生物催化剂对柴油发动机经济性影响研究蒋超宇1，王 俊2，周 明1，杨学平1 (1.云南机电职业技术学院 汽车技术工程系，云南 昆明 650203；2.昆明理工大学，云南 昆明 650500) 摘 要：通过将一种生物质催化剂加入昆明市通用的0#柴油中进行柴油发动机台架试验，对比加入催化剂后柴油发动机和原柴油机的燃油经济性，为后期催化剂的发展及研究做出相应贡献。试验结果表明，在现有昆明市典型环境中，柴油发动机在外特性及低、中、高转速的各负荷特性下，加入催化剂后的各工况燃油消耗均有一定改善，在外特性工况下低转速低负荷工况下表现最为突出，最高节油率可达12.1%，高转速催化剂节油率影响不明显。 关键词：柴油；生物催化剂；试验；燃油消耗率；经济性 随着人类社会发展日益加速，对能源的需求也大幅提高，目前中国车用燃料约占燃油总消耗量的55%[1-3]。为了提高矿物燃料的性能，大量催化剂研究应运而生，但多数催化剂自身有剧毒，容易对环境造成污染；因此，寻找一种既无毒且环保，又能高效提升燃烧效率的催化剂刻不容缓。 生物催化剂作为一种可再生能源，具有无污染的特性，受到了广泛的重视[4-7]。本文通过将一种生物催化剂加入昆明市通用的0#柴油中进行柴油发动机的台架试验研究，以期为今后催化剂的发展及研究作出一定贡献。 1 试验系统组成试验采用一台高压共轨直列六缸柴油发动机，冷却方式为水冷，压缩比为18。 台架试验系统主要由3大部分组成：数据采集系统、发动机测功机控制系统和燃油供给系统。数据采集系统包括H型黏性层流空气流量计；发动机测功机控制系统采用奕科WE系列测功机；燃油供给系统由外接设备配置后进入油箱。 在试验的整个过程中，主要采集发动机在加入催化剂后各个工作循环中的燃油经济性。外特性选定转速为1 000 r/min至额定转速点，每间隔400 r/min进行试验；负荷特性选定1 200、2 200和3 200 r/min这3个转速作为试验点，包括了低、中、高等3个区域，针对各转速下的25%、50%、75%、85%、90%、95%和100%负荷点进行试验。 2 试验结果2.1 外特性情况下催化剂对比油耗的影响 纯柴油和加入了催化剂之后的比油耗对比情况如图1所示。  图1 外特性下纯柴油与加催化剂后的比油耗对比图 由图1可知，该催化剂在发动机外特性下的作用非常明显，对比纯柴油的燃油消耗率，2种情况的燃油消耗率变化曲线趋势基本相同，加入了催化剂之后的燃油消耗有了明显下降，特别是在1 000 r/min工况下时，比油耗下降最为明显，最大节油率达到了5.9%，消耗下降较为平缓的转速为3 600 r/min，节油率也有2.1%，证明催化剂对改善发动机的燃油消耗率有明显作用。 2.2 低转速(1 200 r/min)负荷特性催化剂对比油耗的影响 低转速(1 200 r/min)负荷特性纯柴油和加入了催化剂之后的比油耗对比情况如图2所示。  图2 低转速(1 200 r/min)负荷特性纯柴油与加催化剂后的比油耗对比图 由图2可知，在低转速下催化剂对发动机燃油消耗率的影响较大，节油率在各个负荷点均体现明显，分别达到12.1%、10.3%、8.6%、9.3%、8.1%、6.4%和5.2%，在低转速低负荷时表现最为突出。这种催化剂可以克服柴油发动机在低转速各个负荷下油耗过高的缺点，而且2种情况下的比油耗变化曲线基本相同，发动机工作较为稳定，加入催化剂不会给发动机动力性造成负面影响。 2.3 中转速(2 200 r/min)负荷特性催化剂对比油耗的影响 中转速(2 200 r/min)负荷特性纯柴油和加入了催化剂之后的比油耗对比情况如图3所示。  图3 中转速(2 200 r/min)负荷特性纯柴油与加催化剂后的比油耗对比图 由图3可知，在中转速低负荷工况下，催化剂对发动机燃油消耗率影响较大，最大节油率达到8.6%；随着负荷的增加，当负荷>75%之后，节油效果会有一定下降，但总体均保持在约为4%，在85%负荷时为最小节油率，只有1.1%。与低负荷相比，中负荷节油率有一定下降。 2.4 高转速(3 200 r/min)负荷特性催化剂对比油耗的影响 中转速(3 200 r/min)负荷特性纯柴油和加入了催化剂之后的比油耗对比情况如图4所示。  图4 高转速(3 200 r/min)负荷特性纯柴油与加催化剂油耗对比 由图4可知，在发动机高转速下，催化剂对发动机燃油消耗率提升不明显，不同负荷下均出现了重合点，最大节油率出现在50%负荷点，为1.8%，其他负荷点下，加入催化剂的比油耗和纯柴油燃油经济性基本持平。因此，在发动机高转速情况下，不建议使用催化剂，其对发动机的燃油经济性提升幅度不足。 3 机理分析由于在中、低转速时，发动机燃烧情况较差，空气供给不足，导致油气混合物浓度过高，燃烧不完全，发动机比油耗相对较高，而生物催化剂主要成分中含有相当一部分氧，对于中、低转速发动机内油气混合物的燃烧起到助燃作用，能有效提高发动机的燃油经济性；但在高转速下，由于进气量已经得到保证，所以催化剂在缸内燃烧过程中起的作用不明显，致使节油率提高不明显。 4 结语通过柴油发动机燃烧纯柴油和加入生物催化剂之后的台架试验，得到如下结论。 1)在外特性工况下，加入催化剂之后发动机的燃油消耗率变化曲线和原机趋势相同，节油率在低转速时较为明显。 2)发动机在中、低转速工况下，加入催化剂的节油率表现较好，在低负荷区域，最大节油率可达到12.1%。 3)加入催化剂对发动机在高转速下各负荷的燃油消耗率影响不明显，没有达到理想的节油目标。 参考文献： [1] 郑东，钟北京. 异辛烷/正庚烷/乙醇三组分燃料着火的化学动力学模型[J]. 物理化学学报, 2012, 28(9):2029-2036. [2] Kalghatgi G T, Risberg P, Ångström H E. Advantages of fuels with high resistance to auto-ignition in late-injection, low-temperature, compression ignition combustion[C]//In: SAE paper. Powertrain & Fluid Systems Conference and Exhibition. 2006-01-3385. [3] Borgqvist P, Tunestal P, Johansson B. Gasoline partially premixed combustion in a light duty engine at low load and idle operating conditions[C]//In: SAE paper. SAE 2012 World Congress & Exhibition. 2012-010687. [4] 吴长彧，高辉，马爽，等. 2009年及2010年美国最新内燃机油规格进展[J]. 润滑油, 2010, 25(6):33-42. [5] Canter N. Special report: Proper additive balance needed to meet GF-5[J]. Tribology & Lubrication Technology, 2010, 66(9):10-18. [6] 姚春德，李旭聪，臧儒振，等. 铜基/钯基催化剂甲醇裂解气发动机性能[J]. 燃烧科学与技术, 2013, 19(2):97-102. [7] 温亚林. 氮氧化物存储还原技术(NSR)及其在压燃式发动机上的应用研究[D]. 上海：上海交通大学, 2014. 责任编辑 郑练 Research of Biological Catalyst Effects on Economy of Diesel Engine Fuel JIANG Chaoyu1, WANG Jun2, ZHOU Ming1, YANG Xueping1 (1.Automotive Technical Engineering Department, Yunnan Mechanical and Electrical Professional Technology Institute, Kunming 650203, China; 2.Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500, China) Abstract：By adding a catalyst for biomass in Kunming general 0# diesel oil for diesel engine bench test, the effects of joining catalyst after fuel economy of diesel engine and the original diesel engine are compared, contributing to dependent catalyst development and research of the late. The results show that in Kunming existing typical environment, with the developing of high speed diesel engine characteristic and low under each load characteristic, working condition of catalyst after the fuel consumption has improved to some extent. Under the condition of low speed and low load condition performance is most prominent. The highest oil-saving rate reaches to 12.1%. High speed rate of catalyst oil-saving effect is not obvious. Key words：diesel fuel, biological catalyst, test, specific fuel consumption, economy 中图分类号：TK 421 文献标志码：A 作者简介：蒋超宇(1989-)，男，助教，硕士，主要从事内燃机优化等方面的研究。 收稿日期：2017-03-02 |
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