FBC添加劑對(duì)柴油機(jī)性能及可靠性影響研究

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(guó)五0號(hào)柴油，對(duì)柴油機(jī)的性能、可靠性的影響進(jìn)行試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：FBC對(duì)柴油機(jī)性能及可靠性沒(méi)有影響。

關(guān)鍵詞：FBC；柴油機(jī)；性能；可靠性

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

0 引言

柴油機(jī)因?yàn)槠浣?jīng)濟(jì)性好、輸出扭矩大、耐用等優(yōu)點(diǎn)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(jī)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(jī)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(jī)，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(dòng)機(jī)背壓會(huì)逐漸升高，當(dāng)背壓升高到一定值時(shí)，柴油機(jī)動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性開(kāi)始明顯惡化，因此需要對(duì)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(dòng)機(jī)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(guò)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(shí)現(xiàn)DPF再生。隨著國(guó)家排放法規(guī)的升級(jí)，DPF已成為柴油車必須搭載的后處理裝置，而國(guó)內(nèi)目前就FBC對(duì)柴油機(jī)的影響研究尚不完善，因此有必要開(kāi)展柴油機(jī)使用FBC對(duì)柴油機(jī)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(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

表1為試驗(yàn)使用的測(cè)試用設(shè)備型號(hào)，表2為測(cè)試用發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)。

2 FBC對(duì)柴油機(jī)性能影響試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)方案

將發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)至額定工況點(diǎn)，調(diào)節(jié)試驗(yàn)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(yàn)邊界穩(wěn)定后方可進(jìn)行性能試驗(yàn)。

首先使用市售國(guó)五0號(hào)柴油進(jìn)行額定點(diǎn)性能試驗(yàn)。更換FBC濃度為8ppm的市售國(guó)五0號(hào)柴油進(jìn)行全速全負(fù)荷運(yùn)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(diǎn)性能試驗(yàn)。

2.2 試驗(yàn)結(jié)論

如表3所示，8ppm-FBC的柴油混合燃料與國(guó)五市售柴油相比，柴油機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性均沒(méi)有明顯差異。

動(dòng)力性指標(biāo)：使用國(guó)五市售柴油和8ppm-FBC的柴油混合燃料，柴油機(jī)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(jì)性指標(biāo)：使用國(guó)五市售柴油和8ppm-FBC的柴油混合燃料，柴油機(jī)額定點(diǎn)油耗一致性偏差為0.16%，滿足一致性偏差的要求。

3 FBC對(duì)柴油機(jī)可靠性影響試驗(yàn)研究

3.1 試驗(yàn)方案

首先針對(duì)FBC對(duì)柴油機(jī)可靠性影響進(jìn)行工況設(shè)計(jì)，為能更貼切整車實(shí)際使用狀態(tài)，根據(jù)整車常用工況研究，選取常用車速對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)工況（1200r/min&50Nm、1500r/min&80Nm、2000r/min&110Nm與2400r/min&80Nm）、滿載時(shí)的大負(fù)荷工況（1500r/min&260Nm、3000r/min&195Nm）及怠速工況交替運(yùn)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(jì)800h，試驗(yàn)過(guò)程中監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性變化，試驗(yàn)結(jié)束對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行拆解分析，評(píng)價(jià)FBC對(duì)主要零部件的影響。

3.2 試驗(yàn)結(jié)論

可靠性試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)過(guò)程中額定點(diǎn)功率、扭矩、燃油消耗量基本沒(méi)有變化，如圖2所示；試驗(yàn)后發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性表現(xiàn)良好，各性能參數(shù)均在評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，如表4所示，添加劑對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)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(yàn)結(jié)果顯示可靠性試驗(yàn)后4支噴油器流量較試驗(yàn)前衰減程度與無(wú)FBC可靠性試驗(yàn)后相當(dāng)，均在2%-5%，如圖5所示。缸筒等存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(guò)系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證和研究分析，F(xiàn)BC對(duì)柴油機(jī)性能及可靠性沒(méi)有影響，具體結(jié)論如下：

（1）與未添加FBC柴油相比，柴油機(jī)額定點(diǎn)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(duì)動(dòng)力性沒(méi)有影響；

（2）經(jīng)過(guò)800h部分負(fù)荷可靠性試驗(yàn)后，柴油機(jī)額定點(diǎn)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(duì)可靠性后柴油機(jī)性能沒(méi)有影響；

（3）經(jīng)過(guò)800h部分負(fù)荷可靠性試驗(yàn)后，燃油噴射系統(tǒng)性能良好，噴油器流量衰減2%-5%，與無(wú)FBC可靠性后基本相當(dāng)，缸筒等存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(duì)可靠性后柴油機(jī)主要零部件沒(méi)有影響。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)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(dòng)機(jī)零部件檢測(cè)研究工作。