汽車質量分析報告：進氣溫度對發動機經濟性和排放的影響
發布時間：2021-09-05 來源：中國產品質量報告 瀏覽量：
進氣溫度這個專業術語，是汽車發動機整車安裝質量保證中的重要參數。本文從進氣溫度入手，就其對發動機性能的影響，進行了研究。針對重型牽引車的進氣系統，明確了對進氣溫度有影響的因素，提出了進氣溫度改善的措施，為整車設計提供了依據。
一、 進氣溫度對發動機經濟性和排放的影響
汽車用柴油發動機以其較高的燃燒效率和良好的耐久性，在中國商用車中得到了廣泛的應用。進氣溫度是柴油發動機整車安裝質量保證中的重要參數，會對發動機進氣量及燃燒特性產生一定影響。因此在整車開發過程中，需針對影響發動機進氣溫度的零部件進行設計，滿足發動機安裝質量保證要求。
柴油發動機缸內燃燒的質量與其動力性、經濟性及排放性能高度相關。近年來，柴油機通過提高轉速，加大噴油壓力等技術路徑改善缸內燃燒效率，這使得組織良好的燃燒過程對柴油機的燃燒系統提出了更高的要求。有專家采用臺架試驗和FIRE軟件仿真的方法，對進氣系統三個參數（渦流比、增壓比和進氣溫度）進行了研究，探討進氣溫度的增加與功率和排放的關系。為了量化進氣溫度對發動機燃燒性能的影響，專家選擇了一款重型牽引車上安裝的13L排量柴油發動機進行建模和仿真計算，采用臺架試驗的方法，對發動機不同油門開度、不同轉速下的進氣溫度對發動機的影響進行了檢測。從結果可看出，發動機進氣溫度對發動機燃油經濟性和氮氧化物的排放影響較大。
從臺架試驗結果中可以看出，在不同工況下，進氣溫度均對發動機經濟性和氮氧化物的排放有顯著影響。因此可得到如下結論：
1） 進氣溫度升高對發動機的動力性、經濟性有負面影響；對于該發動機，進氣溫度每上升10℃，燃油經濟性約惡化1%。
2） 進氣溫度升高對氮氧化物排放量影響較大，進氣溫度每上升10℃，氮氧化物排放量約惡化4.5%。
二、影響發動機進氣溫度的因素
對于重型牽引車來說，發動機進氣過程通常為：
1) 大氣通過駕駛室后部的引氣道進入空氣濾清器，溫度基本不變。
2) 空氣進入發動機渦輪增壓器，溫度上升。
3) 空氣進入中冷器，溫度下降；隨后進入發動機進行燃燒。
從幾種典型牽引車進氣溫度變化情況，可以看出不同車型在不同階段的溫度變化情況均有所不同，零部件的特性對進氣溫度的變化有著顯著影響。影響進氣溫度的主要因素包括：
1）引氣道密封性。國內部分有導流罩的牽引車的進氣入口位于側導流罩處，如引氣道與側導流罩之間密封不嚴，則會出現發動機艙內熱空氣上升，順著縫隙進入引氣道，導致進氣溫度偏高的情況。
2）增壓器特性。增壓比是柴油機渦輪增壓器的重要參數， 由于氣體溫度上升值與增壓比成正比，增壓器的增壓比越大，則進氣溫升越高。
3）中冷器能力。在通過增壓器后，增壓器出口溫度較高導致進氣效率下降，為降低進入氣缸的充量密度，增加進氣總管內的空氣密度，需要在增壓器和發動機進氣歧管之間安裝中冷器，降低進氣溫度。
相對于囯五排放的車型，國六排放的牽引車中冷器的能力有了大幅提升，有效改善了進氣溫升，從而可降低整車的氮氧化物的排放。專家在某型牽引車上增加熱回風擋板并開展整車冷卻性能試驗，通過試驗結果分析可看出，采用熱回風擋板后，發動機進氣溫升降低了3-5℃，整車最高環境許用溫度提升了4-6℃。
三、專家結論
專家采用仿真和臺架試驗的方法，對柴油發動機進氣溫度與性能之間關系進行了分析，發現進氣溫度與發動機燃油經濟性和氮氧化物之間有著顯著關系，在發動機匹配應用過程中，需對進氣溫度進行有效控制。對重型牽引車而言，影響進氣溫度的主要因素包括引氣道的密封性、增壓器特性以及中冷器性能，可通過改善引氣道密封性、增大中冷器尺寸和中冷器熱流場優化等方法降低進氣溫度。
