基于柴油預(yù)熱的發(fā)動機(jī)性能試驗研究

李心月，崔淑華*

(東北林業(yè)大學(xué) 交通學(xué)院，哈爾濱 150040)

摘要：針對低溫氣候條件下柴油發(fā)動機(jī)的使用問題，進(jìn)行了不同柴油預(yù)熱溫度的發(fā)動機(jī)選定轉(zhuǎn)速下的負(fù)荷特性試驗、全負(fù)荷速度特性試驗，并結(jié)合發(fā)動機(jī)性能試驗進(jìn)行了排氣可見污染物的不透光度試驗。試驗結(jié)果的分析表明，柴油預(yù)熱對發(fā)動機(jī)在試驗條件下的動力性、燃料經(jīng)濟(jì)性、排氣污染物濃度均有所改善；但發(fā)動機(jī)的動力性、燃料經(jīng)濟(jì)性、排氣污染物濃度的改善與對應(yīng)的柴油預(yù)熱溫度存在差別。

關(guān)鍵詞：柴油；預(yù)熱；動力性；經(jīng)濟(jì)性；排氣污染物濃度

中圖分類號：S 776；TK 423

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-005X(2015)02-0112-04

Abstract：According to the use of diesel engine on the condition of cold climate，the load characteristic test and full load speed characteristic test were conducted under selected engine speed with different diesel preheating temperature，and visible exhaust pollutant opacity test was carried out in combination with the engine performance test.The results showed that diesel preheat can improve power performance，fuel economy，and exhaust pollutant concentrations under the condition of engine tests，but the improvement of engine power，fuel economy，and exhaust pollutant concentrations could be different corresponding to different diesel preheat temperature.

Keywords：diesel；preheat；power performance；economy；exhaust pollutant concentration

收稿日期：2014-12-03

基金項目：黑龍江省交通運輸廳重點科技項目(黑龍江省道路運輸業(yè)節(jié)能減排評價方法研究)

作者簡介：第一李心月，碩士研究生。研究方向：汽車節(jié)能減排技術(shù)。

通訊作者：*崔淑華，教授。研究方向：汽車節(jié)能減排技術(shù)。

Study on Power Performance of Engine Based on Diesel Preheat

Li Xinyue，Cui Shuhua*

(Traffic College，Northeast Forestry University，Harbin 150040)

E-mail：csh1218@163.com

引文格式：李心月，崔淑華.基于柴油預(yù)熱的發(fā)動機(jī)性能試驗研究[J].森林工程，2015，31(2)：112-115.

隨著柴油發(fā)動機(jī)的廣泛應(yīng)用，與柴油發(fā)動機(jī)相關(guān)的技術(shù)研究日益增多。由于受柴油低溫流動性的影響，出現(xiàn)了寒冷地區(qū)柴油發(fā)動機(jī)冷啟動困難等問題[1-3]，因此，提高柴油發(fā)動機(jī)冷啟動性能的瞬態(tài)工況的試驗與技術(shù)研究工作在國內(nèi)外受到廣泛關(guān)注[4-5]，以柴油預(yù)熱對發(fā)動機(jī)冷啟動性能影響的研究居多[6-7]。針對穩(wěn)態(tài)工況下柴油溫度對發(fā)動機(jī)性能影響的試驗與研究較少。本文通過不同柴油預(yù)熱溫度下的發(fā)動機(jī)基本性能試驗，對穩(wěn)態(tài)工況下，不同柴油預(yù)熱溫度對發(fā)動機(jī)動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、排氣污染物濃度的影響進(jìn)行了分析。

1發(fā)動機(jī)性能對比試驗

試驗在某排量為2.771L四缸水冷增壓發(fā)動機(jī)上進(jìn)行，該發(fā)動機(jī)采用高壓共軌燃油供給系統(tǒng)，壓縮比為17；試驗用油為-35號車用柴油；試驗用柴油預(yù)熱裝置為自制恒溫水浴加熱器，其結(jié)構(gòu)組成包括水箱、加熱管、溫度傳感器和繼電器等，水箱可進(jìn)行恒溫控制。柴油加熱管為銅質(zhì)螺旋狀，置于恒溫水浴中，兩端分別與發(fā)動機(jī)高壓燃油管連接，如圖1和圖2所示。

圖1　柴油預(yù)熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖 Fig.1 Chart of diesel preheating device

試驗內(nèi)容為不同柴油預(yù)熱溫度下的發(fā)動機(jī)全負(fù)荷速度特性及負(fù)荷特性。試驗用柴油均為經(jīng)-30℃低溫儲存后，再經(jīng)柴油預(yù)熱裝置預(yù)熱。試驗過程中，柴油預(yù)熱裝置恒溫水浴的溫度分別控制在50、60、70、80及90℃，溫差為±2℃；試驗燃油溫度為發(fā)動機(jī)高壓油管末端即噴油器入口燃油溫度的實測值。發(fā)動機(jī)全負(fù)荷速度特性試驗的轉(zhuǎn)速區(qū)間設(shè)定為900～3 000 r/min，采樣間隔為300 r/min，采集數(shù)據(jù)為發(fā)動機(jī)輸出的功率、轉(zhuǎn)矩、燃油消耗量、燃油消耗率等。發(fā)動機(jī)的負(fù)荷特性試驗的轉(zhuǎn)速為2 400 r/min，設(shè)定的負(fù)荷區(qū)間為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩為20～160 N·m，采樣間隔為20 N·m，采集數(shù)據(jù)為發(fā)動機(jī)輸出的功率、轉(zhuǎn)矩、燃油消耗量、燃油消耗率等，同時測量不同負(fù)荷工況的排氣可見污染物的不透光度。

圖2　試驗裝置示意圖 Fig.2 Chart of test device

2發(fā)動機(jī)全負(fù)荷速度特性試驗結(jié)果及分析

由圖3可以看出，柴油預(yù)熱溫度為50℃左右時，發(fā)動機(jī)輸出功率整體呈現(xiàn)出略高趨勢，在發(fā)動機(jī)處于中低轉(zhuǎn)速工況時功率增加更為明顯。柴油預(yù)熱溫度為50℃時的發(fā)動機(jī)輸出功率與其他柴油預(yù)熱溫度下的發(fā)動機(jī)輸出功率的對比結(jié)果見表1。

表1　柴油預(yù)熱溫度50℃時發(fā)動機(jī)功率最大變化 Tab.1 Maximum change of engine power with diesel preheating temperature of 50 ℃

發(fā)動機(jī)的輸出功率隨著柴油溫度的升高呈現(xiàn)先增長后下降的趨勢，這與柴油物理性能隨溫度的變化有一定相關(guān)性，如柴油的蒸發(fā)性會隨溫度的升高變好，但密度會隨著溫度升高而變小。柴油溫度低，霧化不好，影響混合氣形成質(zhì)量和燃燒效果，使發(fā)動機(jī)輸出功率略有下降[8]。而燃油的溫度和密度不是決定發(fā)動機(jī)噴油量的參數(shù)[9]，即發(fā)動機(jī)的噴油壓力、噴油步長保持正常，噴射柴油的體積不變，溫度升高時，燃油密度減小，混合氣濃度偏稀，因而也會影響發(fā)動機(jī)的輸出功率。

3發(fā)動機(jī)負(fù)荷特性試驗結(jié)果及分析

由圖4和圖5可以看出，在發(fā)動機(jī)試驗轉(zhuǎn)速下，在負(fù)荷范圍內(nèi)，隨著柴油預(yù)熱溫度的升高，發(fā)動機(jī)的燃料消耗量和燃料消耗率總體呈下降趨勢，且在低負(fù)荷時較為明顯；柴油預(yù)熱后，燃料消耗量和燃料消耗率均比柴油溫度為20℃時的有所降低；柴油預(yù)熱溫度為70℃左右時，發(fā)動機(jī)的燃料消耗量和燃料消耗率在多數(shù)負(fù)荷下略低于其他柴油預(yù)熱溫度。

圖3　不同柴油溫度的發(fā)動機(jī)全負(fù)荷速度特性試驗結(jié)果 Fig.3 Results of engine full load speed characteristics test with different diesel temperatures

圖4　發(fā)動機(jī)負(fù)荷特性燃油消耗量試驗結(jié)果 Fig.4 Results of fuel consumption test of engine load characteristics

柴油預(yù)熱溫度為70℃時發(fā)動機(jī)燃料消耗量和燃料消耗率與其他柴油預(yù)熱溫度下的發(fā)動機(jī)燃料消耗量和燃料消耗率對比結(jié)果見表2。

表2　柴油預(yù)熱溫度70℃時發(fā)動機(jī)燃料消耗率最大變化 Tab.2 Maximum change of fuel consumption rate with diesel preheating temperature of 70 ℃

圖5　發(fā)動機(jī)負(fù)荷特性燃料消耗率試驗結(jié)果 Fig.5 Results of fuel consumption rate test of engine load characteristics

燃油溫度升高使得燃油的密度降低，噴油器孔內(nèi)流動的空穴程度增大[10]，即相同體積的噴油量折算的燃油質(zhì)量減少，但由于燃油溫度的升高，使其蒸發(fā)性和霧化性變好，燃料燃燒完全，相同轉(zhuǎn)速的負(fù)荷變化不大，所以發(fā)動機(jī)的燃料消耗率有所降低。當(dāng)燃油預(yù)熱溫度繼續(xù)增加時，由于受柴油密度與溫度關(guān)系的影響，會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)的混合氣濃度過稀，動力性下降，發(fā)動機(jī)自動調(diào)節(jié)增加供油量，使相同負(fù)荷下的燃料消耗量增加[11]。

4發(fā)動機(jī)排氣污染物濃度試驗結(jié)果及分析

結(jié)合發(fā)動機(jī)負(fù)荷特性試驗，進(jìn)行了不同負(fù)荷下發(fā)動機(jī)排氣污染物不透光度試驗，試驗結(jié)果如圖6。

由圖6可知，隨著柴油預(yù)熱溫度的升高，發(fā)動機(jī)排氣污染物的不透光度在負(fù)荷變化范圍內(nèi)基本呈現(xiàn)下降趨勢，表明燃油溫度的升高，可以在一定程度上減少發(fā)動機(jī)污染物的生成與排放[12]。溫度升高使燃油的蒸發(fā)性和霧化性變好，這是混合氣質(zhì)量提高和發(fā)動機(jī)燃燒完全的主要原因，因此，發(fā)動機(jī)排放污染物含量有所減少。但是，柴油預(yù)熱溫度過高時，由于受柴油密度與溫度關(guān)系的影響，會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)的混合氣濃度過稀，反而會使發(fā)動機(jī)排氣污染物的濃度的升高。

圖6　發(fā)動機(jī)排氣污染物濃度試驗結(jié)果 Fig.6 Results of engine exhaust pollutant concentration test

5結(jié)論

基于本文對不同柴油預(yù)熱溫度對發(fā)動機(jī)基本性能影響的試驗結(jié)果與分析，表明柴油預(yù)熱后，發(fā)動機(jī)在試驗條件下的動力性、燃料經(jīng)濟(jì)性、排氣污染物濃度均有所改善；但發(fā)動機(jī)的動力性、燃料經(jīng)濟(jì)性、排氣污染物濃度的改善與柴油預(yù)熱溫度的關(guān)聯(lián)性及其規(guī)律存在差別；理想的柴油預(yù)熱溫度范圍還需在理論分析的基礎(chǔ)上，通過大量試驗與影響因素分析綜合確定。

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[責(zé)任編輯：李洋]