無(wú)灰助燃添加劑對柴油機性能影響的研究

第44卷第6期小型內燃機與車(chē)輛技術(shù)Vol. 44 No. 62015年12月SMALL INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND VEHICLE TECHNIQUEDec.2015無(wú)灰助燃添加劑對柴油機性能影響的研究陳然熊云楊浩吳芃(后勤工程學(xué)院軍事油料應用與管理工程系重慶401331)摘要:采用F6L913柴油機對無(wú)灰助燃劑進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機外特性和負荷特性性能試驗，研究了無(wú)灰助燃添加劑對柴油機動(dòng)力性、經(jīng)濟性和排放性的影響。結果表明,在發(fā)動(dòng)機不做任何調整的情況下燃用添加無(wú)灰助燃劑的柴油后，與燃用0#柴油相比較,發(fā)動(dòng)機功率平均升高5.12%;燃油消耗率降低，外特性和負荷特性試驗分別平均降低2.59%、1.68%;C0、HC、NO,排放顯著(zhù)降低;碳煙排放外特性和負荷特性試驗平均分別下降12.8%、26.5%。關(guān)鍵詞:柴油機無(wú)灰助燃劑 動(dòng)力性經(jīng)濟性排放性中圖分類(lèi)號: TK421.5文獻標識碼: A文章編號: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機的廣泛應用使柴油的消耗量不斷增加，而國產(chǎn)柴引言油的品質(zhì)較差,柴油機普遍存在著(zhù)耗油量大、燃燒效據英國石油公司(BP)最新發(fā)布的《2035年全球率低和排放黑煙等問(wèn)題!-I。在燃油中添加助燃劑可能源展望》報告指出，從2015年至2035年，全球能以起到催化助燃作用,加快燃燒速度,使燃油燃燒能源需求將增長(cháng)37% ,其中石油需求將以年均0.8%的盡量完全釋放,提高燃油利用率,從而降低油耗,減速度增長(cháng)，預計中國將超越美國成為世界上最大的少污染物排放45。使用助燃劑不用改變發(fā)動(dòng)機結構石油消費國。隨著(zhù)世界石油資源危機和環(huán)境污染日或增加其他設備裝置，因此被認為是一種降低排放益嚴重,節能和減排已成為全球性的重要課題。柴油和提高經(jīng)濟性的中國煤化工*基金項目: 軍隊科研計劃項目( YX2131026)。TYHCNMH G作者簡(jiǎn)介:陳然( 1987-),男,碩士研究生,主要研究方向為軍用裝備節油技術(shù)。通訊作者:熊云(1962-),男 ,教授,博生導師,主要研究方向為軍用油品應用工程和油料節約技術(shù)。第6期陳然等:無(wú)灰助燃添 加劑對柴油機性能影響的研究39助燃劑一般可分為兩類(lèi):-類(lèi)是含金屬或固體限公司生產(chǎn));非金屬氧化物的有灰型助燃劑，一類(lèi)是含純有機物5)NHA-506廢氣分析儀;的無(wú)灰型助燃劑781。由于無(wú)灰型助燃劑燃燒后不產(chǎn)6)NHT-6不透光度計(佛山南華儀器有限公司)。生灰分,不存在二次污染問(wèn)題,近年來(lái)關(guān)于無(wú)灰型助1.2試驗燃料與方案燃劑的研究較多。一般無(wú)灰型助燃劑主要是以含氧、試驗以市售的中石化0號車(chē)用柴油為試驗用含氮的羧基、醚基、酮基、氨基、硝基等官能團的脂肪油,理化指標符合GB 19147- -2013。采用自行研制族,芳香族，聚合物等取代的單- -有機物或多功能復的無(wú)灰助燃添加劑BT, BT是由有機硝酸酯A、胺類(lèi)合有機物組成，主要通過(guò)其自供氧能力及能在高溫化合物B、表面活性劑C按照0.85 :0.2: 1(質(zhì)量比)下分解產(chǎn)生活性自由基,或具有清凈分散、改善燃油復配而成,將其按質(zhì)量分數2.4%(最優(yōu)添加量)添加霧化性能,因而產(chǎn)生催化助燃和節能作用18-10。到0號柴油中,攪拌使混合均勻,得到燃油油樣1#目前國內外學(xué)者在無(wú)灰添加劑對發(fā)動(dòng)機性能影與0號柴油(記為0#)進(jìn)行對比試驗。試驗用燃料的響方面進(jìn)行了大量研究工作-1,但研究重點(diǎn)大多集主要理化性質(zhì)見(jiàn)表2。中在含氧量高的醇、醚和酯類(lèi)等單一成分有機化合表2試驗用燃料 主要理化性質(zhì)物上,這類(lèi)添加劑添加量比較大,對燃料品質(zhì)的改進(jìn)油樣編號存在局限性,對燃油的理化性能有不利影響1-14。為項目0#1#了得到綜合性能比較好的無(wú)灰助燃添加劑，充分發(fā)20°C運動(dòng)粘度( mm?.s-1 )4.994.25揮現有添加劑間交互作用，通過(guò)低壓氧彈燃燒法篩20C密度/(g.cm23 )0.82290.8265選了多種助燃效果較好的添加劑單劑，采用均勻設20C表面張力( mN.mr' )27.8926.53計的試驗方法進(jìn)行了復合添加劑的配比研究，得到閉口閃點(diǎn)/C686最優(yōu)配方( BT )和最優(yōu)添加量。十六烷值52.954.6本文通過(guò)在柴油中添加該配方無(wú)灰助燃劑T/C227223.8(BT)，在F6L913型柴油發(fā)動(dòng)機上進(jìn)行了臺架試驗,T。/C269.5考察了復合添加劑對柴油機動(dòng)力性、經(jīng)濟性和排放317.5性的影響。試驗方案參照GB/T 18297-2001《汽車(chē)發(fā)動(dòng)機性1試驗設備與方案能試驗方法》，在保持柴油機技術(shù)參數不變的情況1.1試驗設備下，對上述兩種燃料進(jìn)行發(fā)動(dòng)機外特性和負荷特性試驗用發(fā)動(dòng)機為F6L913型(北內柴油機有限責試驗。在柴油機穩定工作狀態(tài)下,測量燃用不同燃料任公司生產(chǎn)),該機主要技術(shù)參數見(jiàn)表1。時(shí)功率、轉速、轉矩、油耗及CO HC、NO,和碳煙排放表1試驗用柴油機主要技 術(shù)參數等。為保證試驗結果的準確性,減小誤差,每個(gè)工況參數指標點(diǎn)重復測量3~5次,取平均值,同時(shí)發(fā)動(dòng)機更換燃料后應在怠速狀態(tài)運行30 min再進(jìn)行試驗測試，避免發(fā)動(dòng)機型式6缸、風(fēng)冷.直噴.4沖程燃料更換對試驗結果造成影響。試驗選擇代表性工缸徑x行程/( mmXmm)102x125況(額定轉速2200r/min)的負荷特性曲線(xiàn)及外特性排量/幾曲線(xiàn)對兩種燃料的動(dòng)力性、經(jīng)濟性和排放性進(jìn)行比壓縮比17:1較研究。額定轉速/(r*min-' )2 200標定功率/kW742試驗結果及分析最大轉矩轉速/(r*min' )16002.1無(wú)灰 助燃劑對發(fā)動(dòng)機動(dòng)力性的影響試驗測量設備和儀器主要有:圖1給出了柴油機燃用不同燃料的外特性輸出1 )Power Link普聯(lián)FC2000發(fā)動(dòng)機測控裝置;功率對比。從圖1中可以丟出在敕個(gè)轉速范圍內，中國煤化工2)GW250電渦流測功機;發(fā)動(dòng)機燃用添MHCNMHG1#的功率均3)FC2210智能油耗儀;大于燃用0# I與增加5.12%，4)FC2010發(fā)動(dòng)機測控儀(湘儀動(dòng)力測試儀器有動(dòng)力性得到較大改善。在中高轉速工作時(shí), BT對柴40小型內燃機與車(chē)輛技術(shù)第44卷油機動(dòng)力性的提升效果更加明顯，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。這主要是因為BT可以分解產(chǎn)生活性要比0#的耗油率平均下降2.59%。在中、高轉速工自由基，促進(jìn)了燃燒鏈式反應的進(jìn)行，加快燃燒速作時(shí),燃用1#的燃油消耗率降低幅度較大,這主要度,使燃氣在缸內膨脹做功比較充分,燃油釋放更多是由于在中、高轉速情況下,氣缸溫度較高,燃油分的熱量，柴油機有效燃燒熱效率提高，輸出功率上子霧化和蒸發(fā)比較快,燃氣混合更加均勻,燃燒更加完升,有效地提升了柴油發(fā)動(dòng)機的動(dòng)力性。全充分，無(wú)灰助燃劑降低燃油油耗的效果更加明顯。由圖2b)轉速2200r/min負荷特性工況可以看出,兩者的曲線(xiàn)變化趨勢基本- -致, 發(fā)動(dòng)機燃油消耗二#50)率隨著(zhù)負荷的增加逐漸減少,燃用1#的燃油消耗率比0#有所下降,平均降低1.68%。在低、中負荷時(shí)，燃油消耗率下降比較明顯，而在高負荷時(shí)兩者燃油消耗率基本一致, 降幅不大。這主要是因為BT在較低溫度下就能分解活性自由基，促進(jìn)鏈式反應的進(jìn)行,加快燃燒速度,可以明顯改善因為燃料混合霧1000 1200 1400 1600 1 800 2000 2 200化不良而導致的發(fā)動(dòng)機油耗高的現象，提高了燃油轉速(rmin')經(jīng)濟性。在高負荷情況下,缸內燃料燃燒品質(zhì)提高，圖1不同RG值下IGBT的導通時(shí)間無(wú)灰助燃劑對燃油消耗率的改善作用逐漸減小。2.2無(wú)灰助燃劑對發(fā)動(dòng)機經(jīng)濟性的影響2.3無(wú)灰助燃劑對發(fā)動(dòng)機排放性的影響圖2給出了柴油機燃用不同燃料的外特性和額2.3.1對CO排放的影響定轉速2200r/min負荷特性工況下的燃油消耗率對圖3給出了柴油機燃用不同燃料的外特性和比。從圖2a)外特性曲線(xiàn)可以看出,在油]全開(kāi)的情額定轉速2200r/min負荷特性工況下的CO排放對況下,在整個(gè)轉速范圍內,兩者的曲線(xiàn)變化趨勢相一比。從圖3a)外特性曲線(xiàn)可以看出,隨著(zhù)轉速的增加，20f1.0。0#工#1.2300嘉1.營(yíng)0.8280- .0.1000 1200 1400 1600 1800 2000 2 200.1000 1200 1400 1600 1 800 2000 200轉速(r min~')轉速(r*min)a)外特性20廠(chǎng)1.80-二0#:#E 440400-i 0.8只0.360霸32080-0.220 406080100120140 16018020 4(中國煤化工60 180拒矩(N.m)MYHCNMH Gb) 2200 r/min負荷特性mn貝何付士圖2燃油消耗率對比圖3 CO排放對比第6期陳然等:無(wú)灰助燃添 加劑對柴油機性能影響的研究41CO排放逐漸升高;與燃用0#相比，柴油機燃用1#定轉速2200r/min負荷特性工況下的NO,排放對時(shí)的CO排放降低,平均下降21.3%。由圖3b轉速比。從圖5a)外特性曲線(xiàn)可以看出,隨著(zhù)轉速的增加，2200r/min負荷特性工況可以看出,在低負荷條件，NO,排放逐漸降低。與燃用0#相比,燃用1#的NO,CO排放變化不明顯,在中高負荷時(shí)急劇升高;燃用排放降低,平均下降10.4%。由圖5b )轉速2 200 r/min1#時(shí)CO的排放量平均下降35%。這主要是因為添負荷特性工況可以看出,隨著(zhù)負荷增加,NO,排放先加BT燃油易于蒸發(fā)混合，促進(jìn)混合氣的形成和燃是急劇升高后降低。與燃用0#相比，燃用1#時(shí)的燒,使燃燒更充分,不完全燃燒的現象減少,CO排放NO,排放量平均下降6%。這可能是由于BT的加入，降低。提高了柴油十六烷值,滯燃期變短,預混燃燒量的減2.3.2對HC排放的影響少有助于NO,排放減少。圖4給出了柴油機燃用不同燃料的外特性和額2200-定轉速2200r/min負荷特性工況下的HC排放對+ 0#比。從圖4a )外特性曲線(xiàn)可以看出,隨著(zhù)轉速的增加，2000-HC排放逐漸升高。與燃用0#相比，燃用1#的HC排放大幅度降低,平均下降34.9%,且在中高轉速時(shí)HC茲1800排放下降更為明顯。由圖4b)轉速2200r/min負荷特1600-性工況可以看出，隨著(zhù)負荷增加,HC排放變化較為平緩。與燃用0#相比,燃用1#時(shí)HC的排放量平均下降37%。這主要是因為添加BT燃油易于蒸發(fā)混合1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200均勻,燃燒更為充分,燃燒速率加快,HC排放降低,轉速/(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轉速/(r*min-)拒矩/(N.m)b) 2 200 r/min負荷特性220圖5 NO, 排放的對比210-202.3.4對碳煙排放的影響e 190-圖6給出了柴油機燃用不同燃料的外特性和額縣180-定轉速2200r/min負荷特性工況下的碳煙排放對雖170-比。從圖6a)外特性曲線(xiàn)可以看出,隨著(zhù)轉速的增加，16碳煙排放逐漸升高。在整個(gè)轉速范圍內，與燃用0#15相比，發(fā)動(dòng)機燃用1#的碳煙排放有所降低,在低轉1404060 8000 120 140 160速和高轉速時(shí),下降更為明顯，平均降低12.8%。由圖6b)轉速2200r/min負荷特性工況可以看出,隨著(zhù)負荷增加,碳炯排論涿漸的加上柵田0#相比,燃用圖4 HC 排放的對比中國煤化工1#時(shí)的碳煙排在中高負荷時(shí)2.3.3對NO, 排放的影響HCNMH Gn加BT燃油易對碳煙排放比以業(yè)人m中圖5給出了柴油機燃用不同燃料的外特性和額于蒸發(fā)混合均勻,燃燒更為充分,碳煙排放降低。42小型內燃機與車(chē)輛技術(shù)第44卷00r平均下降6%;碳煙排放外特性試驗平均下降12.8%，2 200 r/min時(shí)負荷特性試驗平均下降26.5%.80二#參考文獻1向紅,梁正文.車(chē)用柴油機的發(fā)展前景[J].交通標準化，402006( 12):141-145?清華大學(xué)中國車(chē)用能源研究中心.中國車(chē)用能源展望2012[M].北京:科學(xué)出版社,2012樓狄明,龐然,譚丕強,等.助燃劑對公交車(chē)用柴油機性1000 1 200 1400 1600 1800 2000 2200 .能影響的研究D].車(chē)用發(fā)動(dòng)機，2010(5):40-44轉速/(r-min- )a)外特性4 Kittleson D B. 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A study of the performance經(jīng)濟性有所改善。emission and combustion characteristics of a compression3)添加了無(wú)灰助燃劑BT后,柴油機CO .HC .NO,ignition engine using methyl ester of paradise oil- eucalyp-tus oil blends[J]. Applied Energy , 2009 , 86( 5) :675- 680和碳煙的排放都有顯著(zhù)降低。CO排放外特性試驗平14 Gong Yanfeng, Liu Shenghua, Guo Hejun, et al.A new均下降21.3% ,2 200 r/min時(shí)負荷特性試驗平均下降diesel oxygenate additive and its effects on engine combus-35%;HC排放外特性試驗平均下降34.9%,2 200tion and emissions[J]. Applied Thermal Engineering , 2007 ,r/min時(shí)負荷特性試驗平均下降37%;NO,排放外特27( 1):202-207性試驗平均下降10.4%,2200r/min時(shí)負荷特性試驗(收稿8期:2015-10- -27)中國煤化工MHCNMH G