供油提前角對生物柴油發(fā)動機性能影響的實驗研究

朱榮福，王云龍，王 輝，孫遠濤

（黑龍江工程學院汽車與交通工程學院，黑龍江哈爾濱 150050）

供油提前角對生物柴油發(fā)動機性能影響的實驗研究

朱榮福，王云龍，王 輝，孫遠濤

（黑龍江工程學院汽車與交通工程學院，黑龍江哈爾濱 150050）

推遲供油是一種有效降低柴油機NOx排放的方法，研究推遲供油對生物柴油發(fā)動機性能和NOx排放的影響。實驗結(jié)果表明：推遲供油可明顯降低生物柴油發(fā)動機NOx排放，而動力性和經(jīng)濟性略有降低；對于實驗發(fā)動機，推遲2°CA供油提前角，可在降低NOx排放的同時降低碳煙排放。

生物柴油；壓燃式發(fā)動機；供油提前角；性能；排放

隨著全球經(jīng)濟的快速發(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［1］。生物柴油是一種對環(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，且能直接應用于現(xiàn)有的柴油機而不改變其原有的結(jié)構(gòu)和性能備受關(guān)注［2－4］。現(xiàn)有的研究表明：在柴油機不做改動和調(diào)整的情況下，柴油機燃用生物柴油后動力性、經(jīng)濟性略有下降，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NOx排放最簡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)動機NOx的效果及其對發(fā)動機性能的影響。

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，進而降低HC和CO排放；生物柴油的熱值低于柴油，發(fā)動機燃用生物柴油會導致動力性下降，油耗增多，但生物柴油的密度高于柴油，因此，全負荷工況減小了生物柴油發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性下降的幅度；生物柴油含硫量遠低于柴油，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，會導致燃燒提前，燃燒溫度升高，再加上生物柴油含氧，導致促進NOx排放的增加。

2 實驗裝置及方法

實驗發(fā)動機為無錫4CK發(fā)動機，發(fā)動機主要技術(shù)參數(shù)如表2所示，主要測試儀器如表3所示。原機的供油提前角為上止點前9°CA，實驗中把供油提前角調(diào)整為上止點前7°CA和上止點前5°CA。

表1 燃料理化特性

實驗工況分別為1400rpm，1800rpm和2400rpm全負荷工況。實驗方法參照《GB／T 18297-2001汽車發(fā)動機性能試驗方法》，實驗前發(fā)動機預熱15min以上，燃油溫度控制在298K± 5K，機油溫度368K±5K，排氣背壓低于6.7kPa時開始試驗，每個工況測量時間不低于3min，實驗工況之間間隔不低于5min。

表2 發(fā)動機主要技術(shù)參數(shù)

表3 主要測試儀器

3 實驗結(jié)果與分析

3.1 推遲供油對NOx排放的影響

圖1給出了發(fā)動機燃用生物柴油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)動機NOx排放相對于原機NOx排放明顯下降。當供油提前角推遲2°CA時，1400rpm，1800rpm和2400rpm全負荷工況下的NOx排放分別下降了60.9%、28.1%、25.8%；當供油提前角推遲4°CA時，三種轉(zhuǎn)速全負荷工況下的NOx排放分別下降了60.1%、81.2%、36.8%。這是因為推遲供油后，燃燒推遲，降低了燃燒溫度，而燃燒溫度是促進NOx生成的首要因素。

圖1 NOx排放隨供油提前角的變化

3.2 推遲供油對碳煙排放的影響

一般而言，柴油機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，當供油提前角推遲2°CA時，三種轉(zhuǎn)速全負荷工況下的排氣煙度分別下降了60.9%、43.2%、74.9%；當供油提前角推遲4°CA時，1400rpm全負荷工況排氣煙度增大了34.1%，1800rpm全負荷工況下的排氣煙度增大了18.9%，而2300rpm全負荷煙度降低了60.2%?？紤]推遲噴油對NOx的影響，對于實驗發(fā)動機，推遲供油2°CA時，可同時降低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 推遲供油對動力性和經(jīng)濟性的影響

圖3～圖5分別給出發(fā)動機轉(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，動力性降低的幅度在2%以內(nèi)；供油提前角推遲4°CA時，動力性最大降低幅度為7.7%?？梢?，隨著供油提前角的推遲，發(fā)動機的動力性有所下降，但降低幅度并不大。

圖3 發(fā)動機轉(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，當供油提前角推遲2°CA時，3個轉(zhuǎn)速全負荷工況下的燃油消耗率分別增加了1.1%、2.8%、5.1%；當供油提前角推遲4°CA時，3個轉(zhuǎn)速全負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)動機燃油經(jīng)濟性變差，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

本文對在不同供油提前角下，生物柴油發(fā)動機的性能做了初步的對比性研究，實驗結(jié)果表明：

1）推遲供油可明顯降低生物柴油發(fā)動機NOx排放；

2）當供油提前角推遲2°CA時，動力性降低幅度在2%以內(nèi)，經(jīng)濟性降低最大幅度為5.1%；

3）對于實驗發(fā)動機，推遲2°CA供油提前角在降低NOx排放的同時，也可降低碳煙排放。

［1］李昕光，楊榮海，吳勃生.LPG雙燃料發(fā)動機排放性能試驗及仿真［J］.黑龍江工程學院學報，2014，28（4）：28-30.

［2］湯穎，陳剛，穆淑珍.國內(nèi)外生物柴油發(fā)展現(xiàn)狀及中國的應對策略［J］.世界農(nóng)業(yè)，2010，376（7）：10-12.

［3］張紅云，徐衛(wèi)昌，馬志卿.生物柴油生產(chǎn)原料的研究進展［J］.農(nóng)機化研究，2010，32（7）：213-216.

［4］袁銀南，江清陽，孫平，等.柴油機燃用生物柴油的排放特性研究［J］.內(nèi)燃機學報，2003（6）.

［5］孫平，丁曉亮，盧強.直噴式柴油機燃用生物柴油的排放研究［J］.農(nóng)機化研究，2006（3）.

［6］朱榮福，楊兆.柴油機燃用生物柴油的排放特性實驗研究［J］.黑龍江工程學院學報：自然科學版，2008，22（1）：57-59.

［7］趙校偉，韓秀坤，朱榮福.發(fā)動機燃用生物柴油對NOx排放影響的試驗研究［J］.車用發(fā)動機，2006（12）：36-38.

［8］張珂.生物柴油混合燃料對重型柴油機燃燒及排放的影響規(guī)律［D］.吉林：吉林大學，2009.

［9］葛蘊珊，張世鷹，郝利君，等.生物柴油在柴油機中的應用研究［J］.內(nèi)燃機工程，2004，25（2）：12-14.

［10］劉巽俊.內(nèi)燃機的排放與控制［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2002.

［責任編輯：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目（1252G051）；哈爾濱市科技局科技攻關(guān)項目（2012DB2BG047）

朱榮福（1981－），男，講師，研究方向：車用代用燃料.