柴油機(jī)性能排放試驗(yàn)

1、柴油機(jī)速度特性、負(fù)荷特性實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)人員：阿拉坦 張鑫鑫潘寧 鐘灣 鄒晨宇班級：汽62班報(bào)告：張鑫鑫2009/5/141.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解并熟悉柴油發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)的主要設(shè)備。2. 掌握柴油發(fā)動機(jī)負(fù)荷特性、速度特性試驗(yàn)方法。3. 掌握對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正及分析處理的方法。4. 了解柴油發(fā)動機(jī)燃油消耗率及CO、HC、NOx、煙度等隨工況的變化趨勢。5. 能夠根據(jù)發(fā)動機(jī)特性曲線對其性能進(jìn)行分析和評價。6. 能夠根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果找出提高發(fā)動機(jī)排放性能的主要切入點(diǎn)（提高要求）。2.實(shí)驗(yàn)要求1.熟悉和掌握與本試驗(yàn)內(nèi)容相關(guān)的柴油發(fā)動機(jī)性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速及負(fù)荷的變化規(guī)律和原因。2.了解試驗(yàn)設(shè)備的原理及試驗(yàn)的基本條件。

2、3. 試驗(yàn)中，按指導(dǎo)老師的要求操作儀器設(shè)備，正確觀測和記錄數(shù)據(jù)，按步驟進(jìn)行試驗(yàn)。認(rèn)真體會試驗(yàn)方法。3.主要儀器設(shè)備3.1性能實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備序號儀器設(shè)備名稱型號生產(chǎn)廠家備注1電渦流測功機(jī)GW160湖南湘儀2空氣流量計(jì)TOCEIL-600上海同圓熱膜式3油耗儀DF-312日本小野容積法4排氣分析儀CEB-2型AVL5發(fā)動機(jī)測控儀FC2010湖南湘儀3.2排放實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備CEB-型排氣分析儀參數(shù)分辨率4.發(fā)動機(jī)臺架系統(tǒng)裝置柴油機(jī)試驗(yàn)裝置簡圖1-軸 2-安全罩 3-油門執(zhí)行器 4-橡膠支架 5-空氣濾清器 6-空氣流量計(jì) 7-進(jìn)氣溫度、壓力測量裝置 8-水塔 9-水泵 10，14-油泵 11，16-調(diào)壓

3、器 12-油耗儀 13-閥門開關(guān) 15-柴油濾清器 17-排溫測量裝置 18-減震波紋管 19-排氣溫度傳感器 20-排氣后處理裝置5.試驗(yàn)對象、燃料5.1實(shí)驗(yàn)用柴油機(jī)試驗(yàn)用增壓中冷高壓共軌直噴柴油機(jī)主要參數(shù)如表型號YE4E160-30壓縮比氣缸數(shù)4最大功率（kW）/轉(zhuǎn)速（r/min）118/2120缸徑X行程/mm2最大扭矩（Nm）/轉(zhuǎn)速（r/min）600/1600總排量/L4.26進(jìn)氣系統(tǒng)渦輪增壓燃油供給系統(tǒng)高壓共軌5.2實(shí)驗(yàn)用柴油試驗(yàn)用柴油主要參數(shù)如表柴油標(biāo)號T50，oC硫含量/10-6總芳烴T90，oC十六烷值多環(huán)芳烴終餾點(diǎn)，oC十六烷指數(shù)密度（20 oC）/（kg/m3）6.試驗(yàn)標(biāo)

4、準(zhǔn)及方法6.1速度特性試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機(jī)試驗(yàn)條件，按國標(biāo)GB/T18297-2001<<汽車發(fā)動機(jī)性能試驗(yàn)方法>>的規(guī)定進(jìn)行控制，測量儀表精度及測量部位應(yīng)符合GB/T18297-2001的規(guī)定。實(shí)驗(yàn)方法1. 按照GB/T18297-2001<<汽車發(fā)動機(jī)性能試驗(yàn)方法>>進(jìn)行。2. 測量數(shù)據(jù)時的發(fā)動機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速與選定轉(zhuǎn)速相差不應(yīng)超過1%或者10r/min，發(fā)動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定1min后，方可進(jìn)行測量。3. 進(jìn)行速度特性實(shí)驗(yàn)時，從高速開始逐漸降低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量。4. 實(shí)驗(yàn)過程中，緩慢調(diào)節(jié)負(fù)荷以達(dá)到所選定轉(zhuǎn)速的工況點(diǎn)，穩(wěn)定后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。5. 使用容

5、積法進(jìn)行柴油機(jī)燃油消耗量的測量，相同工況最少測量3次，求平均值為該工況的燃油消耗量數(shù)據(jù)。6. 實(shí)驗(yàn)中空氣消耗量測量時：由于發(fā)動機(jī)進(jìn)氣具有脈動效應(yīng)，因此從二次儀表中應(yīng)讀取波動的最大值和最小值，其平均值即為該工況的空氣消耗量數(shù)值，單位為kg/h。每一工況按要求至少測量兩次，求其平均值為該工況的測量數(shù)據(jù)。7. 實(shí)驗(yàn)分工：根據(jù)參加的人數(shù)分3個小組，第1小組負(fù)責(zé)操作發(fā)動機(jī)控制臺的操作，并檢查每一工作的配合次序；第2小組負(fù)責(zé)記錄功率，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩，水溫，油溫，排溫，大氣壓，大氣溫度及濕度等參數(shù)；第3小組負(fù)責(zé)燃油消耗量，空氣消耗量的測量和記錄，同時匯總填寫實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)原始記錄表格。條件允許時，各小組的任務(wù)可相應(yīng)輪

6、換。6.2負(fù)荷特性試驗(yàn)內(nèi)容基本同速度特性試驗(yàn)7.試驗(yàn)步驟及內(nèi)容實(shí)驗(yàn)步驟1. 檢查發(fā)動機(jī)安裝是否正確，安全，可靠。打開燃油開關(guān)，冷卻水閥門以及各個測試系統(tǒng)開關(guān)。啟動發(fā)動機(jī)，檢查運(yùn)轉(zhuǎn)有無明顯不穩(wěn)定的現(xiàn)象。無問題時則進(jìn)行發(fā)動機(jī)預(yù)熱及實(shí)驗(yàn)前的其他準(zhǔn)備工作。2. 當(dāng)發(fā)動機(jī)達(dá)到預(yù)熱要求后，進(jìn)行發(fā)動機(jī)速度特性及負(fù)荷特性試驗(yàn)。每條試驗(yàn)曲線適當(dāng)選擇8個以上的測量點(diǎn)。1) 外特性試驗(yàn)。取油門全開位置，改變測功機(jī)轉(zhuǎn)矩，試驗(yàn)點(diǎn)轉(zhuǎn)速由低到高，依次選8個以上的測量點(diǎn)，注意不要超過柴油機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。記錄發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩，燃油消耗率，功率等參數(shù)隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。轉(zhuǎn)速應(yīng)在怠速以上(取1000r/min)，以最大扭矩值左右（1600r

7、/min）為中間點(diǎn)。因此取1000，1150，1300，1450，1600，1750，1900，2050，2200r/min這幾個點(diǎn)進(jìn)行測量。2) 其他油門位置的部分速度特性試驗(yàn)。本次試驗(yàn)的油門開度定為x%，試驗(yàn)點(diǎn)轉(zhuǎn)速由高到低，依次選8個以上的測量點(diǎn)，選取原則見上述，記錄各項(xiàng)指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速變化的值。此處x取34.8，轉(zhuǎn)速應(yīng)在怠速以上(取1000r/min)，最大轉(zhuǎn)速在2100r/min左右，我們選擇測量9個點(diǎn)，因此每隔130r/min取一個點(diǎn)，取1000，1130，1260，1390，1520，1650，1780，1910，2040這9個點(diǎn)進(jìn)行測量。3) 負(fù)荷特性試驗(yàn)：保持發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速不變進(jìn)行試驗(yàn)。

8、此次試驗(yàn)的負(fù)荷特性轉(zhuǎn)速定為x（r/min），轉(zhuǎn)速確定后保持轉(zhuǎn)速不變，通過改變油門位置改變發(fā)動機(jī)負(fù)荷，逐點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)。負(fù)荷選擇由最低扭矩值開始，依次升高，直至油門位置最大結(jié)束，記錄各項(xiàng)參數(shù)隨發(fā)動機(jī)負(fù)荷的變化規(guī)律。此處x取1500，3. 其他轉(zhuǎn)速點(diǎn)的負(fù)荷特特性實(shí)驗(yàn)與上述方法相同。4. 試驗(yàn)時發(fā)動機(jī)水溫、機(jī)油溫度應(yīng)盡量保持恒定，每個試驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)在保持穩(wěn)定后，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。5. 試驗(yàn)過程中同步繪制主要性能的監(jiān)督曲線，主要有扭矩、空燃比和比油耗。它們可直接反映試驗(yàn)是否正確，以決定實(shí)驗(yàn)是否補(bǔ)點(diǎn)或重復(fù)。8.試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理及總結(jié)分析要求8.1柴油機(jī)速度特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)試驗(yàn)名稱：柴油機(jī)油門開度34.8（%）的速度特性試驗(yàn)試

9、驗(yàn)日期：2009-5-8時間17：00-19：00地點(diǎn)汽研所610發(fā)動機(jī)型號YE4E160-30燃油編號密度/840(kg/m3)試驗(yàn)人員：阿拉坦、張鑫鑫、潘寧、鐘灣、鄒晨宇大氣壓力/99.95kPa大氣溫度/33.8°C序號轉(zhuǎn)速(r/min)扭矩(Nm)油耗(L/h)P機(jī)油壓 (kPa) T機(jī)油溫(°C)T出水溫(°C)Ga進(jìn)氣量(kg/h)空燃比(A/F)19992657.538389.887.3162.3211282407.1545091.288.6188.4312582117.1-90.985.1217.6413881707.25-91.085.3237.

10、7515171427.363091.085.5260616471307.35-91.085.8291.1717771107.25-91.386.0313.381908977.25-91.786.5335.392038746.8-92.487.3350.7序號T排氣溫(°C)T進(jìn)氣溫(°C)濕度(%)P進(jìn)氣壓力(kPa)修正系數(shù)(%)功率Pe(kW)比油耗ge(g/(kwh)充氣系數(shù)c132733.8112232833.8114332433.8118430833.8120529533.8122628333.8124727033.8126825833.8128923933.81

11、26從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在試驗(yàn)所測量的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速的增加而下降。從柴油發(fā)動機(jī)的基本參數(shù)中可以了解到，這臺柴油機(jī)在全負(fù)荷時的最大轉(zhuǎn)矩在轉(zhuǎn)速為1200-1600r/min時達(dá)到。因此，對于試驗(yàn)中柴油機(jī)的負(fù)荷率為30%的情況，柴油機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速距離1200-1600r/min這個轉(zhuǎn)速范圍并不會偏離很大，因此，試驗(yàn)中柴油機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速1200r/min是完全有可能的，這樣，在試驗(yàn)測定的轉(zhuǎn)述范圍內(nèi)就會出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速的增加而下降的情況。ge在1200r/min左右時有最小值，之后隨轉(zhuǎn)速上升上翹幅度加大。理論上。其中線變化平坦，線隨轉(zhuǎn)速的增加迅速下降，所以be速度特性線隨轉(zhuǎn)速的上升其上翹度

12、增加。空燃比隨轉(zhuǎn)速的上升而幾乎線性上升。這是因?yàn)椋环矫嬖摬裼蜋C(jī)進(jìn)氣量隨著轉(zhuǎn)速的增加而增大，另一方面，柴油機(jī)在進(jìn)行速度特性試驗(yàn)時，油量調(diào)節(jié)桿的位置保持不變，考慮到噴油泵進(jìn)、回油孔節(jié)流以及燃油漏泄等因素的影響，該柴油機(jī)系統(tǒng)循環(huán)噴油量會產(chǎn)生一些變動，但變動范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于進(jìn)氣量的變化范圍。因此，空燃比隨著轉(zhuǎn)速的增加而變稀。進(jìn)氣量隨轉(zhuǎn)速的上升而幾乎線性上升。充量系數(shù)整體上隨轉(zhuǎn)速的上升而下降。8.2柴油機(jī)負(fù)荷特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)試驗(yàn)名稱：柴油機(jī)轉(zhuǎn)速為1500（r/min）的負(fù)荷特性試驗(yàn)試驗(yàn)日期：2009-5-8時間17：0019：00地點(diǎn)汽研所610發(fā)動機(jī)型號YE4E160-30燃油編號密度/840(kg/m3)

13、試驗(yàn)人員大氣壓力/99.95kPa大氣溫度/33.8°C序號轉(zhuǎn)速(r/min)扭矩(N m)油耗(L/h)P機(jī)油壓(kPa) T機(jī)油溫(°C)T出水溫(°C)Ga進(jìn)氣量(kg/h)空燃比(A/F)11498483.652083.085.1219.121498804.850088.083.1233.8314981266.553087.683.9252.2414981647.8550089.186.7262.8514982109.2548090.888.9276.76149824110.5547093.292.52987149828712.952094.384.934

14、4.4814983341549094.386.6385.59149839919.2564096.387.9454.2序號T排氣溫(°C)T進(jìn)氣溫(°C)濕度(%)P進(jìn)氣壓力(kPa)功率Pe(kW)比油耗ge(g/(kwh)充氣系數(shù)c116433.8104221333.8110324033.8118428533.8122531633.8130634633.8134739933.8138845633.8140956033.8144編號空氣流量（kg/h）過量空氣系數(shù)CO（%）CO2（%）O2（%）HC（%）NOx（%）1219.15.0150.022.816.71611322

15、33.83.9580.023.615.615.51533252.23.1330.014.614.413.51904262.82.7860.015.213.4142475276.72.4320.015.912.513.531062982.1780.016.611.413.53597344.41.8780.017.71013.53858385.51.6320.018.88.3134369454.21.2280.0911.8411.5475由于轉(zhuǎn)速n不變，則基本隨線性增加。有效燃油消耗率（ge）線在怠速時為無窮大（m=0），之后隨負(fù)荷而急劇下降，在中負(fù)荷區(qū)有較寬闊的平緩段，約接近80%90%負(fù)荷率處

16、獲最低值，以后因燃燒惡化而上升。 空燃比A/F隨著負(fù)荷的增加而逐漸降低，由于負(fù)荷增大時，噴油量要增加，進(jìn)氣量也增加，但是相對變化較小，所以空燃比下降。進(jìn)氣量在小負(fù)荷時增長緩慢，在中高負(fù)荷時增加較快。發(fā)動機(jī)負(fù)荷增加，則缸內(nèi)的燃燒溫度隨之升高，排出的廢氣的溫度自然升高，廢氣中所攜帶的能量也更多。該柴油機(jī)通過廢氣增壓中冷的方式提高進(jìn)氣充量，進(jìn)而提高發(fā)動機(jī)的功率，因此，進(jìn)氣量應(yīng)隨著負(fù)荷的增加而上升。充量系數(shù)在小負(fù)荷時增長緩慢，幾乎不變，維持在0.92左右，在中高負(fù)荷時增加較快，主要是由于中高負(fù)荷時渦輪增壓作用增強(qiáng)，進(jìn)氣壓力升高，進(jìn)氣充量增加。CO排放一般很低，只有在高負(fù)荷時才開始急劇增加。CO2排放量

17、基本上隨負(fù)荷的增加線性增加，由于負(fù)荷增大時，噴油量要增加，生成的CO2也相應(yīng)增加。 HC量基本上隨著負(fù)荷的加大而下降，主要由于在中小負(fù)荷時，由于在燃油噴霧邊緣區(qū)域形成了過稀混合氣以及缸內(nèi)溫度過低的原因，造成HC排放略有上升。O2排放量基本上隨負(fù)荷的增加而降低，由于負(fù)荷增大時，噴油量要增加，需要的O2量也相應(yīng)增加，排放的O2就相應(yīng)減少。NOx的排放量隨負(fù)荷的增加而上升，負(fù)荷小時，過量空氣系數(shù)過大，是稀燃，燃燒溫度下降，使NO的生成速度減慢。8.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析討論1、油耗線法側(cè)機(jī)械損失油耗線法原理：發(fā)動機(jī)在轉(zhuǎn)速不變時測定出整機(jī)耗油率隨負(fù)荷的變化曲線，然后將此線外延到與橫坐標(biāo)相交的a點(diǎn)，則圖上a0之

18、值就是所求機(jī)械損失值。a點(diǎn)是發(fā)動機(jī)停機(jī)不耗油的全反拖點(diǎn)，0點(diǎn)是怠速點(diǎn)。適用范圍：柴油機(jī)中低負(fù)荷。當(dāng)B=0時，Pe=-3.66kW，即機(jī)械損失為3.66kW2、油門開度與負(fù)荷率的關(guān)系在某一油門位置時的速度特性曲線上，對于相同轉(zhuǎn)速，該曲線上點(diǎn)的數(shù)值（轉(zhuǎn)矩）與外特性曲線上對應(yīng)點(diǎn)數(shù)值之比，稱為負(fù)荷率。油門位置也是一個百分?jǐn)?shù)，其描述的是當(dāng)前油門位置與滿油門位置的百分比。1）柴油機(jī)轉(zhuǎn)速為1500（r/min）的負(fù)荷特性試驗(yàn)編號123456789AccelPedalPosl(%)18.8024.8032.8036.8041.2045.2052.0058.4073.60ActualEngPercentTorq

19、ue(%)17.0024.0033.0038.0044.0049.0058.0066.0084.002）柴油機(jī)油門開度34.8（%）的速度特性試驗(yàn)編號123456789ActualEngPercentTorque(%)48.0044.0041.0038.0036.0033.0031.0029.0025.00由上面兩個表我們可以知道油門開度與負(fù)荷率是不同的。從概念上看，二者是不同的。就同一條部分負(fù)荷曲線，在不同轉(zhuǎn)速下，對應(yīng)的負(fù)荷率也是不同的，這說明，負(fù)荷與油門位置是不同的。但是二者有是有著緊密聯(lián)系的。對于相同的轉(zhuǎn)速，油門越大，對應(yīng)的特性曲線越是靠上，即說明負(fù)荷越大。3、分析負(fù)荷特性性能曲線呈魚鉤

20、狀的原因，并結(jié)合空燃比曲線討論負(fù)荷加大受限制的原因；有效燃油消耗率（be）線在怠速時為無窮大（m=0），之后隨負(fù)荷而急劇下降，在中負(fù)荷區(qū)有較寬闊的平緩段，約接近80%90%負(fù)荷率處獲最低值，以后因燃燒惡化而上升。be線過標(biāo)定功率點(diǎn)Pen后,若繼續(xù)增大油量，則隨著燃燒的惡化，be線繼續(xù)上升到Pes點(diǎn)時排煙將達(dá)到法規(guī)的限值，這就是“冒煙界限”點(diǎn)，再后燃燒更惡化，be持續(xù)上升，到Pemax點(diǎn)達(dá)此柴油機(jī)的極限功率值。若再增大油量，Pe反會下降，出現(xiàn)了折返，形成魚鉤狀。 由空燃比的負(fù)荷特性曲線可知，負(fù)荷增加，空燃比下降，混合氣加濃，直至到達(dá)“魚鉤段”，輸出轉(zhuǎn)矩不再增加，負(fù)荷加大受限制。4、對比分析汽油機(jī)與柴油機(jī)負(fù)荷特性曲線的差異及原因，并對二者的經(jīng)濟(jì)性能特點(diǎn)進(jìn)行分析；1）汽油機(jī)有效燃油消耗率be都比同負(fù)荷的柴油機(jī)高，這是兩種機(jī)型的混合氣形成、著火燃燒以及負(fù)荷調(diào)節(jié)方式的不同造成的。2）中、低負(fù)荷處be的差值明顯比最低油耗點(diǎn)和標(biāo)定功率處大，這是因?yàn)槠蜋C(jī)be線過于陡尖，而柴油機(jī)有較寬的平坦段的緣故。汽、柴油機(jī)bmin的差值約1