环境变化对增压发动机油耗影响的试验研究

朱云峰 潘建考 杨 陈 尹建东 沈 源 王瑞平，2

（1-宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司 浙江 宁波 315336 2-浙江吉利罗佑发动机有限公司）

引言

发动机经过热力学开发以及标定过程，优化发动机油耗，使发动机油耗达到最佳水平。但是在后续试验中，发动机实际油耗会与标定后的油耗有一定差异。主要受到外界环境、发动机一致性差异、台架差异及测量设备差异等影响[1]。给发动机油耗测试以及油耗目标制定带来一定难度。

试验所选一款小型缸内直喷增压发动机，使用同一台发动机，在不同月份、相同台架上进行发动机万有特性测试，除环境温度变化外，其它边界条件均不变。通过不同月份油耗的变化，找出环境温度和湿度等对油耗的影响，探究环境对发动机油耗影响的机理。

1 试验装置及试验条件

试验装置主要包括所选缸内直喷增压发动机、发动机的所有附件以及台架传感器等，AVL电力测功机，AVL燃烧分析仪，奇士乐缸压传感器及AVL油耗仪等。

所选发动机的主要参数如表1所示。

表1 发动机主要参数

2 不同环境下的油耗变化

图1为2月份油耗率与目标值差值，图2为9月份油耗率与目标值差值，图3为9月份与2月份油耗差值。

从图1和图2可以看出，发动机特征点油耗均满足油耗目标。但是相同工况点，发动机在不同环境下，各个工况点的油耗表现不同。由图3可以看出，对于相同工况点，在低速、小负荷区域，9月份油耗率较低，在高速、大负荷区域2月份的油耗率较低。

图1 2月份油耗率与目标值差值

图3 9月份与2月份油耗差值

图4 为不同工况点测试环境压力，图5为不同工况点环境湿度，图6为不同季节发动机各转速倒拖转矩。

由图4～图6可知：在不同环境，2月份气温较低，湿度较小，气压高，9月份气温高，环境湿度高，气压较低。在同一台架，使用同一发动机，在不同外界环境下，环境湿度越大，进入发动机气缸内的空气密度小，参与燃烧的氧浓度低，大气压力越低[2]，在相同工况点，为了达到相同的进气量，需要增加进气压力。

图4 不同工况点测试环境压力曲线

图2 9月份油耗率与目标值差值

图5 不同工况点环境湿度曲线

图6 不同季节发动机各转速倒拖转矩曲线

在9月气温较高，湿度较大，相同工况点，虽然中冷器出口温度相同，但到歧管时温度还是会升高[3]。在非增压区要获得相同的转矩，需要提高歧管压力，节气门开大，减小了进气节流损失。

在发动机增压区，由于大气压低，空气密度低，增压器压气机入口温度不变，压气机出口温度升高，相同转速和负荷，压气机做功增加，加之在夏季发动机倒拖摩擦功比较大，油耗增加。

3 油耗率影响分析

3.1 低速、小负荷油耗变化分析

图7为1 500 r/min、4 MPa不同月份泵气损失曲线。

图7 1 500 r/min、4 MPa不同月份泵气损失曲线

如图7所示，在1 500 r/min、4 MPa相同工况点，不同月份的泵气损失不同，在9月份，环境温度较高，空气湿度较大，空气密度小，要达到同样的转速和负荷，节气门开度大，节流损失小[4]，发动机在此工况点泵气损失减小。所以低速、小负荷在夏季泵气损失小，油耗低。

3.2 高速、大负荷油耗变化分析

图8为不同工况点的中冷前温度曲线。

式中：Tc1为压气机入口温度；πc为压缩比；Tc2为压气机出口温度；κ为空气的比热比；Tc2ad为压气机出口绝热压缩温度。

保持相同的进气（进入空气滤清器）温度，如图8所示，在不同工况点，增压器压气机出口温度即中冷温度前不同。在9月份，大气压低，空气密度低，增压器压气机入口温度不变，压气机出口温度（即中冷前温度）升高，相同转速和负荷，压气机做功增加。导致在高速、大负荷，发动机油耗增加。

图8 不同工况点的中冷前温度

4 结论

1）在不同温度、湿度的外界环境下，相同工况点的油耗率不同。

2）在温度高，湿度大的环境下，低速、小负荷时，泵气损失较小，油耗率偏低。

3）在温度低，湿度小的环境下，高速、大负荷时，增压器效率高，摩擦功小，油耗率偏低。