曹迎春 陳明虎 祝先標(biāo)

摘 要：燃油催化再生添加劑（fuel borne catalyst，F(xiàn)BC）能夠降低DPF的再生溫度，本文采用含8ppm濃度鐵基FBC的市售國五0號柴油，對柴油機的性能、可靠性的影響進(jìn)行試驗研究。試驗結(jié)果表明：FBC對柴油機性能及可靠性沒有影響。

關(guān)鍵詞：FBC；柴油機；性能；可靠性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.020

0 引言

柴油機因為其經(jīng)濟性好、輸出扭矩大、耐用等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于重型貨車、城市大巴、工業(yè)設(shè)備等。柴油機排氣的有害成分主要有CO、HC、NOx、硫化物以及顆粒物、臭味氣體等，由于柴油機使用的混合氣平均空燃比比理論空燃比大，故其CO及HC排放明顯低于汽油機，但NOx、顆粒物及臭味氣體卻較高[1]。

目前，壁流式顆粒捕集器（DPF）是降低PM排放最有效的裝置之一，其捕集效率可達(dá)95% 以上[2，3]。但當(dāng)PM不斷在DPF中累積，發(fā)動機背壓會逐漸升高，當(dāng)背壓升高到一定值時，柴油機動力性與經(jīng)濟性開始明顯惡化，因此需要對DPF中捕集的顆粒物進(jìn)行清除，即DPF再生。再生方法有利用外部熱源再生、降低微粒活化能再生、利用發(fā)動機熱能再生等多種方法，其中缸內(nèi)后噴、利用DOC氧化特性輔助DPF再生研究較多，應(yīng)用普及[4，5]。

燃油催化再生添加劑（fuel borne catalyst，F(xiàn)BC）通過降低DPF中捕集的碳煙顆粒的活化能，使碳煙間的化學(xué)鍵更容易斷裂，在更低的溫度下實現(xiàn)DPF再生。隨著國家排放法規(guī)的升級，DPF已成為柴油車必須搭載的后處理裝置，而國內(nèi)目前就FBC對柴油機的影響研究尚不完善，因此有必要開展柴油機使用FBC對柴油機性能及可靠性影響研究，為FBC的推廣應(yīng)用提供支撐。

1 試驗設(shè)備及試驗方案

1.1 試驗設(shè)備

表1為試驗使用的測試用設(shè)備型號，表2為測試用發(fā)動機參數(shù)。

2 FBC對柴油機性能影響試驗研究

2.1 試驗方案

將發(fā)動機運轉(zhuǎn)至額定工況點，調(diào)節(jié)試驗邊界：調(diào)節(jié)排氣背壓為60kPa、中冷后溫度45℃±2℃、環(huán)境溫度25℃±2℃、燃油進(jìn)油溫度25℃±1℃，冷卻液溫度95℃±2℃，試驗邊界穩(wěn)定后方可進(jìn)行性能試驗。

首先使用市售國五0號柴油進(jìn)行額定點性能試驗。更換FBC濃度為8ppm的市售國五0號柴油進(jìn)行全速全負(fù)荷運轉(zhuǎn)1h，確保燃油管路中的不含F(xiàn)BC柴油全部用盡，然后進(jìn)行額定點性能試驗。

2.2 試驗結(jié)論

如表3所示，8ppm-FBC的柴油混合燃料與國五市售柴油相比，柴油機的動力性、經(jīng)濟性均沒有明顯差異。

動力性指標(biāo)：使用國五市售柴油和8ppm-FBC的柴油混合燃料，柴油機功率和扭矩的一致性偏差分別為0.38%和0.35%，均在一致性偏差要求的范圍內(nèi)；

經(jīng)濟性指標(biāo)：使用國五市售柴油和8ppm-FBC的柴油混合燃料，柴油機額定點油耗一致性偏差為0.16%，滿足一致性偏差的要求。

3 FBC對柴油機可靠性影響試驗研究

3.1 試驗方案

首先針對FBC對柴油機可靠性影響進(jìn)行工況設(shè)計，為能更貼切整車實際使用狀態(tài)，根據(jù)整車常用工況研究，選取常用車速對應(yīng)的發(fā)動機工況（1200r/min&50Nm、1500r/min&80Nm、2000r/min&110Nm與2400r/min&80Nm）、滿載時的大負(fù)荷工況（1500r/min&260Nm、3000r/min&195Nm）及怠速工況交替運轉(zhuǎn)，具體工況如圖1所示，每循環(huán)124min，共進(jìn)行387循環(huán)，合計800h，試驗過程中監(jiān)控發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性變化，試驗結(jié)束對發(fā)動機進(jìn)行拆解分析，評價FBC對主要零部件的影響。

3.2 試驗結(jié)論

可靠性試驗過程中，試驗過程中額定點功率、扭矩、燃油消耗量基本沒有變化，如圖2所示；試驗后發(fā)動機動力性表現(xiàn)良好，各性能參數(shù)均在評價標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，如表4所示，添加劑對發(fā)動機無負(fù)面影響。

主要部件如活塞、曲軸、連桿、活塞、軸瓦等零部件未發(fā)現(xiàn)明顯異常，如圖3、圖4所示；噴油器單體性能試驗結(jié)果顯示可靠性試驗后4支噴油器流量較試驗前衰減程度與無FBC可靠性試驗后相當(dāng)，均在2%-5%，如圖5所示。缸筒等存在相對運動的部件磨損量均在指標(biāo)范圍內(nèi)，如表5所示。

4 結(jié)論

通過系統(tǒng)試驗驗證和研究分析，F(xiàn)BC對柴油機性能及可靠性沒有影響，具體結(jié)論如下：

（1）與未添加FBC柴油相比，柴油機額定點功率、扭矩和油耗率的一致性偏差分別為0.38%、0.35%和0.16%，均在一致性偏差范圍內(nèi)，F(xiàn)BC對動力性沒有影響；

（2）經(jīng)過800h部分負(fù)荷可靠性試驗后，柴油機額定點功率、扭矩分別下降0.4%和0.9%，油耗率下降3.7%，均在5%指標(biāo)范圍內(nèi)，F(xiàn)BC對可靠性后柴油機性能沒有影響；

（3）經(jīng)過800h部分負(fù)荷可靠性試驗后，燃油噴射系統(tǒng)性能良好，噴油器流量衰減2%-5%，與無FBC可靠性后基本相當(dāng)，缸筒等存在相對運動部件磨損均在指標(biāo)范圍內(nèi)；主要部件如曲軸、連桿、活塞、軸瓦等零部件未發(fā)現(xiàn)明顯異常， FBC對可靠性后柴油機主要零部件沒有影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]李興虎.汽車環(huán)境污染與控制[M].北京：國防工業(yè)出版社，2011（04）：223-225.

[2]李路，孟忠偉，陳超等.CDPF再生性能的試驗研究[J].車用發(fā)動機，2015（06）：50-54.

[3]嵇乾，劉志強，孫平等.納米燃油添加劑對柴油機顆粒物排放特性的影響[J].車用發(fā)動機，2015（01）：65-68.

[4]劉宏威，張凱凱等.采用缸內(nèi)后噴和排氣管噴油的DOC輔助DPF再生技術(shù)的研究[J].汽車工程，2015（04）：391-395.

[5]張靖，孟忠偉等.柴油機DOC+CDPF系統(tǒng)的過濾和再生性能試驗研究[J].車用發(fā)動機，2016（04）：62-65.

作者簡介：曹迎春（1983-），男，安徽銅陵人，本科，業(yè)務(wù)經(jīng)理，從事發(fā)動機零部件檢測研究工作。