新聞主題	柴油發(fā)電機組中冷器的作用和主要檢測項目

 

引言：渦輪增壓器的渦輪機是通過(guò)柴油發(fā)動(dòng)機排氣驅動(dòng)的，發(fā)動(dòng)機排溫接近500~600℃，熱傳遞到增壓器側，進(jìn)氣溫度隨之升高，且增壓器壓縮空氣，也會(huì )導致進(jìn)氣溫度升高。進(jìn)氣溫度過(guò)高會(huì )導致發(fā)動(dòng)機爆震，從而產(chǎn)生增壓效果降低、發(fā)動(dòng)機壽命短等負面影響，因此增加中冷器對于渦輪增壓發(fā)動(dòng)機非常必要。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，柴油發(fā)電機中的中冷器是個(gè)熱交換器，它為壓縮后溫度較高的空氣進(jìn)行降溫，從而提高進(jìn)氣密度和充氣量。為了更好的使用和維護柴油發(fā)電機組，日常都需要對中冷器進(jìn)行檢查與壓力試驗。

 

一、中冷器的作用

 

1、降低進(jìn)氣溫度

      渦輪增壓發(fā)動(dòng)機是有中冷器的，即在渦輪增壓器和發(fā)動(dòng)機之間引入了一個(gè)中冷器。這是因為發(fā)動(dòng)機直接排出的廢氣溫度通常高達8、9百度，會(huì )造成渦輪本體、進(jìn)氣溫度升高，加之壓縮空氣時(shí)做功，增壓壓縮進(jìn)氣缸的氣體就有可能過(guò)熱而造成汽油預燃而發(fā)生爆震，影響動(dòng)力輸出；同時(shí)，高溫也是引擎的隱形殺手。所以，增壓發(fā)動(dòng)機通常會(huì )引入中冷器來(lái)降低進(jìn)氣溫度。一般來(lái)說(shuō)，使用中冷后能減小50～60度的進(jìn)氣溫度（離開(kāi)臨界值），可以適當的提高發(fā)動(dòng)機壓縮比，改善低轉速時(shí)的動(dòng)力輸出；同時(shí)由于冷空氣的密度大，所以在相同條件下，這種設計可以提高發(fā)動(dòng)機的進(jìn)氣密度，因此發(fā)動(dòng)機工作效率更高。 

      由于渦輪的溫度上升，所以會(huì )導致處在進(jìn)氣增壓部分的渦輪的溫度上升，進(jìn)而導致進(jìn)氣溫度的急劇升溫，這樣就會(huì )出現爆燃和進(jìn)氣效率下降，以前采取的辦法是推遲點(diǎn)火，但是這樣又會(huì )喪失最大扭矩的最佳點(diǎn)火時(shí)間，而且會(huì )出現新的點(diǎn)火時(shí)間下的排氣溫度上升，因而造成惡性循環(huán)。隨著(zhù)中冷器的誕生，這樣的問(wèn)題將會(huì )得到很好的改善，中冷器說(shuō)白了就是冷卻被增壓完的空氣，因此中冷器的作用就是冷卻。有數據表明，在相同的空燃比條件下，增壓空氣的溫度每下降10℃，發(fā)動(dòng)機功率就能提高3%~5%。

2、降低排放

       柴油機的排放污染物主要有CO、HC 、NO? 和微粒物等。此外，由于溫室效應引起全球變暖的問(wèn)題， CO?的排放量也受到限制。采用渦輪增壓和增壓中冷技術(shù)可降低其排放值。

 （1）一氧化碳（CO）

      柴油機中CO 是燃料不完全燃燒的產(chǎn)物，主要是在局部缺氧或低溫下形成的。采用渦輪增壓后，可供燃燒的空氣增多，并且增壓發(fā)動(dòng)機大多數工況負荷較大，發(fā)動(dòng)機的缸內溫度能保證燃料更充分燃燒， CO 排放可進(jìn)一步降低。

（2）碳氫化合物（HC）

      柴油機排氣中的HC 是主要由原始燃料分子、分解的燃料分子以及再化合的中間化合物所組成；小部分HC是由潤滑油生成的。增壓時(shí)，由于進(jìn)氣密度增加，可以改善油束的形成、提高燃油霧化質(zhì)量，減少沉積于燃燒室壁面上的燃油， HC減少；增壓還使柴油機燃燒整個(gè)循環(huán)的平均介質(zhì)溫度升高，氧化反應速率大，未燃HC排放降低。

（3）氮氧化物（NO?）

      柴油機中氮氧化物的主要成分NO的生成取決于氧的濃度、溫度及反應時(shí)間等。降低NO的措施是以降低火焰溫度、氧濃度及高溫下停留時(shí)間為目標。對于現有的自然吸氣柴油機，如果只簡(jiǎn)單采用增壓措施，可能會(huì )因為過(guò)量空氣系數增大和燃燒溫度的升高而導致NO?增加。采用進(jìn)氣中冷技術(shù)降低進(jìn)氣溫度，可降低增壓柴油機NO?排放；如果采用先進(jìn)的中冷技術(shù)后，可進(jìn)一步降低進(jìn)氣充量的溫度。進(jìn)氣充量溫度降低，燃燒溫度可以得到有效控制，有利于NO?的減少。實(shí)際應用中，柴油機增壓時(shí)采用減小壓縮比、推遲噴油定時(shí)等措施來(lái)減小熱負荷、降低最高燃燒溫度。壓縮比的減小可以降低壓縮終了的介質(zhì)溫度從而降低燃燒火焰溫度；推遲噴油定時(shí)，可以縮短滯燃期，減少油束稀薄火焰區的燃料蒸發(fā)和混合，降低最高燃燒溫度。為減少?lài)娪投〞r(shí)導致的后燃期過(guò)長(cháng)的問(wèn)題，須增大供油速率，縮短噴油時(shí)間，以加快燃燒速率，縮短燃燒時(shí)間。

（4）微粒物（PM）

      影響柴油機微粒物生成的原因較復雜，其主要因素是過(guò)量空氣系數、燃油霧化質(zhì)量、噴油速率、燃燒過(guò)程和燃油質(zhì)量等。此外，柴油機機內凈化降低NO?的措施通常會(huì )帶來(lái)PM增加。增壓柴油機，特別是采用高增壓壓比和空—空中冷技術(shù)后，可顯著(zhù)增大進(jìn)氣密度，增加缸內可用的空氣量。如同時(shí)采用高壓燃油噴射、共軌電控噴射、低排放燃燒室和中心噴嘴四氣閥技術(shù)，并提高燃油霧化質(zhì)量，改善燃燒過(guò)程，則可有效地控制PM排放。

 

二、中冷器類(lèi)別與布置型式

 

1 、中冷器分類(lèi)

      中冷器按冷卻介質(zhì)分為水冷中冷器和空空中冷器，目前采用較多的是空空中冷器。

（1）水冷中冷器通常集成在進(jìn)氣歧管上，利用散熱器的冷卻液對歧管內氣體進(jìn)行冷卻，熱效率低，冷卻后的溫度很難滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機要求，但響應時(shí)間快。

（2）空空中冷器通常與散熱器一起布置在整車(chē)前端，利用柴油機運行時(shí)的氣流對增壓空氣進(jìn)行冷卻，熱效率較高，但由于中冷管路的容積延緩了響應時(shí)間。

2、中冷器布置型式

      柴油發(fā)電機空空中冷器有以下幾種常見(jiàn)的布置型式：

（1）前置式

      前置式中冷器一般橫置在前蒙皮內側，位于散熱器冷凝器之前偏下位置。這種布置方式因其位于機體最前端，冷卻性能好、維修也方便。

（2）集成式

      集成式中冷器布置在冷凝器與散熱器之間，三器集成一體。該布置冷卻性能較好。但增加了系統冷側的風(fēng)阻，需額外加大散熱器或風(fēng)扇功率，且中冷器壓降較大。拆裝不方便。

（3）側置式

      側置式中冷器安裝在前蒙皮的左內側或右內側，大丁下方，由于空間有限，中冷器體積較小，該布置需要為中冷器設計一個(gè)導風(fēng)罩。冷卻性能差。

（4）頂置式

      頂置式中冷器安裝在發(fā)動(dòng)機上方，通過(guò)在發(fā)罩上開(kāi)一個(gè)進(jìn)氣口，將迎面冷風(fēng)導到中冷器進(jìn)行散熱。該布置型式結構緊湊，管道短，響應快，但由于中冷器距離發(fā)動(dòng)機近，會(huì )受發(fā)動(dòng)機熱輻射的影響。

      目前大部分柴油發(fā)電機上采用前置式中冷器。側置式和頂置式中冷器由于需要額外增加導風(fēng)裝置和進(jìn)氣開(kāi)口對成本及造型產(chǎn)生不利，目前應用較少。

 

三、空空中冷器檢測

 

1、泄漏與堵塞檢查

（1）檢查空空中冷器管路和軟管有無(wú)泄漏、孔洞、裂紋或松動(dòng)的連接。如有必要，擰緊軟管卡箍，如圖1所示。參考柴油發(fā)電機組制造商的技術(shù)規范以確定正確的扭矩值。

（2）檢查空空中冷器 (CAC) 有無(wú)堵塞散熱片的污垢和碎屑。檢查有無(wú)裂紋、孔洞或其它損壞。檢查部位如圖2所示。

 

圖1  柴油機中冷器管路和軟管松動(dòng)檢查

圖2  柴油機中冷器堵塞檢查

 

2、泄漏和堵塞試驗

（1）泄漏測試

      要檢查空一空中冷器或集氣管有無(wú)裂紋，從空空中冷器上拆下進(jìn)氣軟管和出氣軟管。不必將空空中冷器從底盤(pán)上拆下。為避免某個(gè)堵頭在測試中吹落而造成傷害，應將測試堵頭上的安全保護鏈固定好。此項測試不能在沒(méi)有安全保護鏈的情況下進(jìn)行。

      其測試步驟如圖3所示，在中冷器的出氣口上安裝一個(gè)堵頭或帽蓋。在中冷器的進(jìn)氣口上安裝一個(gè)壓力表和帶有切斷閥的可調節壓縮空氣供氣管。向中冷器施加空氣壓力，直到壓力表顯示的空氣壓力穩定在207kPa(30psi)，然后切斷向中冷器的供氣。如果15s內壓降等于或小于34kPa(5psi)，則中冷器功能完好；如果15s內壓降大于34kPa(5psi)，則說(shuō)明有泄漏，需要更換中冷器。

注：空一空中冷器的設計不能保證100％無(wú)泄漏。如果15s內壓降小于34kPa(5psi)，則不需要更換空一空中冷器。

（2）溫差測試

      空一空中冷器外部是否堵塞，清除散熱片中的雜物。將風(fēng)扇直連，以免測量結果出錯。在靠近進(jìn)氣歧管的空氣管道上安裝數字式溫度計。在空氣濾清器進(jìn)氣口上安裝另外一個(gè)數字式溫度計以測量周?chē)諝鉁囟?。進(jìn)行一次道路測試，讓發(fā)動(dòng)機全負荷運轉，同時(shí)保證車(chē)速大于或等于48kh（30mile/h），記錄進(jìn)氣歧管溫度和環(huán)境空氣溫度

      計算溫差公式：

進(jìn)氣歧管溫度-環(huán)境空氣溫度=溫差

      最大溫差為28℃。如果溫差大于技術(shù)規范，則檢查空一空中冷器的散熱片上有無(wú)污垢或碎屑，必要時(shí)清潔。

（3）壓差測試

      如圖4所示，將水銀壓力計的一端接到渦輪增壓器壓縮機出口彎管的接頭上。將水銀壓力計的另一端接到進(jìn)氣歧管上，讓發(fā)動(dòng)機以額定轉速和額定負載運轉，記錄壓力計的讀數。如果壓差大于20kPa（152mmHg，6inHg)，則檢查空一空中冷器和相應的管路是否堵塞。如有必要，則進(jìn)行清潔或更換。也可以使用兩塊量程合適的壓力表進(jìn)行此項測試。

 

圖3 中冷器泄漏測試

圖4 中冷器壓差測試

 

 

 

四、進(jìn)排氣阻力檢測

 

1、進(jìn)氣阻力檢測

       如圖5所示，在渦輪增壓器前進(jìn)氣管內安裝真空表或水壓差計。儀表接頭必須與氣流方向成90°。使發(fā)動(dòng)機以額定轉速和最大負荷運轉。記錄儀表或壓力表上的讀數。最大允許進(jìn)氣阻力為0.6kPa（63.5mmH2O，2.5inH2O)。若進(jìn)氣阻力過(guò)大，則應檢查空濾器和進(jìn)氣管。

2、排氣阻力檢測

       在消聲器前的排氣管上安裝壓力表（如圖6所示）。從排氣管接頭處引出最短長(cháng)度為305mm（12in）的金屬管，保護軟管以防過(guò)熱。讓發(fā)動(dòng)機以額定轉速和額定負載運轉，記錄壓力表讀數。

      排氣阻力規范：

（1）不帶后處理（最大數據）：10kPa（75.0mmHg，3.0inHg）

（2）帶后處理（最大數據）：41kPa（305.0mmHg，12.0inHg）

      如果排氣壓力超過(guò)技術(shù)規范，則檢查排氣管是否損壞。如果柴油發(fā)電機組配備有后處理系統，則檢查后處理柴油微粒濾清器或柴油氧化劑催化器是否堵塞。在高排氣阻力下，發(fā)動(dòng)機運行時(shí)間過(guò)長(cháng)會(huì )損壞渦輪增壓器油封。

 

圖5 中冷器進(jìn)氣阻力測試

圖6  測試壓力表外觀(guān)圖

總結：

      綜上所述，中冷器能夠進(jìn)一步提升柴油機的發(fā)動(dòng)功率，減少能源損耗、降低環(huán)境污染。伴隨柴油機中冷器的不斷發(fā)展，其冷卻方法具有相應的差異，當前已具有多種類(lèi)型的結構。通過(guò)中冷器的具體應用狀況展開(kāi)優(yōu)化設計，制定常見(jiàn)的校核測算方式，如此能夠進(jìn)一步提升中冷器的運行效率。

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