基于燃燒室外預(yù)熱的柴油發(fā)動機性能分析

楊榮海，李心月，李少巖，魏太奎，吳 西，韓慧珉

(1.東北林業(yè)大學(xué)交通學(xué)院;哈爾濱150040;2.四川省自貢市交警支隊檢測站四川自貢643000)

能源匱乏和環(huán)境污染已成為當(dāng)今世界各國所面臨的兩大難題，柴油機憑借高熱效率和高可靠性得到了越來越廣泛的應(yīng)用，專家學(xué)者們不斷在柴油機燃燒領(lǐng)域內(nèi)尋求節(jié)能減排的辦法，一方面集中在發(fā)動機結(jié)構(gòu)上，例如高壓共軌技術(shù)和增壓器等［1－3］，另一方面致力于代用燃料的制備上，例如生物柴油、乙醇柴油和乳化柴油等等［4－11］。柴油機的工作取決于內(nèi)部結(jié)構(gòu)和燃油霧化效果，通過在燃燒室外預(yù)熱燃油的方式使柴油的粘度降低，能夠有效提高其霧化質(zhì)量和噴射距離，達(dá)到改善發(fā)動機性能的目的［12］。本文主要探討燃燒室外預(yù)熱對柴油發(fā)動機性能的影響，將燃油預(yù)熱至40℃、50℃、60℃、70℃、80℃和90℃，分別進(jìn)行柴油機的負(fù)荷特性實驗、速度特性實驗和排氣煙度實驗，并對實驗結(jié)果進(jìn)行對比分析。

1 實驗方法

將自制的電控恒溫燃油預(yù)熱裝置安裝在實驗發(fā)動機的供油系統(tǒng)上，燃油在燃燒室外預(yù)熱條件下供給發(fā)動機，將燃油預(yù)熱至 40℃、50℃、60℃、70℃、80℃和90℃，分別進(jìn)行柴油機的負(fù)荷特性實驗、速度特性實驗和排氣煙度實驗，通過發(fā)動機測控系統(tǒng)控制發(fā)動機的工作狀態(tài)并記錄實驗數(shù)據(jù)，預(yù)熱裝置的溫度誤差為±2℃，主要實驗設(shè)備及型號見表1所示。

表1 主要實驗設(shè)備及型號Tab.1 Main experimental equipment and type

2 實驗結(jié)果

2.1 燃燒室外預(yù)熱條件下的柴油機負(fù)荷特性

燃燒室外預(yù)熱條件下的柴油機負(fù)荷特性實驗結(jié)果見表2和圖1所示。根據(jù)表2的實驗數(shù)據(jù)和圖1的負(fù)荷特性曲線可知，在保持輸出功率一致的條件下，隨著預(yù)熱溫度的逐漸升高，平均燃油消耗量呈現(xiàn)出先降低再增加的趨勢。與預(yù)熱40℃時的平均燃油消耗量相比，預(yù)熱50℃時降低了3.8%，預(yù)熱60℃時降低了7.6%，預(yù)熱70℃時降低了2.2%，預(yù)熱80℃時降低了1.6%，預(yù)熱90℃時降低了3.6%，因此預(yù)熱60℃時最省油。

表2 燃燒室外預(yù)熱條件下的柴油機負(fù)荷特性實驗結(jié)果Tab.2 Experiment results of diesel engine load test preheated outside of the combustion chamber

圖1 燃燒室外預(yù)熱條件下的柴油機負(fù)荷特性曲線Fig.1 Curves of diesel engine load characteristics experiment preheated outside of the combustion chamber

2.2 燃燒室外預(yù)熱條件下的柴油機速度特性

燃燒室外預(yù)熱條件下75%負(fù)荷的柴油機速度特性實驗結(jié)果見表3和圖2。根據(jù)表3的實驗數(shù)據(jù)和圖2的速度特性曲線可知，隨著預(yù)熱溫度的逐漸升高，平均燃油消耗量呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，與預(yù)熱40℃時的平均燃油消耗量相比，預(yù)熱50℃時降低了3.4%，預(yù)熱60℃時降低了6.0%，預(yù)熱70℃時降低了1.1%，預(yù)熱80℃時降低了1.2%，預(yù)熱90℃時降低了1.2%，因此預(yù)熱60℃時柴油發(fā)動機的經(jīng)濟性最佳。隨著預(yù)熱溫度的不斷升高，輸出功率呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢，與預(yù)熱40℃時的輸出功率相比，預(yù)熱50℃時增加了1.7%，預(yù)熱60℃時增加了4.3%，預(yù)熱70℃時增加了8.6%，預(yù)熱80℃時增加了9.4%，預(yù)熱90℃時增加了9.9%，因此預(yù)熱90℃時柴油機的動力性最優(yōu)。

圖2 燃燒室外預(yù)熱條件下75%負(fù)荷的柴油機速度特性曲線Fig.2 Curves of diesel engine speed characteristics with 75%load preheated outside of the combustion chamber

表3 燃燒室外預(yù)熱條件下的柴油機速度特性實驗結(jié)果Tab.3 Experiment result of diesel engine speed characteristics preheated outside of the combustion chamber

2.3 燃燒室外預(yù)熱條件下的排氣煙度

燃燒室外預(yù)熱條件下的排氣煙度實驗結(jié)果參見表4和圖3。根據(jù)表4的實驗數(shù)據(jù)和圖3的排氣煙度曲線可知，預(yù)熱80℃時排氣煙度最低，因此預(yù)熱80℃時柴油機的排放性最優(yōu)。

表4 燃燒室外預(yù)熱條件下的排氣煙度實驗結(jié)果(煙度數(shù)值/RB)Tab.4 Experiment result of exhaust smoke preheated outside of the combustion chamber

圖3 燃燒室外預(yù)熱條件下的排氣煙度曲線Fig.3 Curves of exhaust smoke preheated outside of the combustion chamber

3 結(jié)論

實驗結(jié)果表明，將燃油預(yù)熱至60℃時柴油機的經(jīng)濟性最優(yōu)，預(yù)熱至90℃時柴油機的動力性最優(yōu)，預(yù)熱至80℃時柴油機的排放性最優(yōu)，因此能夠改善柴油機工作性能的最佳預(yù)熱溫度范圍為60℃至90℃。

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