新聞主題	柴油發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柴油發動機排氣驅動的，發動機排溫接近500~600℃，熱傳遞到增壓器側，進氣溫度隨之升高，且增壓器壓縮空氣，也會導致進氣溫度升高。進氣溫度過高會導致發動機爆震，從而產生增壓效果降低、發動機壽命短等負面影響，因此增加中冷器對于渦輪增壓發動機非常必要。簡單來說，柴油發電機中的中冷器是個熱交換器，它為壓縮后溫度較高的空氣進行降溫，從而提高進氣密度和充氣量。為了更好的使用和維護柴油發電機組，日常都需要對中冷器進行檢查與壓力試驗。

 

一、中冷器的作用

 

1、降低進氣溫度

      渦輪增壓發動機是有中冷器的，即在渦輪增壓器和發動機之間引入了一個中冷器。這是因為發動機直接排出的廢氣溫度通常高達8、9百度，會造成渦輪本體、進氣溫度升高，加之壓縮空氣時做功，增壓壓縮進氣缸的氣體就有可能過熱而造成汽油預燃而發生爆震，影響動力輸出；同時，高溫也是引擎的隱形殺手。所以，增壓發動機通常會引入中冷器來降低進氣溫度。一般來說，使用中冷后能減小50～60度的進氣溫度（離開臨界值），可以適當的提高發動機壓縮比，改善低轉速時的動力輸出；同時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動機的進氣密度，因此發動機工作效率更高。 

      由于渦輪的溫度上升，所以會導致處在進氣增壓部分的渦輪的溫度上升，進而導致進氣溫度的急劇升溫，這樣就會出現爆燃和進氣效率下降，以前采取的辦法是推遲點火，但是這樣又會喪失最大扭矩的最佳點火時間，而且會出現新的點火時間下的排氣溫度上升，因而造成惡性循環。隨著中冷器的誕生，這樣的問題將會得到很好的改善，中冷器說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℃，發動機功率就能提高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題， CO?的排放量也受到限制。采用渦輪增壓和增壓中冷技術可降低其排放值。

 （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，并且增壓發動機大多數工況負荷較大，發動機的缸內溫度能保證燃料更充分燃燒， CO 排放可進一步降低。

（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，由于進氣密度增加，可以改善油束的形成、提高燃油霧化質量，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循環的平均介質溫度升高，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間為目標。對于現有的自然吸氣柴油機，如果只簡單采用增壓措施，可能會因為過量空氣系數增大和燃燒溫度的升高而導致NO?增加。采用進氣中冷技術降低進氣溫度，可降低增壓柴油機NO?排放；如果采用先進的中冷技術后，可進一步降低進氣充量的溫度。進氣充量溫度降低，燃燒溫度可以得到有效控制，有利于NO?的減少。實際應用中，柴油機增壓時采用減小壓縮比、推遲噴油定時等措施來減小熱負荷、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溫度從而降低燃燒火焰溫度；推遲噴油定時，可以縮短滯燃期，減少油束稀薄火焰區的燃料蒸發和混合，降低最高燃燒溫度。為減少噴油定時導致的后燃期過長的問題，須增大供油速率，縮短噴油時間，以加快燃燒速率，縮短燃燒時間。

（4）微粒物（PM）

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

 

二、中冷器類別與布置型式

 

1 、中冷器分類

      中冷器按冷卻介質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氣歧管上，利用散熱器的冷卻液對歧管內氣體進行冷卻，熱效率低，冷卻后的溫度很難滿足發動機要求，但響應時間快。

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

2、中冷器布置型式

      柴油發電機空空中冷器有以下幾種常見的布置型式：

（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阻，需額外加大散熱器或風扇功率，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導風罩。冷卻性能差。

（4）頂置式

      頂置式中冷器安裝在發動機上方，通過在發罩上開一個進氣口，將迎面冷風導到中冷器進行散熱。該布置型式結構緊湊，管道短，響應快，但由于中冷器距離發動機近，會受發動機熱輻射的影響。

      目前大部分柴油發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裝置和進氣開口對成本及造型產生不利，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泄漏、孔洞、裂紋或松動的連接。如有必要，擰緊軟管卡箍，如圖1所示。參考柴油發電機組制造商的技術規范以確定正確的扭矩值。

（2）檢查空空中冷器 (CAC) 有無堵塞散熱片的污垢和碎屑。檢查有無裂紋、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裂紋，從空空中冷器上拆下進氣軟管和出氣軟管。不必將空空中冷器從底盤上拆下。為避免某個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。此項測試不能在沒有安全保護鏈的情況下進行。

      其測試步驟如圖3所示，在中冷器的出氣口上安裝一個堵頭或帽蓋。在中冷器的進氣口上安裝一個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。將風扇直連，以免測量結果出錯。在靠近進氣歧管的空氣管道上安裝數字式溫度計。在空氣濾清器進氣口上安裝另外一個數字式溫度計以測量周圍空氣溫度。進行一次道路測試，讓發動機全負荷運轉，同時保證車速大于或等于48kh（30mile/h），記錄進氣歧管溫度和環境空氣溫度

      計算溫差公式：

進氣歧管溫度-環境空氣溫度=溫差

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

（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氣歧管上，讓發動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，則進行清潔或更換。也可以使用兩塊量程合適的壓力表進行此項測試。

 

圖3 中冷器泄漏測試

圖4 中冷器壓差測試

 

 

 

四、進排氣阻力檢測

 

1、進氣阻力檢測

       如圖5所示，在渦輪增壓器前進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°。使發動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。最大允許進氣阻力為0.6kPa（63.5mmH2O，2.5inH2O)。若進氣阻力過大，則應檢查空濾器和進氣管。

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度為305mm（12in）的金屬管，保護軟管以防過熱。讓發動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）

      如果排氣壓力超過技術規范，則檢查排氣管是否損壞。如果柴油發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，發動機運行時間過長會損壞渦輪增壓器油封。

 

圖5 中冷器進氣阻力測試

圖6  測試壓力表外觀圖

總結：

      綜上所述，中冷器能夠進一步提升柴油機的發動功率，減少能源損耗、降低環境污染。伴隨柴油機中冷器的不斷發展，其冷卻方法具有相應的差異，當前已具有多種類型的結構。通過中冷器的具體應用狀況展開優化設計，制定常見的校核測算方式，如此能夠進一步提升中冷器的運行效率。

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