柴油机喷射参数对起动时间影响的研究

刘建江　吉　平（内蒙古工业大学能源与动力工程学院　内蒙古　呼和浩特　010051）

柴油机喷射参数对起动时间影响的研究

刘建江吉平
（内蒙古工业大学能源与动力工程学院内蒙古呼和浩特010051）

柴油机起动阶段，因温度较低，起动时间会有所延滞。针对高压共轨柴油机起动时间与喷射参数的关系展开了试验研究。在柴油机起动过程中，分别通过改变共轨油压、喷射提前角、起动喷油量、预喷油量、预喷射时间这5个喷射参数值测试分析了起动时间变化的规律。可知：这5个喷射参数均存在一个最佳值使起动时间最短，过大或过小均对起动时间的减小不利。

电控柴油机高压共轨起动时间试验研究

引言

起动时间是指柴油机凭借外力带动曲轴旋转，直至发动机自行开始运转所需的时间，是柴油机能否正常工作的先决条件。柴油机起动过程可分为四个阶段，即预动作阶段、起动阶段、稳定运转阶段及暖机阶段。起动时间为预动作时间、起动时间、稳定时间三者之和，它是评价柴油机起动性能的重要指标[1～4]。

1　起动试验方案

发动机试验台架布置如图1所示，采用的是第二代Bosch高压共轨电控燃油喷射系统。

高压共轨系统喷射参数包括共轨油压、主喷提前角、起动喷油量、预喷油量和喷射时间[5]。因参数较多，试验采用固定其中一个参数，改变其它参数的方法进行数据采集并分析研究。试验方法如表1所示。

2　喷射参数对起动性能的影响

2.1共轨油压对柴油机起动性能的影响

实验结果如图2所示。随着共轨油压的增加，起动时间先是慢慢缩短，在共轨油压为30MPa时，起动时间最短，共轨油压继续增大时，起动时间又在延长。由以上分析可知，共轨油压变化过程中，存在一个最佳值，使得柴油机的起动时间最短。

图1　试验台架布置示意图

在试验温度为11℃，大气压为100 kPa的条件下，共轨油压的最佳值为30MPa。

表1　实验参数和状态的选取

2.2主喷提前角对柴油机起动性能影响

试验结果如图3所示。随主喷提前角增大，起动时间先是缓慢降低，当主喷提前角为10°CA，起动时间达到最短，而后主喷提前角增大时，起动时间迅速增大。

主喷提前角偏大时，喷入燃烧室内的燃油量会相应增多，从而使燃烧室内温度大大降低；缸内空气与燃油混合时间变长，混合气变浓；与此同时，也会增加缸内混合气浓度不均现象，空燃比减小，造成可燃混合气着火不利，从而使得柴油机起动时间增加。

主喷提前角偏小时，活塞到达上止点时间与开始喷油时间间隔相差很小。导致有更多的燃油与活main/°CA塞顶部相接触，使其蒸发困难，起动过程中，缸内壁面温度低，导致可燃混合气压缩终点温度、压力、密度都较低，也会使起动时间增长。

图3　起动时间-主喷提前角曲线（11°CA 100 kPa）

主喷提前角变化，有一个最优值使得柴油机起动时间最佳，在本实验的条件下主喷提前角的最优值为10°CA。

2.3起动喷油量对高压共轨柴油机起动时间的影响

试验结果如图4所示。随起动喷油量增加起动时间先是缓慢降低，起动喷油量为20mg/cyc时，起动时间达到最小值，起动喷油量继续增加，起动时间开始缓慢上升。

图4　起动时间-起动喷油量曲线（11°CA 100 kPa）

起动过程中喷入燃烧室内油量偏多，势必会使缸内燃空比增大，燃油蒸发量亦将增大，从而吸收热量增多，导致燃烧室内温度降低，为保证正常着车，起动时间自然需要增加。

起动喷油量偏小，形成的可燃混合气就少，同时燃烧产生的能量也降低，故柴油机起动时间延长，所以起动喷油量偏大或偏小都会使起动时间延长。

在试验温度为11℃、大气压为100 kPa的条件下，最佳的起动喷油量值为20mg/cyc。

2.4预喷量对高压共轨柴油机起动性能的影响

试验结果如图5所示。预喷射量变化过程中，存在一个最佳值，使柴油机的起动时间达到最佳效果，当大于或者小于此最佳预喷量值时，评价启动性能的这两个指标均会增加，从而使得柴油机的起动性能降低。

图5　起动时间-预喷油量曲线（11°CA 100 kPa）

其主要原因是进行预喷射目的是利用冷焰效应来提高缸内温度，便于可燃混合气形成，这对缩短起动时间有利。

当预喷射量偏小时，此时缸内冷焰效应也随之减小，对提高燃烧室内温度作用就会变弱，不利于可燃混合气形成，为保证正常工作，必将延长起动时间。

预喷射量偏大，主喷射开始之前与预喷射结束之后的时间间隔变短，从而使冷焰期变短；这对提高燃烧室内的可燃混合气温度和浓度的作用均降低。因此只有增加起动时间，才能使混合气温度及浓度达到预期。

因此，预喷量变化过程中存在一最佳值，使起动时间最短，当大于或小于此值时，起动时间均会增加。

在试验温度为11℃、大气压为100 kPa的条件下，预喷量最佳值为2mg/cyc。

2.5预喷时间对高压共轨柴油机起动性能的影响

试验结果如图6所示。预喷时间增大的过程中，起动时间先是慢慢减小，当预喷时间达到2100μs时，柴油机的起动时间达到了最小值，2100μs后，随预喷时间的增加，起动时间持续上升。

图6　起动时间-预喷时间曲线（11°CA 100 kPa）

预喷时间过短，冷焰效应时间亦变短，燃烧室内形成的混合气浓度、温度偏低，故只有较长的起动时间才能使燃烧室内混合气达到着火所需浓度、温度。

预喷时间过长，起动过程中燃烧室内温度较低，混合气流运动较弱，这对燃烧室内混合气形成不利，致使预喷过程中冷焰效应降低，起动时间延长。

所以，在起动过程中，为使起动时间达到最小值，需设定一最佳预喷时间。

在试验温度为11℃、大气压为100 kPa的条件下，预喷时间最佳值为2100μs。

3　结论

柴油机起动过程中，对于喷射参数：共轨油压、喷射提前角、起动喷油量、预喷时间、预喷油量均存在一个最佳值使得此时的起动时间最短，过大或过小均对起动时间的减小不利。

1王洪荣，张幽彤，熊庆辉，等.共轨柴油机起动控制研究[J].汽车工程，2007（8）：645～648

2张京永，杨福源，欧阳明高.高压共轨柴油机起动过程特点与优化方法的研究[J].内燃机学报，2003（3）：201～206

3肖文雍，冒晓建，王好战，等.GD-1高压共轨式电控柴油机的起动控制策略研究[J].内燃机学报，2003（2）：97～100

4孔峰，张育华，宋希庚，等.基于Power PC的电控共轨柴油机起动工况的研究[J].农业机械学报，2006（4）：35～37，20

5刘建江，姜鑫，王亚辉，等.高压共轨柴油机起动阶段对HC排放影响的试验研究[J].小型内燃机与摩托车，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

刘建江（1964-），男，副教授，主要研究方向为与发动机相关的教学及科研工作。

（2014-11-20）