ,压力在l7.64MPa时,油耗率值最稳定,与给定的负荷特性曲线值最接由表3可知 近,到柴油 机满负荷运行时,油耗率接近出厂时的试验值,说明柴油机运行正常.当设定压力为l3.72MPa, l5.68MPa和21.16MPa时,柴油机在额定功率为25%及110%负荷下运行,油耗率值都比压力为 第3期高占斌等:4135G型柴油机燃油油耗率的实验研究?263? l7.64MPa高,说明柴油机在低负荷状态下运行,对油耗率影响很大.另外,由表3还可以看出,压 力达到21.16MPa时,油耗率反而有些下降,这是由于柴油机运行一段时间后,摩擦损失减少,冷却 损失降低,柴油机功率逐渐稳定,导致油耗率有些下降的缘故. 因此,发动机在使用时应按规定的保养周期及时调整喷油压力,若发现发动机工作状态有异常 (冒黑烟,声音失常和功率明显下降),应及时检查调整. 3.2供油提前角对油耗率的影响 供油提前角是指柴油机开始供油时到上止点这段时间内曲轴所转过的角度,它是柴油机主要技术 参数,对柴油机的有效功率和燃油油耗率有重要影响.喷油提前角太大,即喷油器喷油过早,则柴油机 在滞燃期内喷人气缸的预混合油量增大,一旦发火燃烧,将使气缸内的压力和温度急剧上升,使气缸的 峰值温度增高,从而使柴油机运行粗暴,功率下降,耗油量增加.若供油提前角较小,如接近于上止点 或上止点后,此时尽管压缩行程的终了压力与温度上升,为滞燃期内喷入的燃油创造了条件,但因活塞 随后越过上止点而下行,从而气缸的容积将增大.即使预混合燃烧多,燃烧发生后的压力和温度急剧上 升,但由于燃烧是在膨胀行程中进行,从而使燃烧向不完全方向发展且后燃加重,带来油耗率上升,排 烟温度增大.试验样机的供油提前角为26.,把它调整为20.和30.时,试验数据如表4所示. 表4三种供油提前角负荷特性试验实测值 Tab.4Threekindssupplytheoilangleofadvanceloadcharacteristicexperimentactualvalue 由表4可知,供油提前角为20.时,耗油量大,柴油机冒黑烟,机身振动大,加不上负荷,运行 一 会儿便停机,所以90%,100%,110%负荷时没有实验数据.供油提前角为30.时,耗油量比 26.时明显增加,冒黑烟,机身振动大,但对柴油机运行没有多大影响. 因此,发动机在使用时应按规定的保养周期及时调整供油时间,若发现发动机工作状态有异常 (烟色失常,声音失常和功率明显下降),应及时检修;检修时应对各种部件进行仔细检查,若发现 某零件有异样,应及时修换;在装复时严格按技术要求进行,以保证燃油供油时间正常. 3.3摩擦损失对油耗率的影响 柴油机的摩擦损失分为机械损失和自带的辅助机械损失,其中机械损失最大.机械损失分为活塞 总成,曲轴总成和配气机构三部分.在高速柴油机中,活塞总成和曲轴总成的影响最大.活塞总成的 摩擦力很大,约占柴油机总摩擦力的1/3.摩擦力主要是有活塞环和活塞裙部与气缸之间的剪切力产 生的.曲轴总成的摩擦力主要取决于往复运动的质量.因此,重要的是活塞,曲柄连杆机构等运动部 件润滑的机油质量.配气机构的摩擦力占柴油机总摩擦力的1/3左右.配气机构与其它机构不同,低 转速区处于临界润滑状态,摩擦力很大l-4J.由于该台柴油机已运行多年,机械损失和自带的辅助机 械损失都很大,这是造成柴油机性能下降的主要原因. 通常,对这三种摩擦损失都是用机油的润滑作用来进行处理.柴油机需要机油的部分以配气 机构为主,还有轴承,气缸和活塞以及活塞环等.该台柴油机用的是14号机油,该机已经很久没 有更换机油,拆开机上的气缸盖看,发现缸内呈干涉状态,油泥很多,残留的机油有些变质.把 机油(仍是l4号机油)更换后,发现柴油机的油耗率明显下降,收到较好的效果,试验数据如表 5所示. ? 264?集美大学学报(自然科学版)第1O卷 表5更换机油与原有情况负荷特性试验实测值 Tab.5Afterreplacementmachineoilandoriginalsituationloadcharacteristicexperimentact ualvalue 更换机油后,新机油润滑效果好,颗粒磨损低,导致运动部件结合处密封性能好,油耗率下降, 耗油量降低. 因此,在使用发动机时应定期清洗润滑系统,加注符合要求的标准柴油机机油,并应经常查看机 油压力,若发现异常,应及时检修调整;检修装复时应保证机油通道中各接头和结合面处的密封性. 另外,在使用时应及时检查和添加润滑油,以保证各润滑表面能够得到足够量的优质润滑油,以形成 良好的润滑油膜,减少内部功耗,提高有效功,降低油耗率. 3.4压缩比对油耗率的影响 压缩比是气缸总容积与燃烧室容积之比,它是一个对柴油机经济性有很大影响的重要结构参 数.压缩比在一定范围内提高,使指示热效率叼加大,压缩终点压力和混合气温度增大,燃油的 滞燃期变短,燃烧加快,导致油耗率减小.但压缩终点压力P,最高爆发压力P随之提高,摩擦损 失增加,过大的还会导致燃烧高度太低,不利于燃烧,使油耗率下降.如果压缩比减小,燃烧室容 积增大,导致压缩终点压力和混合气温度减小,滞燃期增长,油耗率变大.该台柴油机可能造成压缩 比减小,主要有以下两个原因:1)该机在2000年时,集美大学轮机工程学院的一个科研小组在 4135G型柴油机上通过改变压缩比和供油提前角来探讨废气排放NO,压缩比调回后,不能肯定准确 回到规定位置;2)该机运行时间过长,曲轴颈可能磨损,使得燃烧室容积增大,压缩比减小.正 由于这两个原因导致了柴油机的性能下降,因实验室的条件有限,该实验暂时没有进行. 3.5冷却损失对油耗率的影响 柴油机在刚起动时,它的热损失很大,浪费了不少的热量,导致压缩终点的温度降低,造成起动 困难,功率下降,油耗率上升.通常,试验数据都是在开机30min后所得,较为准确.冷却损失对 油耗率的影响在实验室中也得到了较好的证实,得到的数据如表6所示. 表6冷机,热机运行负荷特性试验实测值 Tab.6Coldorhotenginemovementloadcharacteristicexperimentactualvalue 热冷机运行状况——匣亘坌塑兰墅塑!堕塑茎兰二 25%50%75%90%100%l10% 由表6可知,柴油机热机运行时的性能明显好于冷机状态.由于该台柴油机已运行多年,冷却损 失很大,这也是造成柴油机性能下降的主要原因. 减少冷却损失的方法有:减少气缸壁的冷却损失,缩短燃烧期和减少不完全燃烧.因为燃烧室的 面容比的影响大,所以行程容积越小,气缸壁的冷却损失就越小.在行程容积相同时,行程缸径比 S/D越大,油耗率就越小.减少不完全燃烧的措施是减少燃烧室壁面的激冷层及减少活塞顶岸与气缸 壁间隙等处与燃烧无关的燃油.燃烧时间因负荷而异,不能随便改变.对4135G型柴油机来说,应 该做的就是加强维护管理,保持其正常的运行性能. 第3期高占斌等:4135G型柴油机燃油油耗率的实验研究?265? 3,6燃油品质对油耗率的影响 燃油质量是影响柴油机油耗的重要因数,若燃油质量不能满足雾化要求,则会引起燃油雾化不 良,燃烧恶化,排温升高,油耗率上升. 根据调查,该机使用的是20号重柴油,燃油在进机前无加热设备.按说明的要求,燃油在 ?时,它的恩氏粘度为1,7.E.夏季使用20?时恩氏粘度为3.7.E,查燃油粘度图,在50 的重柴油 一 般能达到50?左右,而20号重柴油在50?的恩氏粘度为3.8.E,与雾化要求接近.因此所用的 燃油性能满足良好的雾化要求.根据上面的分析,燃油品质对本机油耗率没有影响,但其他柴油机一 定要注意燃油品质. 4结论 通过对4135G型柴油机的实验,得出影响其燃油油耗率的因素有喷油器的设定压力,供油提前 角,压缩比,燃油或者润滑油品质,摩擦损失及冷却损失等.通过对上述因素的改善处理,可以降低 4135G型柴油机燃油油耗率. [参考文献] [1]刘得才.135柴油机提高功率和降低油耗与排放的研究与试验[J],柴油机,2000,(5):1.8 [2]上海柴油机厂.135系列柴油机使用保养说明书[M],上海:人民交通出版社,1994,152—156. [3]轮机管理专业实验教材编审组.轮机管理专业实验教材[M].大连:大连海事大学出版社,1997.27-30, [4]魏春源.高等内燃机学[M],北京:北京理工大学出版社,2001.263-268. ExperimentalResearchoftheOilConsumptionRateof DieselEngineFuelofModel4135G GAOZhan—bin,CHENJing—feng,ZHAOGuo—wen.CHENHui (1.MarineEngineeringInstitute,JimeiUniversity,Xiamen361021,China; 2.SchoolofEnergyandPowerEngineering,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan43006 3,China) Abstract:TheexperimentswiththedieselengineofModel4135Gshowthatwhatinfluenceth eoilcon— sumptionratearesuchfactorsasregulatedpressureofoilsprayer,oilsupplyangle,compressi onratio, fuel orlubricatingo订quality.frictionlossesandcoolinglosses.Improvedtreatmentofabove— mentionedfactors canreducetheoilconsumptionrateofdieselenginefuelofModel4135G. Keywords:dieselengineofModel4135G;0ilconsumptionrateofthefuel? 9 experimentalresearch (责任编辑陈敏)