4100增压柴油机中冷系统的设计与试验研究
第 2期(总第 138期 )
2OO2年 4月
车 用 发 动 机
VEHICLE ENGINE
No 2fSefi丑l No．138)
2GO2
· 零部件 ·
4100增 压 柴油 觚 中冷 系 统 帕 设 计 与试 验 研 窍
张 虹
(北京理I 大学
马 朝 臣
北 京 100081)
摘要 ：为 4100增压型柴油机设计 了中冷 系统 ，并在发 动机 试验 台上进 行 了外特性 试验 和排放试验 。试验结 果
证明 ，所设计的 中冷 系统冷却敖 果明显 ，原机经加 中冷 系统 后功 率、油耗 等指标 均有所 改善 ，排 放指标 选到 欧 I标
准 。
关键词 ：中冷器 ；增压柴油机 ；试验 台架
中图分类号 ：1](421 文献标 识码 ：A 文章编号 ：1001一~ (2002)02—0030—03
增压柴油机进气中冷可使经增压器进人发动机
的气体温度降低 ，进一步提高进气密度 ，增强增压效
果。增压柴油机加 中冷后，可提高发动机的功率 ，降
低发动机的热负荷 、机构负荷 、排气温度和燃油消耗
率 ，特别是可大幅度降低 NO ，PM和碳 烟等有害排
放 。
“云内”牌 4100QBZ增压柴油机是 我国 自行设
计的第一代轻型高速车用柴油机 ，广泛用作载重量
为 1 t～3 t的载货车 、客车 、农用运输车及工程机械
和发电设备的配套动力。本文所述则是为了改善该
机的排放 ，提高功率，降低油耗而为其设计 了中冷系
统
1 中冷 系统 的匹配计算
4100QBZ柴油 机为直 列水 冷 4行程增 压柴 油
机 ，对其中冷后 的主要技术指标要求见表 1。
襄 1 4100QBZ中冷前后主要技术指标 对 比
参 数 中冷前实际值 中冷后指标值
标定功率 kW／(r'咖n ) 73．5／3瑚 8l Ⅻ
最低燃油消耗宰 ed(kW ) 224．5 2l7
最大扭矩 N- (r-nfin ) 245／(2 ooo～2 200) 265／(2 ooo一2瑚 、
捧气温度 ℃ <620 <620
No ，PM排 放 排 放状态 优
于欧 I标准 达
不到欧 I标准
分别计算 了发动机在额定点和最大扭矩点时增
压器和中冷器的匹配数据 ，计算过程是一个初步计
算及优化过程。首先根据发动机功率的要求 ，计算
中冷前后进气流量 的变化 ，根据进气流量 进行增压
器的热力学计算 ，从而可 以计算出增压器压 比的变
化及增压器 出口的气体 温度和压力 ；随后进行中冷
器基本参数计算。
通过增 压 中冷 系统 的 匹配计算 ，得 出要满 足
41OOQBZL增压 中冷柴油机的性能要求 ，中冷器的基
本参数如表 2所示。
襄 2 4100QBZL参 数计算 值
4100QBZL柴油机 标定点 最 大扭矩 点
发动机空气流量 kg／, 0147∽ 0 O8916
压气机出口压力 !d a l7l 360 l37 572
压气机出口温度 K 365 336
压气机压 比 1．74 1．38
中狰后压 力 kP且 165．360 131 572
中狰后温度 K 315 瑚
供油量 循环 0 227 0 207 28
中冷前 ，原机选用 的增压器是 J60型增压器 ，标
定点增压器空气流量为 0．138 k异，s，压 比为 1．8，最
大 扭 矩 点增 压 器 空 气 流量 为0．082 kgts，压 比 为
1．4 由表 2与原机参 数对 比知 ，中冷后 发动机进
气流量增大 ，对压 比的要 求降低。中冷器调节温度
控制在 40℃ ～50℃能满足要求。
2 中冷器的选用
中冷 器一般分 为 空一空 中冷器 和水一空 中冷
器。空一空中冷一般用于难以得到温度较低的冷却
水的场合 ，由于冷却 空气 的温度较低 ，冷却效果好 ，
增压空气的温度可冷却到 50 左右 ；但由于空气的
收稿 日期 ：2001—09—24；修回 日期 ：2001—12一l0
作者简介 ：张 虹 (1971一)．女 ，湖北省成宁市^，讲 师．在职博士 ，主要从事 内燃机增压技术的研究
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2002年 4月 张 虹 ，等 ：4100增压柴油机中冷系统的设计与试验研究 ·31
传热系数 比水低得多，故空一空中玲器的体积要比
水一空中冷器大些 水一空中冷又可分为利用发动
机循环水和采用独立的循环水系统两种 前者的优
点是装置简单 ，缺点是发动机循环水本身温度就高 ，
故增压空气温 度只能冷却 到 100。c～110。c；而后
者由于可利用温度较低的冷却水 ，对增压空气的冷
却效果好 ，但需要设置单独的冷却水系统 ，只能适用
于固定式或船用发动机
根据增压压 比的高低和其他具体情 况的不同 ，
车用发动机可选用空一空中冷器或利用发动机循环
水的水一空 中冷器 。云 内 4100QBZ柴油机 的压 比
小于 2，压气机出口温 度低于 110。c，中冷的主要 目
的是降低 NO 和 PM排放 ，适合于采 用空～空 中冷
器。中玲器 的基本参数如表 3所示 ，结构形式 见图
1
表 3 中冷 器设计基本参数
件 传 流量 力 进口，出口l压I力损失 热面
温 度 cc kPa
巍空气1 6Ⅻ }。 100 1l0f 40
～
50 J 45
玲风l ll 5 ，粤 35／40 l 0．392 6
3 中冷器试验及结果
通过设计计算所选用的中冷器在发动机试验台
上进 行了试 验，对 4100QBZL增 压中玲柴油机的外
特性和 l3工况排放进行了测试 试验中 ，将中冷器
布置在水箱中，通过控制水箱进 出水的流量达 到控
制中冷器温度的 目的 ；中冷器 的出口温度一般控制
在 50℃以内。具体 的试验 布置 如图 2所 示，外特
性 曲线见 图3。增 压机型 (4100QBZ)和增压 中冷机
型(4100QBZL)的排放值与欧 I标准的比较见表 4。
从对比能够看 出，通过对增压空气进行中冷 ，排
放量能够满足我 国刚实 施的欧 l排放标准。中冷
后，4100QBZ柴油机的 NO 和 PM排放都 得到了较
大的改善。另外 ，从外特性 曲线可以看出，柴油机在
标定点功率达到要求，最大扭矩点 的燃油消耗率 为
210．8 g／(kW·h)，比指标要求要低，排气温度也控制
在 620 t以内 ，完全达到预期设计 目标。
表 4 排般测试 结果比较
排放物
41000BZ 4100,QBZL 欧 I排放标推 (
kW ·h) I
CO 3 725 5 2 079 4 I 4 5
HC l 090 5 I．002 2 l I l
NO 8 62l 7 6 8394 8 0
PM 0 725 9 12,586 2 0 6
涡轮增压器
图 2 4100QBZ柴油机中冷系统试验 方案
图 l 试验 中冷器基本结构图示意
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32 · 车 用 发 动 机 2002年第 2期
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500 2 0CO 2 5o0 3 0OO 3 500
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图 3 中玲前后发动机外特性 曲线
4 结 论
通过 4100QBZ柴油机 中冷 系统 试验方 案的设
计及试验，可以明显看出增压 中冷 系统对柴 油机性
能的影响。试验柴油机的动力性和经济性均得到了
提高，特别是 排放 得到较 大改善，达 到了指标 的要
求 。实际装车时中冷 器采用空一 空中冷器 ，在尺寸
上可考虑整体的结构布置和风扇功率的综合要求 。
参 考文 献 ：
[1]朱大鑫 ．涡轮 增压与 涡轮 增 压 器[M]．北京 ：机械 工业 出
版 社 ．1992．
[2]王延生 ，黄佑 生 ．车辆发动机废 气涡轮增压[M]．北京 ：国
防i 业 出版 社 ．1984．
[3]Bea~ard{3halle Diesel E r．B Reference Book[M]．SAE Inter-
m．6 ． ．．orad 1998,
The Design and Test Research of Intercooling System on
4100 Turbocharged Diesel Engine
ZHANG Hong，MA Chao-chen
(Beijing Institute ofThdmolngy，kijing 100081，China)
Abs ：The design andtestof antatercooling system 0n 4100lu llarged dieselisintroducedinthis article The emisaion andthe
perfol-aa,e,nceten of en l1e re doneinthe eaagJnetest bed．The vesdt showsthatthe advantages ofmtero~ler a0re clear
．
Tile[oowL~r and thefuel
∞ Ⅲ 【舶 of diesel areflnproved afterthe c} coding andthe ernissiom none|infited inEu~pe emission aandai~ 1
Key words：intetcooler；turflochargncl diesel e ne；test bed
[编辑 ：李建新 ]
(上接第 l9页)
Performance Simulating Calculation of the 4102 Turbocharged Di esel Engine
wu Feng，QIANG Yong'ping
(China North E ne Research Institute，Datong 037036，China)
Abstract：usir唔 ^VL Boo．st~／'tware，simtdating calculation is canied oul tu study the pe l|rrⅢnce 0f 4102 tI】rb0c}mged diesel engine
． By
s'mmtating ealculafitm，the paper presen~咖”p耐 and analysis 0I1 lIle dlesd e l1e major arrI that effect 0．1 the越 耐 町唔 刚 l盯一
nmI and pot ftn'ward Jmpeovement medaods．
Key wo rds：tI．rb0cha 睁 dier~l engine；peffonrance simulating calcuiatiota．；pedlmm自noeiruproven．,el~t
[鳊辑 ：张玉花]
未__ 叶 畜_
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