第44卷第6期小型內(nèi)燃機(jī)與車輛技術(shù)Vol. 44 No. 62015年12月SMALL INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND VEHICLE TECHNIQUEDec.2015無灰助燃添加劑對(duì)柴油機(jī)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(yīng)用與管理工程系重慶401331)摘要:采用F6L913柴油機(jī)對(duì)無灰助燃劑進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)外特性和負(fù)荷特性性能試驗(yàn)，研究了無灰助燃添加劑對(duì)柴油機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性的影響。結(jié)果表明,在發(fā)動(dòng)機(jī)不做任何調(diào)整的情況下燃用添加無灰助燃劑的柴油后，與燃用0#柴油相比較,發(fā)動(dòng)機(jī)功率平均升高5.12%;燃油消耗率降低，外特性和負(fù)荷特性試驗(yàn)分別平均降低2.59%、1.68%;C0、HC、NO,排放顯著降低;碳煙排放外特性和負(fù)荷特性試驗(yàn)平均分別下降12.8%、26.5%。關(guān)鍵詞:柴油機(jī)無灰助燃劑 動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性排放性中圖分類號(hào): TK421.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A文章編號(hào):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(jī)的廣泛應(yīng)用使柴油的消耗量不斷增加，而國(guó)產(chǎn)柴引言油的品質(zhì)較差,柴油機(jī)普遍存在著耗油量大、燃燒效據(jù)英國(guó)石油公司(BP)最新發(fā)布的《2035年全球率低和排放黑煙等問題!-I。在燃油中添加助燃劑可能源展望》報(bào)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(zhǎng)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(zhǎng)，預(yù)計(jì)中國(guó)將超越美國(guó)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(jī)結(jié)構(gòu)石油消費(fèi)國(guó)。隨著世界石油資源危機(jī)和環(huán)境污染日或增加其他設(shè)備裝置，因此被認(rèn)為是一種降低排放益嚴(yán)重,節(jié)能和減排已成為全球性的重要課題。柴油和提高經(jīng)濟(jì)性的中國(guó)煤化工*基金項(xiàng)目: 軍隊(duì)科研計(jì)劃項(xiàng)目( YX2131026)。TYHCNMH G作者簡(jiǎn)介:陳然( 1987-),男,碩士研究生,主要研究方向?yàn)檐娪醚b備節(jié)油技術(shù)。通訊作者:熊云(1962-),男 ,教授,博生導(dǎo)師,主要研究方向?yàn)檐娪糜推窇?yīng)用工程和油料節(jié)約技術(shù)。第6期陳然等:無灰助燃添 加劑對(duì)柴油機(jī)性能影響的研究39助燃劑一般可分為兩類:-類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，一類是含純有機(jī)物5)NHA-506廢氣分析儀;的無灰型助燃劑781。由于無灰型助燃劑燃燒后不產(chǎn)6)NHT-6不透光度計(jì)(佛山南華儀器有限公司)。生灰分,不存在二次污染問題,近年來關(guān)于無灰型助1.2試驗(yàn)燃料與方案燃劑的研究較多。一般無灰型助燃劑主要是以含氧、試驗(yàn)以市售的中石化0號(hào)車用柴油為試驗(yàn)用含氮的羧基、醚基、酮基、氨基、硝基等官能團(tuán)的脂肪油,理化指標(biāo)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(jī)物或多功能復(fù)的無灰助燃添加劑BT, BT是由有機(jī)硝酸酯A、胺類合有機(jī)物組成，主要通過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(fù)配而成,將其按質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(jié)能作用18-10。到0號(hào)柴油中,攪拌使混合均勻,得到燃油油樣1#目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者在無灰添加劑對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影與0號(hào)柴油(記為0#)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)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)見表2。中在含氧量高的醇、醚和酯類等單一成分有機(jī)化合表2試驗(yàn)用燃料 主要理化性質(zhì)物上,這類添加劑添加量比較大,對(duì)燃料品質(zhì)的改進(jìn)油樣編號(hào)存在局限性,對(duì)燃油的理化性能有不利影響1-14。為項(xiàng)目0#1#了得到綜合性能比較好的無灰助燃添加劑，充分發(fā)20°C運(yùn)動(dòng)粘度( mm?.s-1 )4.994.25揮現(xiàn)有添加劑間交互作用，通過低壓氧彈燃燒法篩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(shè)20C表面張力( mN.mr' )27.8926.53計(jì)的試驗(yàn)方法進(jìn)行了復(fù)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本文通過在柴油中添加該配方無灰助燃劑T/C227223.8(BT)，在F6L913型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn),T。/C269.5考察了復(fù)合添加劑對(duì)柴油機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放317.5性的影響。試驗(yàn)方案參照GB/T 18297-2001《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性1試驗(yàn)設(shè)備與方案能試驗(yàn)方法》，在保持柴油機(jī)技術(shù)參數(shù)不變的情況1.1試驗(yàn)設(shè)備下，對(duì)上述兩種燃料進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)外特性和負(fù)荷特性試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)為F6L913型(北內(nèi)柴油機(jī)有限責(zé)試驗(yàn)。在柴油機(jī)穩(wěn)定工作狀態(tài)下,測(cè)量燃用不同燃料任公司生產(chǎn)),該機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表1。時(shí)功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、油耗及CO HC、NO,和碳煙排放表1試驗(yàn)用柴油機(jī)主要技 術(shù)參數(shù)等。為保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性,減小誤差,每個(gè)工況參數(shù)指標(biāo)點(diǎn)重復(fù)測(cè)量3~5次,取平均值,同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)更換燃料后應(yīng)在怠速狀態(tài)運(yùn)行30 min再進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試，避免發(fā)動(dòng)機(jī)型式6缸、風(fēng)冷.直噴.4沖程燃料更換對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成影響。試驗(yàn)選擇代表性工缸徑x行程/( mmXmm)102x125況(額定轉(zhuǎn)速2200r/min)的負(fù)荷特性曲線及外特性排量/幾曲線對(duì)兩種燃料的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性進(jìn)行比壓縮比17:1較研究。額定轉(zhuǎn)速/(r*min-' )2 200標(biāo)定功率/kW742試驗(yàn)結(jié)果及分析最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速/(r*min' )16002.1無灰 助燃劑對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的影響試驗(yàn)測(cè)量設(shè)備和儀器主要有:圖1給出了柴油機(jī)燃用不同燃料的外特性輸出1 )Power Link普聯(lián)FC2000發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控裝置;功率對(duì)比。從圖1中可以丟出在敕個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，中國(guó)煤化工2)GW250電渦流測(cè)功機(jī);發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)測(cè)控儀(湘儀動(dòng)力測(cè)試儀器有動(dòng)力性得到較大改善。在中高轉(zhuǎn)速工作時(shí), BT對(duì)柴40小型內(nèi)燃機(jī)與車輛技術(shù)第44卷油機(jī)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?yàn)锽T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(zhuǎn)速工自由基，促進(jìn)了燃燒鏈?zhǔn)椒磻?yīng)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?xì)庠诟變?nèi)膨脹做功比較充分,燃油釋放更多是由于在中、高轉(zhuǎn)速情況下,氣缸溫度較高,燃油分的熱量，柴油機(jī)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?xì)饣旌细泳鶆?燃燒更加完升,有效地提升了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性。全充分，無灰助燃劑降低燃油油耗的效果更加明顯。由圖2b)轉(zhuǎn)速2200r/min負(fù)荷特性工況可以看出,兩者的曲線變化趨勢(shì)基本- -致, 發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗二#50)率隨著負(fù)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(fù)荷時(shí)，燃油消耗率下降比較明顯，而在高負(fù)荷時(shí)兩者燃油消耗率基本一致, 降幅不大。這主要是因?yàn)锽T在較低溫度下就能分解活性自由基，促進(jìn)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的進(jìn)行,加快燃燒速度,可以明顯改善因?yàn)槿剂匣旌响F1000 1200 1400 1600 1 800 2000 2 200化不良而導(dǎo)致的發(fā)動(dòng)機(jī)油耗高的現(xiàn)象，提高了燃油轉(zhuǎn)速(rmin')經(jīng)濟(jì)性。在高負(fù)荷情況下,缸內(nèi)燃料燃燒品質(zhì)提高，圖1不同RG值下IGBT的導(dǎo)通時(shí)間無灰助燃劑對(duì)燃油消耗率的改善作用逐漸減小。2.2無灰助燃劑對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性的影響2.3無灰助燃劑對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放性的影響圖2給出了柴油機(jī)燃用不同燃料的外特性和額2.3.1對(duì)CO排放的影響定轉(zhuǎn)速2200r/min負(fù)荷特性工況下的燃油消耗率對(duì)圖3給出了柴油機(jī)燃用不同燃料的外特性和比。從圖2a)外特性曲線可以看出,在油]全開的情額定轉(zhuǎn)速2200r/min負(fù)荷特性工況下的CO排放對(duì)況下,在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),兩者的曲線變化趨勢(shì)相一比。從圖3a)外特性曲線可以看出,隨著轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速(r min~')轉(zhuǎn)速(r*min)a)外特性20廠1.80-二0#:#E 440400-i 0.8只0.360霸32080-0.220 406080100120140 16018020 4(中國(guó)煤化工60 180拒矩(N.m)MYHCNMH Gb) 2200 r/min負(fù)荷特性mn貝何付士圖2燃油消耗率對(duì)比圖3 CO排放對(duì)比第6期陳然等:無灰助燃添 加劑對(duì)柴油機(jī)性能影響的研究41CO排放逐漸升高;與燃用0#相比，柴油機(jī)燃用1#定轉(zhuǎn)速2200r/min負(fù)荷特性工況下的NO,排放對(duì)時(shí)的CO排放降低,平均下降21.3%。由圖3b轉(zhuǎn)速比。從圖5a)外特性曲線可以看出,隨著轉(zhuǎn)速的增加，2200r/min負(fù)荷特性工況可以看出,在低負(fù)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(fù)荷時(shí)急劇升高;燃用排放降低,平均下降10.4%。由圖5b )轉(zhuǎn)速2 200 r/min1#時(shí)CO的排放量平均下降35%。這主要是因?yàn)樘碡?fù)荷特性工況可以看出,隨著負(fù)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(xiàn)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(yù)混燃燒量的減2.3.2對(duì)HC排放的影響少有助于NO,排放減少。圖4給出了柴油機(jī)燃用不同燃料的外特性和額2200-定轉(zhuǎn)速2200r/min負(fù)荷特性工況下的HC排放對(duì)+ 0#比。從圖4a )外特性曲線可以看出,隨著轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速時(shí)HC茲1800排放下降更為明顯。由圖4b)轉(zhuǎn)速2200r/min負(fù)荷特1600-性工況可以看出，隨著負(fù)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?yàn)樘砑覤T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(zhuǎn)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(zhuǎn)速/(r*min-)拒矩/(N.m)b) 2 200 r/min負(fù)荷特性220圖5 NO, 排放的對(duì)比210-202.3.4對(duì)碳煙排放的影響e 190-圖6給出了柴油機(jī)燃用不同燃料的外特性和額縣180-定轉(zhuǎn)速2200r/min負(fù)荷特性工況下的碳煙排放對(duì)雖170-比。從圖6a)外特性曲線可以看出,隨著轉(zhuǎn)速的增加，16碳煙排放逐漸升高。在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，與燃用0#15相比，發(fā)動(dòng)機(jī)燃用1#的碳煙排放有所降低,在低轉(zhuǎn)1404060 8000 120 140 160速和高轉(zhuǎn)速時(shí),下降更為明顯，平均降低12.8%。由圖6b)轉(zhuǎn)速2200r/min負(fù)荷特性工況可以看出,隨著負(fù)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(duì)比中國(guó)煤化工1#時(shí)的碳煙排在中高負(fù)荷時(shí)2.3.3對(duì)NO, 排放的影響HCNMH Gn加BT燃油易對(duì)碳煙排放比以業(yè)人m中圖5給出了柴油機(jī)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(nèi)燃機(jī)與車輛技術(shù)第44卷00r平均下降6%;碳煙排放外特性試驗(yàn)平均下降12.8%，2 200 r/min時(shí)負(fù)荷特性試驗(yàn)平均下降26.5%.80二#參考文獻(xiàn)1向紅,梁正文.車用柴油機(jī)的發(fā)展前景[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，402006( 12):141-145?清華大學(xué)中國(guó)車用能源研究中心.中國(guó)車用能源展望2012[M].北京:科學(xué)出版社,2012樓狄明,龐然,譚丕強(qiáng),等.助燃劑對(duì)公交車用柴油機(jī)性1000 1 200 1400 1600 1800 2000 2200 .能影響的研究D].車用發(fā)動(dòng)機(jī)，2010(5):40-44轉(zhuǎn)速/(r-min- 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K, Mahalakshmi N. V. A study of the performance經(jīng)濟(jì)性有所改善。emission and combustion characteristics of a compression3)添加了無灰助燃劑BT后,柴油機(jī)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降低。CO排放外特性試驗(yàn)平14 Gong Yanfeng, Liu Shenghua, Guo Hejun, et al.A new均下降21.3% ,2 200 r/min時(shí)負(fù)荷特性試驗(yàn)平均下降diesel oxygenate additive and its effects on engine combus-35%;HC排放外特性試驗(yàn)平均下降34.9%,2 200tion and emissions[J]. Applied Thermal Engineering , 2007 ,r/min時(shí)負(fù)荷特性試驗(yàn)平均下降37%;NO,排放外特27( 1):202-207性試驗(yàn)平均下降10.4%,2200r/min時(shí)負(fù)荷特性試驗(yàn)(收稿8期:2015-10- -27)中國(guó)煤化工MHCNMH G