朱榮福，王云龍，王 輝，孫遠(yuǎn)濤

（黑龍江工程學(xué)院汽車與交通工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150050）

供油提前角對(duì)生物柴油發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響的實(shí)驗(yàn)研究

朱榮福，王云龍，王 輝，孫遠(yuǎn)濤

（黑龍江工程學(xué)院汽車與交通工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150050）

推遲供油是一種有效降低柴油機(jī)NOx排放的方法，研究推遲供油對(duì)生物柴油發(fā)動(dòng)機(jī)性能和NOx排放的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：推遲供油可明顯降低生物柴油發(fā)動(dòng)機(jī)NOx排放，而動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性略有降低；對(duì)于實(shí)驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)，推遲2°CA供油提前角，可在降低NOx排放的同時(shí)降低碳煙排放。

生物柴油；壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)；供油提前角；性能；排放

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)境污染和能源的可持續(xù)使用越來越引起人們關(guān)注，各種清潔燃料和替代燃料的研究成為熱點(diǎn)［1］。生物柴油是一種對(duì)環(huán)境友好的可再生綠色燃料，作為優(yōu)質(zhì)的柴油代用品，生物柴油以其優(yōu)異的排放性能指標(biāo)，且能直接應(yīng)用于現(xiàn)有的柴油機(jī)而不改變其原有的結(jié)構(gòu)和性能備受關(guān)注［2－4］?，F(xiàn)有的研究表明：在柴油機(jī)不做改動(dòng)和調(diào)整的情況下，柴油機(jī)燃用生物柴油后動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性略有下降，HC和CO排放降低，而NOx排放升高［5－9］。推遲供油是降低柴油機(jī)NOx排放最簡(jiǎn)單易行而有效的辦法［10］。本文通過調(diào)整供油提前角，研究降低生物柴油發(fā)動(dòng)機(jī)NOx的效果及其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。

1 燃料理化特性分析

表1給出了生物柴油和柴油的燃料理化特性對(duì)比。如表1所示，生物柴油是含氧燃料，燃料中的氧有利于燃料完全，進(jìn)而降低HC和CO排放；生物柴油的熱值低于柴油，發(fā)動(dòng)機(jī)燃用生物柴油會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力性下降，油耗增多，但生物柴油的密度高于柴油，因此，全負(fù)荷工況減小了生物柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性下降的幅度；生物柴油含硫量遠(yuǎn)低于柴油，是一種優(yōu)質(zhì)壓燃燃料；生物柴油的十六烷值和聲速高于柴油，會(huì)導(dǎo)致燃燒提前，燃燒溫度升高，再加上生物柴油含氧，導(dǎo)致促進(jìn)NOx排放的增加。

2 實(shí)驗(yàn)裝置及方法

實(shí)驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)為無錫4CK發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表2所示，主要測(cè)試儀器如表3所示。原機(jī)的供油提前角為上止點(diǎn)前9°CA，實(shí)驗(yàn)中把供油提前角調(diào)整為上止點(diǎn)前7°CA和上止點(diǎn)前5°CA。

表1 燃料理化特性

實(shí)驗(yàn)工況分別為1400rpm，1800rpm和2400rpm全負(fù)荷工況。實(shí)驗(yàn)方法參照《GB／T 18297-2001汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)方法》，實(shí)驗(yàn)前發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱15min以上，燃油溫度控制在298K± 5K，機(jī)油溫度368K±5K，排氣背壓低于6.7kPa時(shí)開始試驗(yàn)，每個(gè)工況測(cè)量時(shí)間不低于3min，實(shí)驗(yàn)工況之間間隔不低于5min。

表2 發(fā)動(dòng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

表3 主要測(cè)試儀器

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 推遲供油對(duì)NOx排放的影響

圖1給出了發(fā)動(dòng)機(jī)燃用生物柴油NOx排放隨供油提前角的變化。由圖1可以看出，隨著推遲供油，發(fā)動(dòng)機(jī)NOx排放相對(duì)于原機(jī)NOx排放明顯下降。當(dāng)供油提前角推遲2°CA時(shí)，1400rpm，1800rpm和2400rpm全負(fù)荷工況下的NOx排放分別下降了60.9%、28.1%、25.8%；當(dāng)供油提前角推遲4°CA時(shí)，三種轉(zhuǎn)速全負(fù)荷工況下的NOx排放分別下降了60.1%、81.2%、36.8%。這是因?yàn)橥七t供油后，燃燒推遲，降低了燃燒溫度，而燃燒溫度是促進(jìn)NOx生成的首要因素。

圖1 NOx排放隨供油提前角的變化

3.2 推遲供油對(duì)碳煙排放的影響

一般而言，柴油機(jī)NOx排放和碳煙排放存在“trade-off”關(guān)系，但生物柴油是含氧燃料，可有效降低碳煙排放。煙度排放隨供油提前角的變化如圖2所示，當(dāng)供油提前角推遲2°CA時(shí)，三種轉(zhuǎn)速全負(fù)荷工況下的排氣煙度分別下降了60.9%、43.2%、74.9%；當(dāng)供油提前角推遲4°CA時(shí)，1400rpm全負(fù)荷工況排氣煙度增大了34.1%，1800rpm全負(fù)荷工況下的排氣煙度增大了18.9%，而2300rpm全負(fù)荷煙度降低了60.2%?？紤]推遲噴油對(duì)NOx的影響，對(duì)于實(shí)驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)，推遲供油2°CA時(shí)，可同時(shí)降低NOx排放和碳煙排放。

圖2 煙度排放隨供油提前角的變化

3.3 推遲供油對(duì)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的影響

圖3～圖5分別給出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、功率和有效燃油消耗率隨供油提前角的變化規(guī)律。分析圖3和圖4可知，供油提前角推遲2°CA時(shí)，動(dòng)力性降低的幅度在2%以內(nèi)；供油提前角推遲4°CA時(shí)，動(dòng)力性最大降低幅度為7.7%。可見，隨著供油提前角的推遲，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性有所下降，但降低幅度并不大。

圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩隨供油提前角的變化

圖4 功率隨供油提前角的變化

分析圖5可知，當(dāng)供油提前角推遲2°CA時(shí)，3個(gè)轉(zhuǎn)速全負(fù)荷工況下的燃油消耗率分別增加了1.1%、2.8%、5.1%；當(dāng)供油提前角推遲4°CA時(shí)，3個(gè)轉(zhuǎn)速全負(fù)荷工況下的燃油消耗率分別增加了5.5%、7.4%、11.7%?？梢?，隨著供油提前角的推遲，發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性變差，但是變化幅度是有限的。

圖5 油耗隨供油提前角的變化

4 結(jié) 論

本文對(duì)在不同供油提前角下，生物柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的性能做了初步的對(duì)比性研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：

1）推遲供油可明顯降低生物柴油發(fā)動(dòng)機(jī)NOx排放；

2）當(dāng)供油提前角推遲2°CA時(shí)，動(dòng)力性降低幅度在2%以內(nèi)，經(jīng)濟(jì)性降低最大幅度為5.1%；

3）對(duì)于實(shí)驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)，推遲2°CA供油提前角在降低NOx排放的同時(shí)，也可降低碳煙排放。

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［責(zé)任編輯：郝麗英］

Experimental research on the effects of fuel delivery advance angle to compression-ignition engine fueled with biodiesel

ZHU Rong-fu，WANG Yun-long，WANG Hui，SUN Yuan-tao

（College of Automobile and Traffic Engineering，Heilongjiang Institute of Technology，Harbin 150050，China）

Retarding fuel delivery timing is an effective method to reduce NOxemission of compressionignition engine，and the effects of retarding fuel delivery timing on NOxemission and performance of engine fueled with biodiesel are investigated through experiments.The experimental results show that，retarding fuel delivery timing can reduce NOxemission significantly and worsen the power and fuel economy slightly，meanwhile when the fuel delivery advance angle is retarded for 2°CA，the soot emission reduced.

biodiesel；compression-ignition engine；fuel delivery advance angle；performance；emission

TK464

A

1671-4679（2015）01-0009-03

2014-11-20

黑龍江省教育廳骨干教師項(xiàng)目（1252G051）；哈爾濱市科技局科技攻關(guān)項(xiàng)目（2012DB2BG047）

朱榮福（1981－），男，講師，研究方向：車用代用燃料.