无灰助燃添加剂对柴油机性能影响的研究 无灰助燃添加剂对柴油机性能影响的研究

无灰助燃添加剂对柴油机性能影响的研究

  • 期刊名字:小型内燃机与车辆技术
  • 文件大小:333kb
  • 论文作者:陈然,熊云,杨浩,吴芃
  • 作者单位:后勤工程学院军事油料应用与管理工程系
  • 更新时间:2020-12-22
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论文简介

第44卷第6期小型内燃机与车辆技术Vol. 44 No. 62015年12月SMALL INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND VEHICLE TECHNIQUEDec.2015无灰助燃添加剂对柴油机性能影响的研究陈然熊云杨浩吴芃(后勤工程学院军事油料应用与管理工程系重庆401331)摘要:采用F6L913柴油机对无灰助燃剂进行了发动机外特性和负荷特性性能试验,研究了无灰助燃添加剂对柴油机动力性、经济性和排放性的影响。结果表明,在发动机不做任何调整的情况下燃用添加无灰助燃剂的柴油后,与燃用0#柴油相比较,发动机功率平均升高5.12%;燃油消耗率降低,外特性和负荷特性试验分别平均降低2.59%、1.68%;C0、HC、NO,排放显著降低;碳烟排放外特性和负荷特性试验平均分别下降12.8%、26.5%。关键词:柴油机无灰助燃剂 动力性经济性排放性中图分类号: TK421.5文献标识码: A文章编号:2095-8234( 2015)06- -0038-05A Study on Effect of Ashless Combustion SupportingAdditive on Diesel Engine PerformanceChen Ran, Xiong Yun, Yang Hao, Wu PengDepartment of Oil Application and Management Engineering ,Logistical Engineering University ( Chongqing, 401331, China)Abstract: This paper carries out the external and load characteristic experiments with a F6L913 diesel en-gine to investigate the effect of a newly ashless combustion supporting additive doped in diesel on the pow-er, fuel economy and exhaust gas emission. The results indicated that the engine power increased by 5.12%without any modification of the engine after the experimental fuel was added with ashless combustion sup-porting additive. The fuel consumption decreased by an average of 2.59% and 1.68% in the external andload characteristic experiment. Meanwhile CO, HC and NO, emissions decreased obviously and the soot emis-sion also decreased by an average of 12.8% and 26.5% in the external and load characteristic experiment.Keywords: Diesel engine, Ashless combustion supporting additive,Power, Economy, Emission机的广泛应用使柴油的消耗量不断增加,而国产柴引言油的品质较差,柴油机普遍存在着耗油量大、燃烧效据英国石油公司(BP)最新发布的《2035年全球率低和排放黑烟等问题!-I。在燃油中添加助燃剂可能源展望》报告指出,从2015年至2035年,全球能以起到催化助燃作用,加快燃烧速度,使燃油燃烧能源需求将增长37% ,其中石油需求将以年均0.8%的尽量完全释放,提高燃油利用率,从而降低油耗,减速度增长,预计中国将超越美国成为世界上最大的少污染物排放45。使用助燃剂不用改变发动机结构石油消费国。随着世界石油资源危机和环境污染日或增加其他设备装置,因此被认为是一种降低排放益严重,节能和减排已成为全球性的重要课题。柴油和提高经济性的中国煤化工*基金项目: 军队科研计划项目( YX2131026)。TYHCNMH G作者简介:陈然( 1987-),男,硕士研究生,主要研究方向为军用装备节油技术。通讯作者:熊云(1962-),男 ,教授,博生导师,主要研究方向为军用油品应用工程和油料节约技术。第6期陈然等:无灰助燃添 加剂对柴油机性能影响的研究39助燃剂一般可分为两类:-类是含金属或固体限公司生产);非金属氧化物的有灰型助燃剂,一类是含纯有机物5)NHA-506废气分析仪;的无灰型助燃剂781。由于无灰型助燃剂燃烧后不产6)NHT-6不透光度计(佛山南华仪器有限公司)。生灰分,不存在二次污染问题,近年来关于无灰型助1.2试验燃料与方案燃剂的研究较多。一般无灰型助燃剂主要是以含氧、试验以市售的中石化0号车用柴油为试验用含氮的羧基、醚基、酮基、氨基、硝基等官能团的脂肪油,理化指标符合GB 19147- -2013。采用自行研制族,芳香族,聚合物等取代的单- -有机物或多功能复的无灰助燃添加剂BT, BT是由有机硝酸酯A、胺类合有机物组成,主要通过其自供氧能力及能在高温化合物B、表面活性剂C按照0.85 :0.2: 1(质量比)下分解产生活性自由基,或具有清净分散、改善燃油复配而成,将其按质量分数2.4%(最优添加量)添加雾化性能,因而产生催化助燃和节能作用18-10。到0号柴油中,搅拌使混合均匀,得到燃油油样1#目前国内外学者在无灰添加剂对发动机性能影与0号柴油(记为0#)进行对比试验。试验用燃料的响方面进行了大量研究工作-1,但研究重点大多集主要理化性质见表2。中在含氧量高的醇、醚和酯类等单一成分有机化合表2试验用燃料 主要理化性质物上,这类添加剂添加量比较大,对燃料品质的改进油样编号存在局限性,对燃油的理化性能有不利影响1-14。为项目0#1#了得到综合性能比较好的无灰助燃添加剂,充分发20°C运动粘度( mm?.s-1 )4.994.25挥现有添加剂间交互作用,通过低压氧弹燃烧法筛20C密度/(g.cm23 )0.82290.8265选了多种助燃效果较好的添加剂单剂,采用均匀设20C表面张力( mN.mr' )27.8926.53计的试验方法进行了复合添加剂的配比研究,得到闭口闪点/C686最优配方( BT )和最优添加量。十六烷值52.954.6本文通过在柴油中添加该配方无灰助燃剂T/C227223.8(BT),在F6L913型柴油发动机上进行了台架试验,T。/C269.5考察了复合添加剂对柴油机动力性、经济性和排放317.5性的影响。试验方案参照GB/T 18297-2001《汽车发动机性1试验设备与方案能试验方法》,在保持柴油机技术参数不变的情况1.1试验设备下,对上述两种燃料进行发动机外特性和负荷特性试验用发动机为F6L913型(北内柴油机有限责试验。在柴油机稳定工作状态下,测量燃用不同燃料任公司生产),该机主要技术参数见表1。时功率、转速、转矩、油耗及CO HC、NO,和碳烟排放表1试验用柴油机主要技 术参数等。为保证试验结果的准确性,减小误差,每个工况参数指标点重复测量3~5次,取平均值,同时发动机更换燃料后应在怠速状态运行30 min再进行试验测试,避免发动机型式6缸、风冷.直喷.4冲程燃料更换对试验结果造成影响。试验选择代表性工缸径x行程/( mmXmm)102x125况(额定转速2200r/min)的负荷特性曲线及外特性排量/几曲线对两种燃料的动力性、经济性和排放性进行比压缩比17:1较研究。额定转速/(r*min-' )2 200标定功率/kW742试验结果及分析最大转矩转速/(r*min' )16002.1无灰 助燃剂对发动机动力性的影响试验测量设备和仪器主要有:图1给出了柴油机燃用不同燃料的外特性输出1 )Power Link普联FC2000发动机测控装置;功率对比。从图1中可以丢出在敕个转速范围内,中国煤化工2)GW250电涡流测功机;发动机燃用添MHCNMHG1#的功率均3)FC2210智能油耗仪;大于燃用0# I与增加5.12%,4)FC2010发动机测控仪(湘仪动力测试仪器有动力性得到较大改善。在中高转速工作时, BT对柴40小型内燃机与车辆技术第44卷油机动力性的提升效果更加明显,功率最大提高幅致,燃油消耗率先是有所下降后迅速上升,燃用1#度在8%左右。这主要是因为BT可以分解产生活性要比0#的耗油率平均下降2.59%。在中、高转速工自由基,促进了燃烧链式反应的进行,加快燃烧速作时,燃用1#的燃油消耗率降低幅度较大,这主要度,使燃气在缸内膨胀做功比较充分,燃油释放更多是由于在中、高转速情况下,气缸温度较高,燃油分的热量,柴油机有效燃烧热效率提高,输出功率上子雾化和蒸发比较快,燃气混合更加均匀,燃烧更加完升,有效地提升了柴油发动机的动力性。全充分,无灰助燃剂降低燃油油耗的效果更加明显。由图2b)转速2200r/min负荷特性工况可以看出,两者的曲线变化趋势基本- -致, 发动机燃油消耗二#50)率随着负荷的增加逐渐减少,燃用1#的燃油消耗率比0#有所下降,平均降低1.68%。在低、中负荷时,燃油消耗率下降比较明显,而在高负荷时两者燃油消耗率基本一致, 降幅不大。这主要是因为BT在较低温度下就能分解活性自由基,促进链式反应的进行,加快燃烧速度,可以明显改善因为燃料混合雾1000 1200 1400 1600 1 800 2000 2 200化不良而导致的发动机油耗高的现象,提高了燃油转速(rmin')经济性。在高负荷情况下,缸内燃料燃烧品质提高,图1不同RG值下IGBT的导通时间无灰助燃剂对燃油消耗率的改善作用逐渐减小。2.2无灰助燃剂对发动机经济性的影响2.3无灰助燃剂对发动机排放性的影响图2给出了柴油机燃用不同燃料的外特性和额2.3.1对CO排放的影响定转速2200r/min负荷特性工况下的燃油消耗率对图3给出了柴油机燃用不同燃料的外特性和比。从图2a)外特性曲线可以看出,在油]全开的情额定转速2200r/min负荷特性工况下的CO排放对况下,在整个转速范围内,两者的曲线变化趋势相一比。从图3a)外特性曲线可以看出,随着转速的增加,20f1.0。0#工#1.2300嘉1.营0.8280- .0.1000 1200 1400 1600 1800 2000 2 200.1000 1200 1400 1600 1 800 2000 200转速(r min~')转速(r*min)a)外特性20厂1.80-二0#:#E 440400-i 0.8只0.360霸32080-0.220 406080100120140 16018020 4(中国煤化工60 180拒矩(N.m)MYHCNMH Gb) 2200 r/min负荷特性mn贝何付士图2燃油消耗率对比图3 CO排放对比第6期陈然等:无灰助燃添 加剂对柴油机性能影响的研究41CO排放逐渐升高;与燃用0#相比,柴油机燃用1#定转速2200r/min负荷特性工况下的NO,排放对时的CO排放降低,平均下降21.3%。由图3b转速比。从图5a)外特性曲线可以看出,随着转速的增加,2200r/min负荷特性工况可以看出,在低负荷条件,NO,排放逐渐降低。与燃用0#相比,燃用1#的NO,CO排放变化不明显,在中高负荷时急剧升高;燃用排放降低,平均下降10.4%。由图5b )转速2 200 r/min1#时CO的排放量平均下降35%。这主要是因为添负荷特性工况可以看出,随着负荷增加,NO,排放先加BT燃油易于蒸发混合,促进混合气的形成和燃是急剧升高后降低。与燃用0#相比,燃用1#时的烧,使燃烧更充分,不完全燃烧的现象减少,CO排放NO,排放量平均下降6%。这可能是由于BT的加入,降低。提高了柴油十六烷值,滞燃期变短,预混燃烧量的减2.3.2对HC排放的影响少有助于NO,排放减少。图4给出了柴油机燃用不同燃料的外特性和额2200-定转速2200r/min负荷特性工况下的HC排放对+ 0#比。从图4a )外特性曲线可以看出,随着转速的增加,2000-HC排放逐渐升高。与燃用0#相比,燃用1#的HC排放大幅度降低,平均下降34.9%,且在中高转速时HC兹1800排放下降更为明显。由图4b)转速2200r/min负荷特1600-性工况可以看出,随着负荷增加,HC排放变化较为平缓。与燃用0#相比,燃用1#时HC的排放量平均下降37%。这主要是因为添加BT燃油易于蒸发混合1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200均匀,燃烧更为充分,燃烧速率加快,HC排放降低,转速/(r*min")a)外特性32280↑#1800-福1400-主20000181601000140-! 000 1200 1400 1600 1800 2000 220000-40 60 80 100 120 140 160转速/(r*min-)拒矩/(N.m)b) 2 200 r/min负荷特性220图5 NO, 排放的对比210-202.3.4对碳烟排放的影响e 190-图6给出了柴油机燃用不同燃料的外特性和额县180-定转速2200r/min负荷特性工况下的碳烟排放对虽170-比。从图6a)外特性曲线可以看出,随着转速的增加,16碳烟排放逐渐升高。在整个转速范围内,与燃用0#15相比,发动机燃用1#的碳烟排放有所降低,在低转1404060 8000 120 140 160速和高转速时,下降更为明显,平均降低12.8%。由图6b)转速2200r/min负荷特性工况可以看出,随着负荷增加,碳炯排论涿渐的加上栅田0#相比,燃用图4 HC 排放的对比中国煤化工1#时的碳烟排在中高负荷时2.3.3对NO, 排放的影响HCNMH Gn加BT燃油易对碳烟排放比以业人m中图5给出了柴油机燃用不同燃料的外特性和额于蒸发混合均匀,燃烧更为充分,碳烟排放降低。42小型内燃机与车辆技术第44卷00r平均下降6%;碳烟排放外特性试验平均下降12.8%,2 200 r/min时负荷特性试验平均下降26.5%.80二#参考文献1向红,梁正文.车用柴油机的发展前景[J].交通标准化,402006( 12):141-145?清华大学中国车用能源研究中心.中国车用能源展望2012[M].北京:科学出版社,2012楼狄明,庞然,谭丕强,等.助燃剂对公交车用柴油机性1000 1 200 1400 1600 1800 2000 2200 .能影响的研究D].车用发动机,2010(5):40-44转速/(r-min- )a)外特性4 Kittleson D B. 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A study of the performance经济性有所改善。emission and combustion characteristics of a compression3)添加了无灰助燃剂BT后,柴油机CO .HC .NO,ignition engine using methyl ester of paradise oil- eucalyp-tus oil blends[J]. Applied Energy , 2009 , 86( 5) :675- 680和碳烟的排放都有显著降低。CO排放外特性试验平14 Gong Yanfeng, Liu Shenghua, Guo Hejun, et al.A new均下降21.3% ,2 200 r/min时负荷特性试验平均下降diesel oxygenate additive and its effects on engine combus-35%;HC排放外特性试验平均下降34.9%,2 200tion and emissions[J]. Applied Thermal Engineering , 2007 ,r/min时负荷特性试验平均下降37%;NO,排放外特27( 1):202-207性试验平均下降10.4%,2200r/min时负荷特性试验(收稿8期:2015-10- -27)中国煤化工MHCNMH G

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