柴油機噴射參數對起動時間影響的研究

劉建江　吉　平（內蒙古工業大學能源與動力工程學院　內蒙古　呼和浩特　010051）

柴油機噴射參數對起動時間影響的研究

劉建江吉平
（內蒙古工業大學能源與動力工程學院內蒙古呼和浩特010051）

柴油機起動階段，因溫度較低，起動時間會有所延滯。針對高壓共軌柴油機起動時間與噴射參數的關系展開了試驗研究。在柴油機起動過程中，分別通過改變共軌油壓、噴射提前角、起動噴油量、預噴油量、預噴射時間這5個噴射參數值測試分析了起動時間變化的規律?？芍哼@5個噴射參數均存在一個最佳值使起動時間最短，過大或過小均對起動時間的減小不利。

電控柴油機高壓共軌起動時間試驗研究

引言

起動時間是指柴油機憑借外力帶動曲軸旋轉，直至發動機自行開始運轉所需的時間，是柴油機能否正常工作的先決條件。柴油機起動過程可分為四個階段，即預動作階段、起動階段、穩定運轉階段及暖機階段。起動時間為預動作時間、起動時間、穩定時間三者之和，它是評價柴油機起動性能的重要指標[1～4]。

1　起動試驗方案

發動機試驗臺架布置如圖1所示，采用的是第二代Bosch高壓共軌電控燃油噴射系統。

高壓共軌系統噴射參數包括共軌油壓、主噴提前角、起動噴油量、預噴油量和噴射時間[5]。因參數較多，試驗采用固定其中一個參數，改變其它參數的方法進行數據采集并分析研究。試驗方法如表1所示。

2　噴射參數對起動性能的影響

2.1共軌油壓對柴油機起動性能的影響

實驗結果如圖2所示。隨著共軌油壓的增加，起動時間先是慢慢縮短，在共軌油壓為30MPa時，起動時間最短，共軌油壓繼續增大時，起動時間又在延長。由以上分析可知，共軌油壓變化過程中，存在一個最佳值，使得柴油機的起動時間最短。

圖1　試驗臺架布置示意圖

在試驗溫度為11℃，大氣壓為100 kPa的條件下，共軌油壓的最佳值為30MPa。

表1　實驗參數和狀態的選取

2.2主噴提前角對柴油機起動性能影響

試驗結果如圖3所示。隨主噴提前角增大，起動時間先是緩慢降低，當主噴提前角為10°CA，起動時間達到最短，而后主噴提前角增大時，起動時間迅速增大。

主噴提前角偏大時，噴入燃燒室內的燃油量會相應增多，從而使燃燒室內溫度大大降低；缸內空氣與燃油混合時間變長，混合氣變濃；與此同時，也會增加缸內混合氣濃度不均現象，空燃比減小，造成可燃混合氣著火不利，從而使得柴油機起動時間增加。

主噴提前角偏小時，活塞到達上止點時間與開始噴油時間間隔相差很小。導致有更多的燃油與活main/°CA塞頂部相接觸，使其蒸發困難，起動過程中，缸內壁面溫度低，導致可燃混合氣壓縮終點溫度、壓力、密度都較低，也會使起動時間增長。

圖3　起動時間-主噴提前角曲線（11°CA 100 kPa）

主噴提前角變化，有一個最優值使得柴油機起動時間最佳，在本實驗的條件下主噴提前角的最優值為10°CA。

2.3起動噴油量對高壓共軌柴油機起動時間的影響

試驗結果如圖4所示。隨起動噴油量增加起動時間先是緩慢降低，起動噴油量為20mg/cyc時，起動時間達到最小值，起動噴油量繼續增加，起動時間開始緩慢上升。

圖4　起動時間-起動噴油量曲線（11°CA 100 kPa）

起動過程中噴入燃燒室內油量偏多，勢必會使缸內燃空比增大，燃油蒸發量亦將增大，從而吸收熱量增多，導致燃燒室內溫度降低，為保證正常著車，起動時間自然需要增加。

起動噴油量偏小，形成的可燃混合氣就少，同時燃燒產生的能量也降低，故柴油機起動時間延長，所以起動噴油量偏大或偏小都會使起動時間延長。

在試驗溫度為11℃、大氣壓為100 kPa的條件下，最佳的起動噴油量值為20mg/cyc。

2.4預噴量對高壓共軌柴油機起動性能的影響

試驗結果如圖5所示。預噴射量變化過程中，存在一個最佳值，使柴油機的起動時間達到最佳效果，當大于或者小于此最佳預噴量值時，評價啟動性能的這兩個指標均會增加，從而使得柴油機的起動性能降低。

圖5　起動時間-預噴油量曲線（11°CA 100 kPa）

其主要原因是進行預噴射目的是利用冷焰效應來提高缸內溫度，便于可燃混合氣形成，這對縮短起動時間有利。

當預噴射量偏小時，此時缸內冷焰效應也隨之減小，對提高燃燒室內溫度作用就會變弱，不利于可燃混合氣形成，為保證正常工作，必將延長起動時間。

預噴射量偏大，主噴射開始之前與預噴射結束之后的時間間隔變短，從而使冷焰期變短；這對提高燃燒室內的可燃混合氣溫度和濃度的作用均降低。因此只有增加起動時間，才能使混合氣溫度及濃度達到預期。

因此，預噴量變化過程中存在一最佳值，使起動時間最短，當大于或小于此值時，起動時間均會增加。

在試驗溫度為11℃、大氣壓為100 kPa的條件下，預噴量最佳值為2mg/cyc。

2.5預噴時間對高壓共軌柴油機起動性能的影響

試驗結果如圖6所示。預噴時間增大的過程中，起動時間先是慢慢減小，當預噴時間達到2100μs時，柴油機的起動時間達到了最小值，2100μs后，隨預噴時間的增加，起動時間持續上升。

圖6　起動時間-預噴時間曲線（11°CA 100 kPa）

預噴時間過短，冷焰效應時間亦變短，燃燒室內形成的混合氣濃度、溫度偏低，故只有較長的起動時間才能使燃燒室內混合氣達到著火所需濃度、溫度。

預噴時間過長，起動過程中燃燒室內溫度較低，混合氣流運動較弱，這對燃燒室內混合氣形成不利，致使預噴過程中冷焰效應降低，起動時間延長。

所以，在起動過程中，為使起動時間達到最小值，需設定一最佳預噴時間。

在試驗溫度為11℃、大氣壓為100 kPa的條件下，預噴時間最佳值為2100μs。

3　結論

柴油機起動過程中，對于噴射參數：共軌油壓、噴射提前角、起動噴油量、預噴時間、預噴油量均存在一個最佳值使得此時的起動時間最短，過大或過小均對起動時間的減小不利。

1王洪榮，張幽彤，熊慶輝，等.共軌柴油機起動控制研究[J].汽車工程，2007（8）：645～648

2張京永，楊福源，歐陽明高.高壓共軌柴油機起動過程特點與優化方法的研究[J].內燃機學報，2003（3）：201～206

3肖文雍，冒曉建，王好戰，等.GD-1高壓共軌式電控柴油機的起動控制策略研究[J].內燃機學報，2003（2）：97～100

4孔峰，張育華，宋希庚，等.基于Power PC的電控共軌柴油機起動工況的研究[J].農業機械學報，2006（4）：35～37，20

5劉建江，姜鑫，王亞輝，等.高壓共軌柴油機起動階段對HC排放影響的試驗研究[J].小型內燃機與摩托車，2013 （2）：15～17

Test Studieson Effectof Diesel Spray Parameterson Starting Time

Liu Jianjiang，JiPing
CollegeofEnergy and Power Engineering，University of InnerMongolia University of Technology （Hohhot，InnerMongolia，010051，China）

Diesel starting time prolongs because of the low temperature when diesel starts.Relationship between spray parametersand starting time is studied in thispaper.Through respective changing five spray valve，common railpressure，injection timing，fuel injection start，pre-fuel injection，pre-injection time，regular of starting time is analyzed at diesel start.The experimental result shows that there are the best valuesof these five parameters thatmake starting times in the lowest value，eitherbigger or lower prolongs starting time．

Electronic controldiesel，High pressure common rail，Starting time，Experimentalstudy

TK421+.42

A

2095-8234（2015）01-0006-03

劉建江（1964-），男，副教授，主要研究方向為與發動機相關的教學及科研工作。

（2014-11-20）