任宪丰 印志强 刘翀 闫立冰 王震华

摘要：本文阐述了在现有配置条件下对某柴油机降低烟度的优化过程，依托燃烧分析仪等先进的试验测试设备及内燃机基础理论知识，由果及因分析出烟度降低的根本原因。

Abstract： The paper introduces the optimizing process of diesel prototype smoke value reduction with some configurations in hand，by the application of advanced measuring equipment such as combustion analyser and internal combustion engine basic theory knowledge，we acknowledge the reason that smoke value reduction through the result analysis.

关键词：配置;烟度;燃烧分析仪;内燃机

Key words： configuration;smoke value;combustion analyzer;internal combustion engine

中图分类号：U262.11                                    文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）15-0047-02

0  引言

某发电用柴油机在性能优化阶段出现烟度大的问题，通过现有的试验测试设备及出油阀方案进行优化，从而降低烟度。

1  柴油机烟度大的原因分析

在性能开发试验过程中，增压器、喷油泵、喷油器的性能直接影响柴油机的烟度。本文就机械式喷油泵在解决柴油机烟度问题时以试验研究的形式做论述。

某发电用柴油机的机械式喷油泵安装有等压出油阀，其特点是在出油阀和等压阀上均设有升程限止器，在保证供油量的前提下，出油阀结构变得更加紧凑。升程限止器、弹簧和弹簧座均内置在阀体和阀座腔内，最大限度地减小了阀腔容积，较好地克服了由于阀腔过大而造成的供油特性不良。出油阀和等压阀的开启压力分别由两个阀的弹簧来保证。

等压出油阀有如下优点：①在各种工况下，供油结束后，油管残余压力能自动调节，基本上保持在高于大气压力的某一水平线上作微小波动。②油管压力过大，可卸压，有防止喷油器二次喷射的作用。③等压阀能使残余压力始终保持正值，避免在高压油管剩余压力的负压或者零压区形成空泡，可防止燃油系统的穴蚀。④可以调节高压油管的剩余压力，使之超过气缸压力，以防止喷油终了燃油的回窜。⑤在固定工况下，各循环的供油始点和供油量能保持相对稳定，这对容易产生供油波动的低速工况，具有良好的稳压作用。

但是，在性能优化试验过程中，发现柴油机在高负荷时烟度大的问题，如表1所示。

高负荷烟度值均超过1.0FSN，对于发电用柴油机的常用工况而言，这显然是无法接受的。因此，着重从喷油规律的角度出发，对喷油泵的泵端压力和喷油器的嘴端压力进行高压油管压力的数据采集。

采用瑞士Kistler公司的k-box燃烧分析仪主机高压油管传感器、曲轴转角信号采集装置和kibox-cockpit软件组成一个高压油管压力的动态采集系统。

根据高压油管的外径选择合适的专用适配器（见图1），适配器安装位置需要选择在高压油管上比较直的一段，该段油管表面需要光洁、无变形。

为了保证适配器与高压油管之间的密封良好，先将专用适配器分别接到高压油管上的靠近喷油泵的出油阀端和喷油器端，交替拧紧适配器螺栓;采用直径1.5mm的钻头，穿过适配器油液通道，对高压油管壁面进行打孔。钻头需要高转速、低进给速度，以最大限度地减少金属碎屑，并且要避免高压油管被钻穿透;打孔完成后，清洗油管、适配器内的金属碎屑。

将高压油管压力传感器按照要求扭矩拧紧在专用适配器上，当不进行压力测量时，可以将高压油管压力传感器拆下，用一个假传感器安装在适配器的传感器安装孔上以保证密封，方便钻过孔的高压油管的再利用。但是不建议重复拆装专用适配器。

通过高压油管压力调节单元进行信号的初步处理，再经过燃烧分析内部软件标定设置，可以近似认为测量得到的油管压力分别为泵端压力和嘴端压力。

通过高压油管压力数据的采集，发现油管压力的残余压力较高，但是还没有达到喷油器的开启压力250±10bar的限值，见图2超负荷工况下的喷油器端燃油压力（原出油阀），由于确定二次喷射现象最好的测试方法，针阀升程试验的针阀升程工装的试验条件不具备，因此，不能科学地判断是否有二次喷射现象。

根据前述的等压出油阀的特点，适当的降低等压出油阀的出油阀芯的回油弹簧的刚度和增加出油阀芯节流孔的孔径，从而降低出油阀的阀芯开启的压力值，使高压油管内残余压力适当降低，可以使高压油管内的压力泄压迅速，从而喷油器的针阀落座也会较为快速干脆，使喷油器在喷油结束时刻的喷油压力增加，从而改善喷油后期的燃油雾化效果，改善燃烧，降低烟度。

2  不同出油閥的性能选型试验

2.1 试验方案与结果  在为解决烟度问题的试验过程中，试验了安装有3种出油阀的喷油泵，分别为原出油阀，01S2出油阀，01S3出油阀。表2是三种出油阀试验的性能参数;图3和图4分别是负荷特性试验三种出油阀的烟度曲线和燃油消耗率曲线。

2.2 出油阀的选型  通过三种出油阀试验数据、对比曲线、油管压力曲线等可以判断01S2和01S3出油阀对烟度的优化效果很明显，这两种出油阀的效果差不多，对于烟度降低的原因，可以从负荷特性试验（超负荷工况）-三种出油阀的喷油器端油管压力对比曲线中看出三种出油阀的喷油器端的压力峰值差距不大，并且大约在压缩上止点后12-22°CA（可以认为燃油喷射的后期）内匹配01S2和01S3出油阀的高压油管压力明显高于原出油阀的高压油管压力，从而可以判断匹配01S2出油阀和01S3出油阀的喷油器在燃油喷射后期的雾化效果要优于原出油阀，因此，燃油喷射后期的压力差异是利用出油阀解决的烟度问题的根本所在。

对于01S2出油阀和01S3出油阀的对比，无论从烟度还是燃油消耗率等参数进行比较，性能相差无几，但是从负荷特性试验（超负荷工况）-三种出油阀的喷油器端油管压力对比中发现匹配01S2出油阀的油管残余压力偏低，能达到1bar以下，甚至零压，这样会在高压油管内部产生气穴，若强压力波传到气泡处或气泡被运送到高压部位，则气泡会瞬时缩小、崩溃而产生极高的液压冲击力，引起噪声与振动，压力冲击波反复作用于壁面时，还会使金属疲劳而剥落，出现穴蚀现象。因此，匹配01S2出油阀对高压油管等部件有工作可靠性隐患，最后确定01S3出油阀匹配喷油泵最优。

3  结束语

在性能开发试验过程中解决柴油机烟度大的问题，从产生烟度的各项因素着手，在现有的优化条件下，利用先进的测试设备、良好的试验环境、专业的技术分析方法有针对性的对柴油机性能指标进行研究，通过测试结果反向分析出问题的根本原因，同时也为柴油机性能优化试验和燃烧分析试验积累经验。

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