车用柴油（共8篇）
车用柴油 篇1
项目概述
把水和柴油通过专用乳化剂和乳化设备制成油包水的乳液。具备与国标柴油以任意比例混合都能相溶的特性, 既可作为混合燃料使用, 又可以独立成为燃料。
产品特点
1.经国家车用乙醇汽油质量监督检验中心检测, 产品质量主要指标全部达到石化柴油国标GB252-2000标准。
2.热值高, 油耗与普通柴油相当。
3.作为混合燃料配加的兼溶性好, 可与各种国标油及非标油以任意比例互溶。
4.闪点高, 生产储运、销售安全。
5.冷凝点可调, 根据需求可生产0#、-10#、-20#等多规格生物柴油。
市场分析
该产品经国家权威机构检测各主要指标全面达到国家标准, 目前已与河南省多家加油站建立合作。
另外, 该产品可作为一种新能源燃料代替传统石化柴油, 在一定程度上缓解能源压力, 国家对此在政策 (国家财政部公布的237号文件《可再生能源发展专项资金管理暂行办法》) 上也给予一定的财政支持 (因地区不同, 享受优惠程度有所不同) 。
同时以河南省某生产者为例, 其工厂年产量1800吨 (初始投资50万元) , 2010年下半年共销售了800吨, 获毛利约56万元。
投资条件 (年设计产量约1000吨)
以县级市为例, 最低资金投入约40万元, 其中设备投资约10万元, 厂房租赁、员工工资、原材料采购及流动资金30万元。厂房面积约300平方米, 员工3人即可。
效益估算
综合生产成本约6300元/吨, 建议出厂价约7000元/吨。若投资者年销售量约1000吨, 可获毛利70万元左右。
投资提示
1.该投资额是按销售周期为20天进行测算的, 投资者可以根据自身销售周期对流动资金进行相应的调整。
2.若投资者资金实力较弱, 可以采取代理销售模式, 其中县级代理的首批进货金额不能少于10万元, 市级代理首批进货金额不能少于20万元, 省级代理首批进货金额不能少于50万元。
车用柴油 篇2
摘 要：本文介绍了车用电控柴油机喷油器匹配仿真分析研究过程。研究结果表明：GT-POWER软件可用于车用电控柴油机喷油器匹配仿真分析研究；所建立的仿真模型能准确模拟车用电控柴油机实际运行工况；确定了C型喷油器为本次仿真计算的最优匹配选择。
关键词：电控柴油机；喷油器；仿真计算
中图分类号：U464.136 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2014）02-0024-05
随着计算机技术的发展，仿真技术越来越成熟，从而使发动机理论也建立在一个新的基础之上，GT-POWER是一款适用于对各种内燃机进行性能模拟仿真的应用软件，包括车用电控柴油机。本文首先应用GT-POWER软件建立车用电控柴油机的模型，然后对该款柴油机进行台架性能试验，通过试验结果与仿真结果的对比，验证所建立的模型的正确性和可靠性，之后选择三种不同的喷油器对柴油机性能进行仿真计算与分析，确定最佳喷油器，达到喷油器选型的目的。
1 柴油机仿真模型建立
计算机仿真就是应用软件对发动机工作过程进行模拟计算，它可以减少试验次数及时间，节省人力、物力和财力。软件内部集成了大量的经验公式，在遇到各种预设情况时给予支持，自动完成繁杂的计算步骤，得出内燃机的各项性能参数，为优化设计提供理论支持和参考。
1.1 GT-POWER软件简介
GT-POWER软件具有准确的物理模型、丰富的解析技能和简单方便的建模方法，适用于对各种内燃机进行性能模拟仿真，包括车用电控柴油机。模型采用通用的功能模块进行连接和匹配，组成简洁直观的发动机模型，从而可以在计算机程序上进行发动机稳态及瞬态性能方面的模拟计算，为零部件的优化设计和匹配调整提供依据。
1.2 仿真模型建立过程
此次仿真计算研究对象是某6.7 L电控高压共轨柴油机，它的基本参数与性能指标如表1所示。
表1 某6.7 L柴油机参数与指标
应用GT-POWER软件依次建立柴油机的气缸体、进气歧管、排气歧管、涡轮增压器和中冷器以及燃烧的模型，之后把各个部分连接起来，形成柴油机的总体模型，见图1。
1.3 模型标定思路
柴油机模型建立好之后，还需要针对具体要求设置运行参数，进行模型标定。
1.3.1 中冷系统的标定
图2 中冷系统标定流程示意图
用质量流量边界模拟压气机出口，环境边界模拟中冷器出口；通过调整有关压力损失和热传递参数，使中冷后的压力和温度跟实测保持一致。
1.3.2 燃烧模型标定
直接采用GT-Power的放热率模型，输入缸压曲线；在没有缸压曲线的情况下，柴油机考虑DIJet仿真燃烧模型 。标定调整方法可以通过GT-Power自带DOE工具，优化目标包括功率、爆压、进气流量，在所有DOE计算结果中进行折衷处理。
1.3.3 摩擦功标定
燃烧模型标定完后，如果功扭仍不满足要求，调整摩擦功参数。
1.3.4 涡轮增压系统标定
用自由轴驱动涡轮，驱动转速为实测增压器转速；用自由轴驱动压气机，驱动转速为实测增压器转速；先后对压气机和涡轮机进行调试，实现增压器系统的内部平衡，即转速、流量、功率三者平衡。
1.3.5 系统参数标定
在1.3.1基础上增加发动机本体，用环境边界模拟涡前压力、温度。调整对象包括进气歧管、进气管、气缸内壁、排气歧管和排气管；调整参数包括有关压力损失和热传递的参数，如：进气歧管的压损、温度，进气管口的温度、进气管流量系数，气缸壁面温度、热传递因子，排气歧管的压损、温度，排气管壁温；使充气效率、中冷器出口压力、温度，进气歧管部分温度，排气歧管部分温度、压力跟实测保持一致。
1.4 仿真模型计算与验证
柴油机模型建立好之后，针对具体要求设置运行参数进行了模型标定，之后进行模型模拟运算，对柴油机全负荷运行时的几个工况点的动力性能进行模拟计算，得到如图3，图4所示的特性曲线图。由图3得知，GT-POWER软件仿真计算功率和该型发动机的台架实际测试结果误差在±3%以内，1 300 rpm-1 600 rpm略大，图中误差线为2%；由图4得知，GT-POWER软件仿真计算比油耗和该型发动机的台架实际测试结果误差在±3%以内，图中误差线为±3%；由此说明本仿真模型能够比较准确地反映柴油机的实际性能、可靠性较高，能够作为进一步喷油器选型设计的依据。
图2 试验与仿真功率对比图
图3 试验与仿真比油耗对比图
2 喷油器选型仿真计算
2.1 计算对象
选取三种喷油器，进行仿真计算与分析。重点是分析喷油器匹配中发动机的经济性、动力性、可靠性方面的变化与差异。三种喷油器的主要特征如表2所示。
表2 喷油器主要参数
2.2 计算方法
根据仿真模型，分别针对A、B、C三种喷油器进行计算，分析它们对发动机扭矩、比油耗以及涡轮增压器的涡前排气温度等的影响，尤其是发动机万有特性对车用柴油机的燃油经济性影响很大，不能忽略。
2.3 计算条件
模型中压力损失及温度控制条件如下：
进气阻力：-3 kPa，模拟空气滤清器。
中冷压差：13 kPa，模拟空空中冷器。
排气背压：20 kPa，模拟后处理系统。
中冷后温：50 deg_c，模拟空空中冷器。
2.4 计算分析
依据计算方法和计算条件，进行三种喷油器的仿真计算，下面对计算结果进行分析。
如图5所示，B型喷油器在1 300 rpm以下发动机扭矩满足不了设计要求，在实际开发中可能会遇到，即使发动机扭矩满足要求，发动机排气烟度也可能大于其它两种喷油器；C型喷油器与A型喷油器的发动机扭矩基本相当。endprint
图5 三种喷油器的扭矩曲线
图6 三种喷油器的比油耗曲线
如图6所示，B型喷油器的发动机全负荷比油耗整体比其它两种差，1 300 rpm以下差别更大；C型喷油器与A型喷油器基本相当。
如图7所示，B型喷油器在1 300 rpm以下的发动机涡前排气温度低于其它两种，平均低约20 deg_C；C型喷油器与A型喷油器基本相当。
图7 三种喷油器的涡前排气温度曲线
B—点划线；VS C—实线
图8 B、C型喷油器的万有特性曲线
C—实线；VS A—点划线
图9 A、C型喷油器的万有特性曲线
如图8所示，C型喷油器在发动机万有特性上表现是在60%负荷以上燃油经济性优于B型喷油器。
如图9所示，C型喷油器在发动机万有特性上表现是在最大扭矩转速以上燃油经济性优于A型喷油器。
综合分析，C型喷油器整体性能最优。
3 台架试验验证
图10 三种喷油器的实际台架运行扭矩曲线
图11 三种喷油器的实际台架运行比油耗曲线
图12 三种喷油器的实际台架运行S415烟度曲线
通过软件仿真计算，得出了C型喷油器整体最优；随后在试验室采用该型号发动机的180马力标定进行了实际的喷油器运行试验，每次更换喷油器之后对标定进行调整，使之满足以下条件：
①排温、爆压、增压器转速不超过限值；
②外特性达到设计目标；
③经济性、烟度最优。
试验结果如图11、图12、图13所示，从扭矩曲线吻合性、比油耗、烟度方面得出了C型喷油器整体最优，进一步验证了仿真模型的准确性和实用性。
4 结论
（1）GT-POWER软件可用于车用电控柴油机喷油器匹配仿真分析研究。
（2）所建立的仿真模型能准确模拟车用电控柴油机实际运行工况。
（4）确定了C型喷油器为本次仿真计算的最优匹配选择。
参考文献：
[1]周龙保.内燃机学[M].北京：机械工业出版社，2010.
[2]唐忠良，等.基于GT—power的船用柴油机增压匹配仿真优化分析[J].内燃机，2013，1（6）.endprint
图5 三种喷油器的扭矩曲线
图6 三种喷油器的比油耗曲线
如图6所示，B型喷油器的发动机全负荷比油耗整体比其它两种差，1 300 rpm以下差别更大；C型喷油器与A型喷油器基本相当。
如图7所示，B型喷油器在1 300 rpm以下的发动机涡前排气温度低于其它两种，平均低约20 deg_C；C型喷油器与A型喷油器基本相当。
图7 三种喷油器的涡前排气温度曲线
B—点划线；VS C—实线
图8 B、C型喷油器的万有特性曲线
C—实线；VS A—点划线
图9 A、C型喷油器的万有特性曲线
如图8所示，C型喷油器在发动机万有特性上表现是在60%负荷以上燃油经济性优于B型喷油器。
如图9所示，C型喷油器在发动机万有特性上表现是在最大扭矩转速以上燃油经济性优于A型喷油器。
综合分析，C型喷油器整体性能最优。
3 台架试验验证
图10 三种喷油器的实际台架运行扭矩曲线
图11 三种喷油器的实际台架运行比油耗曲线
图12 三种喷油器的实际台架运行S415烟度曲线
通过软件仿真计算，得出了C型喷油器整体最优；随后在试验室采用该型号发动机的180马力标定进行了实际的喷油器运行试验，每次更换喷油器之后对标定进行调整，使之满足以下条件：
①排温、爆压、增压器转速不超过限值；
②外特性达到设计目标；
③经济性、烟度最优。
试验结果如图11、图12、图13所示，从扭矩曲线吻合性、比油耗、烟度方面得出了C型喷油器整体最优，进一步验证了仿真模型的准确性和实用性。
4 结论
（1）GT-POWER软件可用于车用电控柴油机喷油器匹配仿真分析研究。
（2）所建立的仿真模型能准确模拟车用电控柴油机实际运行工况。
（4）确定了C型喷油器为本次仿真计算的最优匹配选择。
参考文献：
[1]周龙保.内燃机学[M].北京：机械工业出版社，2010.
[2]唐忠良，等.基于GT—power的船用柴油机增压匹配仿真优化分析[J].内燃机，2013，1（6）.endprint
图5 三种喷油器的扭矩曲线
图6 三种喷油器的比油耗曲线
如图6所示，B型喷油器的发动机全负荷比油耗整体比其它两种差，1 300 rpm以下差别更大；C型喷油器与A型喷油器基本相当。
如图7所示，B型喷油器在1 300 rpm以下的发动机涡前排气温度低于其它两种，平均低约20 deg_C；C型喷油器与A型喷油器基本相当。
图7 三种喷油器的涡前排气温度曲线
B—点划线；VS C—实线
图8 B、C型喷油器的万有特性曲线
C—实线；VS A—点划线
图9 A、C型喷油器的万有特性曲线
如图8所示，C型喷油器在发动机万有特性上表现是在60%负荷以上燃油经济性优于B型喷油器。
如图9所示，C型喷油器在发动机万有特性上表现是在最大扭矩转速以上燃油经济性优于A型喷油器。
综合分析，C型喷油器整体性能最优。
3 台架试验验证
图10 三种喷油器的实际台架运行扭矩曲线
图11 三种喷油器的实际台架运行比油耗曲线
图12 三种喷油器的实际台架运行S415烟度曲线
通过软件仿真计算，得出了C型喷油器整体最优；随后在试验室采用该型号发动机的180马力标定进行了实际的喷油器运行试验，每次更换喷油器之后对标定进行调整，使之满足以下条件：
①排温、爆压、增压器转速不超过限值；
②外特性达到设计目标；
③经济性、烟度最优。
试验结果如图11、图12、图13所示，从扭矩曲线吻合性、比油耗、烟度方面得出了C型喷油器整体最优，进一步验证了仿真模型的准确性和实用性。
4 结论
（1）GT-POWER软件可用于车用电控柴油机喷油器匹配仿真分析研究。
（2）所建立的仿真模型能准确模拟车用电控柴油机实际运行工况。
（4）确定了C型喷油器为本次仿真计算的最优匹配选择。
参考文献：
[1]周龙保.内燃机学[M].北京：机械工业出版社，2010.
车用生物柴油的储运及使用 篇3
按化学成分分析,生物柴油燃料是通过以不饱和油酸C18为主要成分的甘油脂分解而获得的。从溶解特性看,它可以与石化柴油进行任何比例的互溶。
除受空气(氧气)、热、金属离子、过氧化物、光、水、微生物和其它外源性物质等因素外,生物柴油所用原料品种和加工技术种类等因素也会影响车用生物柴油的性能。因此其储运和使用要特别根据其特点区别于普通柴油。
1 车用生物柴油的储运
1.1 B100生物柴油的储运
由于B100生物柴油中存在大量不饱和双键,铁、铜等金属离子、人造橡胶和塑料及其所含助剂会对其有催化作用,加快生物柴油氧化产生过氧化物,因此生物柴油不能用平常使用的铁制容器长期储存,而应采用不锈钢、碳钢、铝或聚乙烯材料的塑料桶储存。在运输时,必须对槽罐设备进行仔细的检查:检查上次的装载和残留,只有柴油可以允许残留,不得残留植物油、汽油、润滑油和水;检查设备和管路中有无丁腈橡胶、聚丙烯、聚乙烯、乙烯聚合物等材料,若有,必须更换成氟化聚乙烯、氟化聚丙烯、特氟龙等材料;避免管路中存在铅焊料、锌衬里、铜管路、黄铜阀门和铜螺栓。
不管采用何种方式运送B100生物柴油,都必须考虑生物柴油的温度、环境温度、运输时间长短等,注意不要让其温度低于浊点。运输时的温度要求在温带与普通柴油基本相同,在热区运输时要防止曝晒和高温,在寒区运输和抽送时需采取保温装置或加温后进行输送。
若需要较长期地保存B100生物柴油,油库温度应保持在5～20℃之间,避免温度过低引起生物柴油凝固和高温变质,并控制油库湿度,避免生物柴油由于含水变酸碱性造成金属腐蚀和微生物的生长。
在使用与储存时间的选择上B100生物柴油应尽快使用,减少生物柴油变质的可能性。一般生物柴油的储存时间不要超过1年。如果长期储存,可以加抗氧化剂及抗泡沫剂,防止氧化及形成泡沫。
1.2 B 20生物柴油的储运
目前普遍采用生物柴油与石化柴油混合燃烧的方式,其混合比例一般为20%生物柴油和80%石化柴油混合。若B20的储存时间较短或采取与石化柴油轮流使用的方式,可忽略混合燃料对铁制容器的选择要求,储存在环境温度不高、干燥的密封容器中,并在储运方式上等同于普通柴油。
2 车用生物柴油的使用
由于生物柴油具有粘度大,碘值高,密度大,含氧高等特点,可直接应用于柴油机而不会对其性能造成太大的不利影响。若采取改进措施可进一步提高柴油机的燃烧及排放性能,从而满足排放法规的要求。
车用柴油机燃用生物柴油时需要注意以下问题:
2.1 尽可能使用低混比例的混合燃料,减少积碳和磨损[3]
柴油机长期燃用生物柴油时,燃烧室积碳和喷油器针阀磨损的问题比较突出。这主要和生物柴油的密度大,热值低,粘度大,十六烷值高和抗氧化安定性差等性能参数有关。
由于生物柴油体积热值低于矿物柴油3%～4%。而进入柴油机缸内的能量正是以燃油系统每个循环所供给的燃油体积热值来计算的,燃油体积热值是指单位体积燃油所蕴含的燃烧热值。所以在每个循环供油量不变的情况下,燃用生物柴油的功率比燃用柴油略低,在要求发出同样功率的条件下需要燃烧较多的燃料。生物柴油密度较大,运动粘度较高,燃料从喷嘴喷出的射程远,雾化质量差,会使喷出的油滴直径大,油流射程长,油滴有效蒸发面积减少和蒸发速度减慢,从而引起混合气组成不均匀,燃烧不完全,但由于生物柴油含有11%左右的氧元素,其化学计量空燃比为12.5 kg/kg(柴油的化学计量空燃比为14.177 kg/kg),可以在一定范围内对雾化性能进行补偿。
纯生物柴油十六烷值较高,滞燃期短,燃烧提前,但瞬时放热率不及纯柴油。在燃烧室低温条件下(起动后短时间内和长期怠速情况下),由于喷油速率低,油滴破碎和蒸发速度慢,燃油与空气的混合不好,加之喷油器所处的中心位置附近的气旋作用最差,油气混合速度最慢,所产生的高温聚集在喷油器头部附近,并使流动性差的燃油形成碳化胶质,造成喷油器头部积碳严重,见图1,部分因粘度大未雾化的燃油会黏附在排气门上,见图2,或燃烧室表面,见图3,形成积碳。严重时会顺着气缸套壁流至曲轴箱造成机油的过早变质。
生物柴油由于运动粘度大,运动表面更易形成润滑油膜并更持久,因此生物柴油应该具有比石化柴油更好的润滑性能,可以给油泵、油嘴等部件的运动件进行足够的润滑,减少磨损与划痕,降低柴油机的维护费用。但由于喷油器针阀偶件接近燃烧室,温度较高,加上生物柴油抗氧化安定性较差,产生的胶质沉积在针阀润滑油槽中,随着时间的推移和高温的不断作用而逐渐变稠和碳化,最终会造成针阀偶件磨损和卡滞。柱塞偶件和出油阀偶件也会出现这种情况。
在温度一定的条件下,生物柴油-柴油的混合燃料的密度随生物柴油体积百分比含量的增加而增大,体积热值随生物柴油体积百分比含量的增加而降低,十六烷值随生物柴油体积百分比含量的增加而增大。因此采用生物柴油混合浓度较低的混合燃料可以大幅降低燃用纯生物柴油时燃烧室积碳严重的问题,而柴油机的功率和扭矩没有太大的损失。欧盟的生物柴油添加量一般在2%～3%,很好地预防了积碳和结胶磨损现象[4]。
2.2 防止生物柴油对塑胶件的腐蚀
生物柴油的碘值比柴油高,其分子的不饱和程度大,吸水后容易产生不饱和脂肪酸。生物柴油中含有的大量不饱和脂肪酸会与塑料和橡胶起化学反应,造成塑料和橡胶膨胀变形,形成溶胀现象[5]。
生物柴油的高碘值特性和其中所含的微量甲醇与甘油,会使与之接触的橡胶零件如橡胶膜、密封圈、燃油管(即燃油系统中的各种橡胶配件)等逐渐降解。对于这些零件的材料,建议以聚四氟乙烯或常规橡胶与四氟乙烯共聚的材料进行替换。
在储存生物柴油时,如果不更改原设计,可通过密封保存和安放干燥剂的方法减少生物柴油的含水量,并可以使用抗氧化剂来降低不饱和脂肪酸的生成。原有的铜制密封件、塑料密封件和橡胶密封件(例如出油阀的塑料垫圈、回油管上的密封垫圈、燃油输送管路)尽可能采用铝或聚四氟乙烯材料代替。船艇上的日常油柜通常为铁制,在燃用B20燃料时可以直接使用,燃用B100燃料时可涂抹TG001聚氨脂防水防腐胶。
2.3 燃油输送系统要适当加温和经常清洗,避免油路堵塞
生物柴油运动粘度大、冷滤点和凝固点比石化柴油高,因此低温流动性不如普通柴油。在严寒的情况下比柴油更容易形成凝胶或冻结。如果燃料形成凝胶,燃料会阻塞过滤器,更严重时燃料会变得粘稠,使输送泵无法将其从油箱输送到发动机。并且由于生物柴油是一种甲脂,富有营养质,所以它非常利于微生物的孳生。微生物在燃油系统中大量滋生,会形成胶质堵塞过滤器,使管路通径变窄,降低每循环供油量,并造成燃油变质。随着油箱使用时间的延长,一些细微的重油脂会沉淀到油箱底部,如果不定期清洗,会越积越多,直至堵塞燃油过滤器。
因此,在低温环境下使用时要使用预热装置,或采用燃油添加剂,或采用甲醇和乙醇等降低生物柴油的粘度和冷滤点,改善其低温流动性能。马来西亚大学试验研究的结果表明,采用两个并联的过滤器和将燃油箱的位置提高,可以在一定程度上解决油路中阻力变大的问题,并且随着温度的提高,生物柴油的运动粘度和体积密度降低,从而改善燃料的流动性,提高雾化质量,降低燃料束的贯穿长度[6]。
微生物的防治可以采取的措施有:使用有除水功能的过滤器来滤水,使用生物杀虫剂来杀灭油箱内的细菌,每年冲洗两次油箱或加入100%的石化柴油来溶解沉淀物,适当缩短燃油过滤器的使用时间等。
2.4 采用高压喷射和减小供油提前角
由于生物柴油运动粘度大,油束贯穿长度长,容易造成雾化不完全。如果燃烧不完全的生物柴油顺着缸壁向下流至曲轴箱,会使机油过早变质,影响润滑质量,造成拉缸和烧瓦等严重后果。尤其是康明斯NTA855柴油机,它采用开式喷油器的PT燃油系统,停机后经常有燃油从喷油器中滴落在活塞顶部[8],因此该型柴油机若需要使用生物柴油,最好在停机前使用纯石化柴油进行充分燃烧,降低燃油系统中的生物柴油残留。
适当提高喷油器的喷射压力可以提高混合燃料的雾化效果,从而提高燃烧的完全程度,减少由于燃油燃烧不充分而流入曲轴箱后对机油的污染[9]。
柴油机的燃油供给系统由柱塞、出油阀、针阀等许多单元组成的,若列出柱塞上方油槽、高压油管等集中容积的连续性方程,以及各运动件的运动规律,通过对燃油供给系统作完整的模拟计算,然后运用Runge-Kutta-Gill数值计算法解方程,可较准确地反映由于燃油特性变化而引起的喷油时刻的变化。然而上面的工作很繁琐,下面则提出一个简单的模型来计算燃料特性参数的影响。
对于泵-管-嘴的喷油系统,如果油泵引起的容积变化和燃油的压缩速率是相等的,一般用如下方程来预测达到嘴端开启压力的时间:
式中,up为油泵柱塞速度,m/℃A;Ap为柱塞的截面积,m2;Vf为高压油的体积,m3;E为容积模量,MPa;p为喷射压力,MPa。
如果上述方程中诸多变量可视为常量,那么通过积分喷射压力可以以下式表示:
式中,p0为系统初始压力,那么达到嘴端开启压力所对应的曲轴转角为:
式中,pnozzle-open为喷嘴端开启压力,MPa。对于多数的喷油嘴而言,pnozzle_open-p0的值为20～35 MPa,在计算时通常取其中间值27.5 MPa。Vf,up和Ap等都取决于供油系统的设计。
对于4102柴油机,可作如下假设:Vf=3 100mm3;Ap=64 mm2(9 mm柱塞);up=0.15 mm/℃A。
在40℃时,柴油和生物柴油的容积(弹性)模量分别为1 398.2 MPa和1 566.9 MPa,那么达到嘴端开启压力所需要的时间分别为6.35℃A和5.67℃A,两者相差约0.68℃A。
在一些资料文献中提出由于生物柴油具有较高的CN值,着火延迟期较0号柴油短,两者相差约1.0～2.0℃A。考虑到由于弹性模量引起的时间差,适当减小燃用生物柴油的柴油机的供油提前角应在1.68～2.68℃A之间,可以使气缸压力升高率的峰值相应降低,工作更平稳。供油时刻延迟在高速运转时还可以显著降低NOx排放,这是因为:一方面燃烧过程避开上止点进行,燃烧等容度下降,因此燃烧温度降低;另一方面越接近上止点喷油,缸内温度越高,着火延迟期可以缩短,燃烧初期的放热速率降低,导致燃烧温度降低。这两种原因都起到了抑制NOx生成的作用。
摘要：生物柴油可作为柴油的可替代燃料,但其物理和化学特性决定了它在储运和使用中要根据其特点区别于柴油,结合车用生物柴油的各种特性及在车用发动机上的使用特点,分析总结了车用生物柴油在储存运输方面要注意的问题。
关键词：柴油机,生物柴油,储运管理
参考文献
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[2]陶圣如.德国开发生物柴油用新抗氧化剂[J].浙江化工,2004,(7):5.
[3]李跟宝,周龙保,蒋德明.生物柴油对直喷式柴油机燃烧和排放的影响[J].柴油机,2004,(2).
[4]许佩玉.柴油氧化安定性指标过高引起的柴油机高压油泵柱塞副故障及排除[J].柴油机,2005,(5):52.
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[7]张爱民,纪丽伟,郁秀峰,等.柴油机润滑油及其消耗柴油机设计与制造[J].内燃机学报,2004(4):9-13.
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车用柴油机故障规律及其预防 篇4
1.1 本体的故障规律
1.1.1 曲轴连杆机构
曲轴连杆机构分为活动部分和固定部分。活动部分的工作特点是高温, 高速, 高压。活塞在做工冲程最高压力可达4.5兆帕, 最高温度可达2700度。而曲轴的角速度达到18500度/秒, 活塞的线速度达到15米/秒, 因此由于高温会引起烧结一类的故障。如:气缸热烧损, 活塞拉缸粘缸, 活塞顶部破裂, 活塞环粘住, 由于高速会引起磨损和断裂性故障, 如气缸套磨损, 轴瓦合金裂纹剥落, 活塞环折断, 活塞销折断, 连杆折断, 曲轴断裂等。高压则会引起气缸套变形和漏气等。
1.1.2 配气机构
配气机构是在交变应力和高温高速的工况下工作的, 它的气门组件是柴油机上最容易发生故障的零件之一。其故障多数是由于抗疲劳强度减弱而引起的折断、磨损, 由于在强大的热负荷下产生的烧蚀变形等。如:气门漏气可能是气门大端头部烧损或变形, 使气门与气门座不能严密接合;气门弹簧弹力减弱或折断就是由于弹簧长期在高速下工作, 金属材料疲劳折断或弹性减弱;气门卡住则可能是由于长期的使用而使气门杆与气门导管在磨损因素下间隙增大, 发生漏气;凸轮表面的磨损, 擦伤和麻点是由于它表面受到周期地交变力量冲击作用, 与调整盘或挺柱表面产生摩擦引起凸轮表面材料剥落出现麻点等。
1.1.3 联动机构
联动机构主要有齿轮联动、皮带联动、链条联动、齿带联动、复合联动五种。目前, 中大型车用柴油机的联动形式主要以齿轮联动为主, 其齿轮形式有直齿, 斜齿和锥齿等。齿轮在传动箱中高速的旋转着, 由于发动机转速的极度不稳定性而使齿轮与齿轮之间产生高强度的冲击力, 齿隙易发生偏差。因此, 联动机构易出现齿轮折断, 卡齿和磨损一类故障。
1.2 柴油机各系统的故障规律
1.2.1 供给系
(1) 燃油供给系
燃油供给系作用就是定时、定量、保质地向发动机气缸提供燃油。燃油供给系具有管路复杂, 组件繁多, 功能多样的特点。出现的故障后, 最终都将影响供油的定时、定量和保质问题。首先, 输油管路长, 接点众多, 油管又有高压管路、低压管路, 因此易出现泄漏, 漏气和爆裂一类故障影响供给系的供油定量问题。其次, 输油管路细小, 通路狭窄, 且又要通过柴油机的全部三个精密偶件, 加上喷雾嘴处在高温中心, 喷孔直径只为0.27毫米。这对柴油的纯净度要求是极高。因此燃油供给系又常常会出现油路不通, 机件卡滞等一类故障影响供油的定时, 定量和保质。再次, 燃油供给系组件繁多, 而且许多组件都是高速运转的, 它们在柴油机转速频繁改变下受到强烈的冲击载荷。如:高压柴油泵, 低压柴油泵, 全速调速器, 供油角自动提前器等, 由此原因而引起供给系常出现磨损, 卡滞和折断等一些机械故障, 影响燃油的定时, 定量, 保质问题, 如:高压柴油泵不喷油或喷油少就可能是柱塞及其套筒磨损过甚;柱塞卡住或弹簧折断等。
(2) 空气供给系
空气供给系的作用就是给配气机构提供干净, 充足的空气, 确保发动机缸内燃油充分燃烧。它的各部组件大都处在静止状态, 若有增压机则只有它是运动的。所以空气供给系的故障主要是气路不畅通。象滤清器脏污, 除尘筒脏污, 增压器增压压力下降等。
1.2.2 润滑系
润滑系的作用是润滑发动机各摩擦表面, 降低磨损并带走机件的热量。润滑的方式主要有压力润滑, 飞溅润滑和重力润滑等。润滑系具有润滑路线复杂, 润滑机件繁多的特点, 因此润滑系常出现堵塞, 泄漏等故障。如配气机构的摇臂的油道孔及摇臂润滑油管的接头螺钉的油道孔较小, 加上清洗不及时, 杂物或油泥堵塞后, 油路不畅通使润滑油不能到达摇臂润滑, 使摇臂衬套烧损。油压偏低就是油压表前堵塞, 表后泄漏等原因导致。油压偏高则可能是表后堵塞。油温过高则可能是散热管路不畅所致。
1.2.3 冷却系
冷却系就是利用液体或气体与受热零件不断地接触, 使这些零件的温度保持在适当的范围内。冷却系的水冷式发动机有管路冗长的弊端。因此它常出现泄漏, 堵塞等故障, 造成水温过高。象冷却系水量不足, 水泵或进水管接头各处不密闭, 水泵磨损, 泵水能力下降, 冷却系统积水垢, 淤泥而引起管路堵塞都将造成水温过高。相比之下风冷发动机就减小了很多的故障因素, 它的故障主要是冷却风扇的调节失灵和涡轮磨损。
1.2.4 起动系
柴油机主要起动形式是电动机起动。电起动故障主要由电源方面、电路方面和电器元件引起, 其次就是起动齿轮和飞轮的配合问题。一般该系统故障不会影响柴油机正常工作。
2 柴油机故障的预防
柴油机故障产生的原因是多方面的, 它发生在使用的全过程中, 也有些是可避免的, 有些是不可避免的。面对形形色色原因各异的故障我们使用者要把握以下两个方面对其进行有效的预防。
2.1 正确使用方面的因素
由于使用者的技术和习惯等原因易产生一些人为故障。像发动机出现早期磨损, 就可能是起动不加温或长时间在低油压下工作的原因所造成;排档使用不正确可能会使发动机常处在高负荷状态下工作, 增加了发动机的磨损;夏季不开百叶窗, 发动机长时间的在高温条件下工作, 同样会引起发动机的磨损加剧或烧毁发动机;冬季不及时放水会造成冻裂发动机;在冬季使用夏季牌号柴油造成雾化不良或柴油冻结;熄火温度高于85℃, 可能会造成气缸盖裂纹或漏水漏气;驾驶中产生倒爆, 也会加剧发动机磨损, 影响发动机使用寿命。为避免使用不当造成发动机故障应注意以下几点:
(1) 每个使用者都要经过严格的训练, 认真学习发动机构造, 原理, 驾驶等理论知识, 提高使用技能。
(2) 对新车或发动机经过大修的车辆要进行足够的磨合行驶, 不能认为新车就是最好的, 而盲目的高速全负荷行驶, 以致产生早期磨损, 故障率加大。
(3) 严格遵守有关使用的规定, 经常保持正常的水温, 油温, 油压及用使用转速工作。
(4) 避免使用临界转速, 检查供油角度、配气相位、气门间隙和听发动机有无异常声音。
(5) 做好换季和检查工作, 保证各部机件的技术状况符合技术标准。
(6) 了解各种条件下柴油机的使用特点, 夏季要防过热, 冬季要防过冷和进行起动前加温。
2.2 适时维修保养方面的因素
车用柴油 篇5
1. 生物柴油的特点以及车用特性分析
(1)生物柴油的特点分析
所谓生物柴油,主要是以生物质资源作为原料,通过相关的科学技术加工所形成的液体燃料(柴油),它是通过在植物油脂当中提取出的液体燃料类型,其原材料包括大豆油、花生油、玉米油等;还包括一些动物油脂,例如猪油、牛油等;也有一些是通过油渣、油泥或是废弃机油、废弃的食用油当中通过处理提取出来。它的颜色与柴油一样的透明,生物柴油包含18-22的碳量,其与柴油当中的含碳量(16-18)保持相同,再通过酯化其分子量与柴油的非常接近。通过相似相溶的原理进行实验,其两者的相溶性也是最好的,在车用时能与其他柴油进行混合实验,不会对其车辆产生任何伤害。由于生物柴油具有良好的环保性能以及使用性能,现今已经被广泛的运用在各个领域当中,并且它也逐渐成为高品质柴油的代用燃料产品,对促进我国经济可持续发展和健康的环境发展有着巨大的贡献。
(2)车用生物柴油特性分析
首先,生物柴油的排放性特点。生物柴油是可再生燃料能源,是利用植物油脂或动物脂肪油等原材料通过科学处理所取得的燃料。通过对生物柴油的分析,能够有效的得出车用生物柴油的排放性。对于不同的生物柴油混合燃料,由于发动机运作时混合比例的不同,其发动机的排放性就会有很多的不同。但从研究中可以明确看出,随着生物柴油在混合燃料当中的比例不断上升,所排放的二氧化碳含量会不断降低,氮氧化合物的排放量逐渐提升。通过对其排放物的分析研究表明,生物柴油燃料污染物排放量相对比较少,具有绿色环保的效果,有效改善车用柴油发动机的排放量,真正做到保护环境的效果。
其次,生物柴油的喷油特点分析。通过进行相关实验和对文献进行研究分析得出,当燃用发动机的转速与负荷保持一致时,其喷油角会提前变大。混合燃料中随着生物柴油量逐渐提升,其喷油角就会提前变大。柴油的密度要比生物柴油的小,当燃料中生物柴油量不断提升,其燃油的密度会不断变大。随着其密度的不断增大,其可压缩性就会越小,这会使得压力波在燃料中传播的速度不断提升,缩短油阀端到喷油器端的传播时间,燃料喷油的延迟大大缩短,喷油提前角增大。这一现象使得燃烧速度加快,燃烧室不断提升其压力和温度,喷油量也随之提升,这样循环喷油量也不断加大。
最后,生物柴油的动力性特点分析。对于生物柴油来说,其十六烷值多数都是在50-60之间,其燃点较好,其质量热值也比矿物柴油相对要小,对生物柴油的密度进行分析,却比矿物柴油相对较大,这使得生物柴油的体积热值与矿物柴油保持相同,而在两者的体积相同时,在发动机当中运用生物柴油进行运行,其动力性会受到一定程度的影响而导致下降。生物柴油在混合燃料中比例越高,其下降的效果则越明显。
2. 对生物柴油应用的现状分析
现今生物柴油技术发展速度最快、最成熟的国家是在美国与欧盟等国家,美国在二十世纪九十年代就已在商业行业当中进行使用,美国是最早研究出生物柴油的国家,现今已具有一定的规模。美国的生物柴油产量已达到了一百三十万吨以上,超出预期制定的目标,并且预计生物燃油会占据交通燃油总数的百分之二十以上。
欧盟是全世界生物柴油发展速度最快的部分,从04年生产量达到两百万吨以上后,短短的四年时间内,欧盟当中有二十多个国家,其生物柴油产能已经完全超出一千二百多万吨以上。
巴西不仅将燃料乙醇成功的推广应用到各个国家当中,并且巴西也是最早掌握生物柴油提取技术的国家之一。生物柴油在巴西被广泛的运用起来,在各个领域当中都有其身影,为巴西国家的经济发展提供非常有利的帮助,其主要选择的原材料多以蓖麻油为主。
亚洲各国也在非常积极的进行着生物柴油的发展与应用,日本相对于其他国家较早的研究出生物柴油技术,2005年日本生物柴油的使用已经完全达到当年柴油消耗量的百分之一以上。在亚洲很多国家,包括泰国、菲律宾、韩国等国家都在积极的进行生物柴油的研究与开发,并在其经济发展当中起到了非常有利的作用。
对于中国来说,研究生物柴油的起点时间虽然相对比较晚,但也受到了政府及各个领域的重视以及关注。在我国第十个五年计划纲要当中提出了要发展各种石油替代产品,将生物液体燃料的发展确立成我国新兴产业的发展方向以及重要发展道路。随着我国近几年社会经济、科学技术的快速发展,国内很多的研究单位已经成功的研究出运用菜籽油、大豆油、野生植物小桐籽油、黄连木籽油等为原料的生物柴油,我国很多公司与企业已完全开发出拥有自主知识产权的技术形式,其生物柴油的产量已完全超过二十万吨以上。
3. 生物柴油存在的主要问题分析
对于生物柴油来说,其主要的问题就是成本过高,根据相关数据研究分析,其制备成本中有百分之七十五以上都是原料的成本。为了能够降低其原材料的整体成本,有些国家已研究出相关的技术来解决这一问题:美国通过基因工程技术研究出高含油量的植物原材料;日本运用工业废油以及废煎炸油通过现今的提取技术生产生物柴油;欧洲等国家在土地上种植具有油脂的农作物来降低生物柴油的原料成本。为了能够有效改进生物柴油的生产工艺技术,提升其转化效率,降低生产成本,有些国家开始研究用生物酶法来合成生物柴油。
4. 我国生物柴油应用与发展前景
(1)根据有关调查研究的数据信息表明,我国每年消耗的植物油达到一千二百多万吨,直接产生的下脚酸化油已达到二百多万顿,一些大中型城市的餐饮业产生的废油也达到五百多万吨,对于这些废油只会当垃圾进行处理,这样不仅会造成浪费现象,甚至还会造成环境污染。我国可以对这些废油进行回收,有效地利用下脚酸化油以及餐饮废油来生产生物柴油,这样不仅能够有效的解决生物柴油生产的原料问题,而且也能够降低生物柴油的整体成本,同时解决废油脂等回收问题,大大降低环境污染,为我国经济发展做出有利贡献。
(2)国家要想实现长期有效的发展,就必须组织和建立科学研究,积极地采用基因工程等先进的技术对大豆、油菜籽等原料进行改良,增强其含油量,有效利用沿海地区所开发的微藻等,创建稳定可靠的生物柴油原料生产基地。
(3)对于多种的催化反应、催化剂寿命延长以及超临界下的酯交换反应等方面,必须要进行相应的技术革新及创新开发,积极有效的开发出生物柴油的新工艺、新的技术,从而更加进一步的降低其生产成本,推动其生产力的不断提升,为我国经济发展奠定坚实有力的基础。
结束语
生物柴油是一种先进的绿色环保液体燃料,是我国未来社会经济良好发展的重要部分,我国必须提升对生物柴油技术的研发,正确认识其特征以及重要性,根据其问题制定有效的解决策略,更好的保障生物柴油技术良好发展。我国政府和相关部门要提升对其的重视和支持,创造良好的产业环境与发展条件,有效保障生物柴油产业,使其为我国经济发展奠定坚实有力的基础,保障我国社会经济能够实现长期发展。
参考文献
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[2]董尧清,刘永祥.车用生物柴油的现状与发展前景[J].现代车用动力,2007,04:1-4+9.
[3]张志颖,张遒玮.车用生物柴油的应用现状与展望[J].现代农业科技,2010,09:263-264.
车用柴油 篇6
1 柴油机产生废气中有害物质的种类
碳氢化合物。柴油机排放的有害物质中主要的一种组成成分就是碳氢化合物。碳氢化合物也是由许多成分组成的,例如燃烧不完全的燃料,燃烧中氧化反应的中间产物、分子的分解等。柴油机所排放的这种碳氢化合物对环境造成破坏的机制是它能与环境中的氮氧化合物发生反应,例如与二氧化氮发生反应,产生臭氧等气体,对空气造成很大的污染,人体在呼吸过多的这种气体只有也有很大的伤害,因此控制柴油机碳氢化合物的排放对空气质量和人的健康都有重要作用。
碳氧化合物是汽车尾气的重要成分,也是有害气体。碳氧化合物中一氧化碳占主要成分,一氧化碳产生的原因是氧气不足的情况下,燃料不能充分燃烧,燃烧反应不能完全生成二氧化碳,还会生成一部分一氧化碳,一氧化碳对人体有害。一氧化碳使人中毒的机理是与血液中的血红蛋白结合,影响人身体的正常功能,从而出现中毒现象,严重者导致死亡。
氮氧化合物在柴油机排除气体中的比例不大,但是氮氧化合物的对空气的污染效果依然是很严重的。氮氧化合物是由氮气与氧气在高压下发生化学反应而形成的。当氮氧化合物遇到烃类化合物时会产生光化学烟雾,这种光化学烟雾会对人体产生很大的伤害,因此即使废气中氮氧化合物的含量很少,但是也要进行有效处理。
车用柴油机排放的气体中会带有很多颗粒物,颗粒物是在燃烧过程中,燃料与供气不均匀结合而产生的,颗粒物对人的呼吸道以及肺部产生危害,长时间吸收颗粒物会导致呼吸道疾病和肺部疾病,很难治愈。颗粒物也是废气排放处理的重点。
废气中的硫氧化合物主要是指二氧化硫和三氧化硫等,硫化物的形成主要是由硫化物与氧气发生化学反应的产物,硫氧化合物在进入大气后所带来的最典型的危害就是形成酸雨,对大范围的环境都会造成破坏。
2 提高柴油机废气质量和节能的具体措施
2.1 氮氧化合物的控制
由于氮氧化合物的污染系数较大,需要采取特殊措施进行处理。降低氮氧化合物排放量的有效措施是降低燃烧温度,使温度达不到生成氮氧化合物的反应条件,这种方法使氮氧化合物的排放量减少,但因为温度不够,柴油机的燃烧效率也会下降,对能源造成浪费。因此在使用降低温度来减少氮氧化合物的排放量时,还要考虑其他的因素。目前控制氮氧化合物的有效措施有两种。第一、增大压强并进行冷却处理。增大压强可以提高柴油机的功率,但压强增大也会使燃烧温度升高,温度升高会促进生成氮氧化合物的反应,为了防止氮氧化合物的量增多,要在增大压强后及时进行冷却处理。第二、废气循环。进行废气循环对降低氮氧化合物的排放量十分有效,进行废气循环会对硬件设施有一定要求,柴油机需要增加额外的管路。另外改善燃烧室的结构以及喷射方式也会对降低氮氧化合物的排放量有帮助。
2.2 提高柴油质量
柴油的质量对柴油机的排放有着重要影响,提高柴油的质量也能够有效提高汽车的尾气质量,减少有害气体的排放。例如降低柴油中硫的含量,会减少二氧化硫和三氧化硫的排放量,还可以减少颗粒物的排放。另外,如果柴油中芳烃含量少的话,氮氧化合物的排放量就会减少,尾气质量也会提升。质量好得柴油还可以提高燃烧效率,给予机车足够的动力。
2.3 合理控制燃烧极限
当燃料与供气混合浓度处于燃烧极限附近时,燃烧进行就会不稳定,同时压力的变化幅度也会增加,其主要表现为相同的循环过程中,平均压力变化幅度增大,不同的循环过程中,平均压力变化幅度也会增大。对压力变化的幅度进行测试,得知燃烧极限。在燃料与供气混合浓度达到燃烧极限时,可以适当提高喷油量,来提高混合浓度,使燃烧充分,避免因燃烧不充分而产生大量的有害气体,如一氧化碳等。如果压力的变化幅度比较小,说明混合浓度离燃烧极限比较远,应该控制喷油量,让柴油机进行稀薄燃烧,稀薄燃烧在保证燃烧效率的情况下可以节省能源,而且降低有害气体的排放量。总的来说,控制燃耗极限不仅可以节省能源还可以减少尾气排放,是十分有效的节能减排措施。
3 结语
随着人民能源意识和环保意识的加强,人们对发动机在节约能源和控制污染物排放方面的要求也越来越高,国家对排放要求也越来越严格,车用柴油机的能耗与排放问题也是需要解决的问题,针对柴油机的环保技术需要进一步的发展才能满足人们对汽车对发动机的要求,未来柴油机必须优化结构与性能,朝着耗能少,排放少的方向发展。
参考文献
[1]张印涛.车用柴油机节能与排放技术的发展[J].科技资讯.2014,12(14):118-118.
[2]郭佳栋.重型车实际道路车载排放测试及排放特性研究[J].北京理工大学.2015.
车用柴油 篇7
很多驾驶员不注意对车用柴油机冷却系统定期检查, 常是该系统出了故障再检查, 这样既影响了柴油机的使用寿命, 也影响了工作效率。具体做法如下:
(1) 定期调整风扇V带紧度, 应使V带松紧适宜。如调得太紧, 则水泵消耗功率大, V带、水泵滚动轴承使用寿命降低;如调得太松, 则出水压力降低, 影响冷却效果, 也缩短了V带的使用寿命。
(2) 定期检查节温器。节温器可根据水温高低自动调节冷却系统的冷却强度, 以保证柴油机的正常工作温度。使用中要经常检查节温器的技术状态, 简单做法是柴油机启动后, 用手握住上水管, 同时感觉水温和水压的变化。若在水温达65℃左右前, 感觉上水管温度较高;或在水温达65℃左右后感觉温度较低且无水压, 均说明节温器有故障, 应拆下节温器进行检查。
(3) 定期检查车用柴油机冷却系统的漏水情况。一般情况下柴油机工作300～400h左右应检查冷却系统是否有漏水现象 (外漏、内漏) 。外漏通过目测即可;内漏的检查方法是:先打开水箱盖, 在水箱内加满水。然后让柴油机高速运转, 同时观察水箱内水流状况, 如有气泡冒出, 即说明冷却系统有内漏, 应停车仔细检查。在日常使用中, 应该注意冷却系统的维护, 以延长冷却系统的使用寿命, 改善柴油机的工作性能。
2.冷却系统使用的注意事项
为保持柴油机的冷却水温度在正常范围内, 避免出现冷却水温度过高或过低。冷却系统在使用中, 应做到或注意以下几点:
(1) 经常检查发动机的水箱是否缺水或有渗漏现象, 不足时应添加至规定容量, 并检查发动机上所有的水管, 查看其是否卡装紧固, 有无老化、裂纹、锈蚀和过度折叠的地方 (过度折叠弯曲会影响冷却水的流量) , 有不合格处应维修或更换。
(2) 经常检查风扇皮带是否完好, 调整预紧力。风扇皮带轮转动时, 应无扭摆现象, 安装紧固。检查风扇叶片有无变形, 与其他附件有无运动干涉现象。
(3) 启动柴油机后, 发动机转速应先保持在低中速状态, 使发动机预热升温, 水温达到发动机的最低工作温度时, 才能正常运行。应避免发动机在低温时长时间的大负荷工作。
(4) 冬季使用柴油机时, 因气温较低。柴油机不能顺利启动, 可往冷却系统加入80～90℃的热水, 预热发动机或利用其他加热装置。如加热柴油机下部的油底壳, 使润滑油温度有一定升高, 以便顺利启动。如果冷却系统加的是普通的水, 冬季收车后, 待发动机温度降至40～50℃时, 将冷却系统的放水开关全部打开, 使冷却系统的水全部放尽。
(5) 在运行过程中, 如柴油机的水温突然升高, 应立即停车查明原因。若是冷却水量不足造成的, 应先将发动机怠速运转降温, 等发动机水温降低后, 在发动机怠速运转的情况下, 缓慢加入冷却水。严禁发动机高温后, 立即关闭发动机, 并用大量冷水加入冷却系统或用冷水冲柴油机进行降温。因为柴油机上的铸铁件在高温时受到猛烈的冷却后易炸裂。
(6) 发动机冷却系统内的节温器是一个很关键的部件, 它对控制发动机的温度作用非常大, 切不可随意摘取, 否则发动机会出现“过冷”或“过热”现象。检查节温器工作好坏时, 可将节温器从发动机上拆下, 放在一个装有一定水的金属容器内, 在火上“煮”一下, 手里拿一根温度计测试水温, 测试节温器“初开”和“全开”时的温度、时间, 同时测量一下节温器全开时的长度并记录下来。把这几个测量数据与厂家提供的数值相比看是否相符;如有不符, 应更换新的节温器。
(7) 目前柴油机内的冷却介质一般都不使用单纯的水, 而是使用防冻防锈液, 这种冷却液可有效防止气缸、气缸盖水道壁结垢现象, 并且有防锈蚀的能力, 其沸点比普通的水稍高。在冷却液不足时, 应根据使用说明书中规定使用的冷却液来添加, 不能只添加普通水。
车用柴油 篇8
随着汽车工业的发展,汽车在方便人们出行的同时,也在严重威胁着人类赖以生存的生态环境。据统计,一些大城市的大气污染物中,约80%的CO和40%以上的NOx来自于汽车尾气,一些较小城镇也在承受着汽车尾气带来的严重后果[1]。为了有效降低汽车污染物排放,限制汽车排放水平,美国、欧洲、日本等国家和地区相继建立了严格的排放法规,对污染物成分的排放水平做出了严格规定。相应地,各大汽车厂商也逐步加大技术和资金投入,用以开发有效的排气污染物控制技术,并取得了显著成效[2]。
我国汽车工业起步较晚,相应的排放法规也滞后于欧、美、日等发达国家和地区。我国汽车排放标准实施进程与欧洲对比见表1。
从表1中可以看出,我国汽车排放标准与欧洲相比还存在一定的差距,这一方面与发动机技术水平存在一定联系,同时也受到油品质量的限制。但值得关注的是,由于大气污染问题的日益严峻以及国家对于汽车尾气危害的持续关注,我国正在逐步缩小与欧洲等发达国家和地区的差距。
由于柴油发动机具有动力强劲、经济节油、安全可靠等特点,在商用车尤其是重型商用车上得到了非常广泛地应用。但是,柴油发动机也存在自身的不足之处,与汽油机相比,排放污染物中碳烟颗粒物的排放量大大升高,加之商用车一般选用大排量发动机,因此碳烟颗粒物的排放量相当大,这也进一步加剧了雾霾的产生[3]。为了降低柴油发动机的排气污染物水平、满足日益严格的排放标准,需要对柴油发动机的排放控制进行多方面研究,其中就包括柴油发动机排放污染物的种类与生成机理,以及柴油机机内净化、排放后处理等关键技术。
1 车用柴油机排放污染物的种类与形成机理
车用柴油机的排放污染物主要包括一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)、碳烟颗粒物(PM)和硫化物[4]。其中,一氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物以气体形式存在,硫化物以液态形式存在,固体污染物则包括碳烟颗粒物以及其表面附着的碳氢化合物和硫化物。下面将分别介绍不同污染物成分的形成机理。
1.1 一氧化碳
一氧化碳的产生主要源于柴油机燃料混合气的不完全燃烧,即燃气混合不均匀以及燃烧缺氧所致。因此,一氧化碳可以认为是柴油机燃烧的中间产物。
烃类燃烧一般可以用式(1)表示:
当混合气中的氧气足够充足时,CO和H2进而发生以下反应,用式(2)和式(3)表示:
可以看出,在缺氧条件下,混合气主要进行反应,如式(1),随着氧气含量的增加,部分CO反应生成CO2,燃烧产物中CO和CO2同时存在;当混合气中的氧气足够多时,CO完全转化成CO2。
CO和人体血液中的血红蛋白具有极高的亲和力,会生成碳氧血红蛋白,进而阻断氧气与血红蛋白结合,导致人体缺氧窒息,严重时危机人体生命。
1.2 氮氧化物
在柴油机排气污染物中,氮氧化物主要包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)两种形式,其中一氧化氮所占比重较大。氮氧化物主要是由于N2和O2在高温高压环境下发生化学反应生成的。NO和NO2的形成过程可以参见表2。
NOx具有很强的毒性,其溶于水后会形成硝酸,是酸雨的成分之一;此外,在特定条件下,会造成光化学烟雾。
1.3 碳氢化合物
碳氢化合物(HC)主要是由于混合气未燃烧或燃烧不充分、润滑油窜漏以及曲轴箱窜气所致。
混合气未燃烧或燃烧不充分主要是由于发动机运行过程中混合气过浓或过稀所致,使部分混合气未进行燃烧或燃烧不充分;润滑油窜漏主要是通过影响可溶性有机物(SOF)来影响HC产生的数量,润滑油使SOF的数量上升,进而促进HC的产生;曲轴箱窜气则是指混合气通过活塞组与气缸之间的缝隙窜漏至曲轴箱中,导致大量的未燃燃料直接排放到大气中,其中就包括未燃HC。
1.4 碳烟颗粒物
碳烟颗粒物主要是由混合气中的碳生成的,并且燃油的种类、燃油分子的碳氢比会对碳烟颗粒物的生成产生影响。一般认为,碳烟颗粒物是不完全燃烧的中间产物,同时也是混合气在高温缺氧条件下裂解脱氢后形成的化学反应产物。
碳烟颗粒的形成可以归纳为颗粒生成和颗粒长大两个阶段;生成阶段,在高温富氧的混合区域,柴油通过裂解和脱氢,形成先期产物,在低温区域,通过聚合和冷凝生成碳烟微粒;长大阶段,通过表面生长和聚集作用,使得颗粒物体积和质量不断扩大。
碳烟颗粒物极易被人体吸入,沉积在肺部,导致癌症肿块的形成,对人体造成极大的危害;同时,碳烟颗粒物也是形成雾霾的重要来源。
1.5 硫化物
硫化物主要来源于混合气和润滑油当中的硫,与氧气反应生成硫氧化物,如式(4)。硫氧化物溶于水会形成硫酸,因此硫化物也是酸雨形成的来源之一。
2 车用柴油机排放控制技术
排放控制策略应综合考虑柴油机的固有特点,包括混合气的形成方式以及燃料燃烧特点。柴油机与汽油机不同,柴油是通过喷油泵和喷油嘴直接进入气缸内与空气混合,受到压缩使空气温度升高,进而柴油自燃[5]。
在柴油机的排放污染物中,一氧化碳、碳氢化合物的含量相对较少,硫化物的含量主要取决于燃油当中硫的含量。相比之下,碳烟颗粒物和氮氧化物的含量则相对较高,因此也成为了排放控制的重点内容。
柴油机排放污染物的控制技术可以从以下2个方面出发。
2.1 提高燃油品质
燃油品质对排放污染物的产生具有决定性的作用[6]。柴油机排放的氮氧化物、一氧化碳和碳烟颗粒物可以通过增加柴油当中的十六烷值来降低。其中,氮氧化物的含量与油品中芳香烃的含量有关,因此,减少芳香烃的含量可以有效降低氮氧化物的排放;而减少油品中硫的含量则可以有效降低硫化物的排放量。
改善油品质量可以从以下4个方面进行:
(1)适当增加柴油的十六烷值,并控制在合理范围内,同时减少燃油中芳香烃的含量。十六烷值是用以表征柴油自燃能力的一项重要指标。通过增加柴油的十六烷值,柴油的着火延迟期就会缩短,燃烧更加缓和,因此燃烧室内的温度和压力得到降低,氮氧化物、一氧化碳和碳烟颗粒物的排放就会降低。
但是,十六烷值不能过高,否则将会导致燃油和空气混合不均与,混合气燃烧不充分,进而导致碳烟颗粒物排放增多。因此,柴油的十六烷值必须控制在合理的范围之内,一般在50~60之间。
芳香烃作为柴油的组分之一,其十六烷值非常低,因此自燃的能力也较差。柴油中芳香烃的含量增加会降低柴油的自燃能力,导致燃烧初期未燃燃油增多,随着燃烧进程的推进,集聚的未燃燃料会发生骤燃现象,导致气缸内的温度和压力急剧升高,发动机工作极其粗暴,氮氧化物的排放量也会急剧增加[7]。
因此,控制十六烷值在合理的范围内、降低油品中芳香烃的含量是减小碳烟颗粒物和氮氧化物排放的有效途径。
(2)对柴油进行乳化处理。柴油乳化是指在标准柴油中,加入水和生物柴油的处理过程。一般情况下,标准柴油、生物柴油和水的比例可以按照式(5)确定。
乳化柴油=80%×(70%标准柴油+30%生物柴油)+20%×水式(5)
乳化柴油中,水主要用来降低氮氧化物和碳氢化合物的生成量,其原理是:
①利用水气化过程中吸收大量的热量,进而降低燃烧室温度,从而达到降低氮氧化物生成。
②水在气化过程中,会加快气缸内气流的流动,进而加速燃油与空气的混合,促进燃烧的快速进行,破坏了激冷层的生成条件,从而抑制了碳氢化合物的生成。
(3)利用脱硫技术降低柴油的硫含量。柴油当中的大部分硫会在燃烧过程中转化为,部分会进一步与反应生成硫酸盐颗粒,增加柴油机排放颗粒物的生成。试验证明:柴油中硫含量与颗粒物排放之间存在着正相关关系,且近似呈线性关系。颗粒物排放量与硫含量的关系如图1所示。
因此,降低柴油当中硫的含量可以有效降低颗粒物的排放量,同时对硫化物排量的降低具有显著的作用。
2.2 柴油发动机机内净化技术
柴油发动机机内净化技术的实质是采用相应的化学、物理方法合理优化柴油机的燃烧过程,力求燃料与空气的充分混合与燃烧,同时缓和发动机的工作环境,进而降低排气污染物的产生。
现阶段,使用最为广泛、技术最为成熟的机内净化技术总结如图2所示[8]。
(1)HCCI技术是均质充量压燃技术(Homogeneous Charge Compression Ignition)的简称。均质是指混合气的混合比例非常均匀,既可以在进气系统中进行前期混合,又可以在气缸内混进行混合,但无论哪一种混合方式,燃料和空气的混合一定要足够充分和均匀。当均匀的混合气形成之后,发动机通过压缩冲程所产生的高温和高压引燃混合气,达到均匀燃烧的效果。HCCI发动机将柴油机和发动机的优点相结合,可以有效降低排气污染物的产生,尤其是对氮氧化物和碳烟颗粒物的生成起到了非常显著的抑制作用。
(2)VNT技术是指可变喷嘴涡轮增压技术(variable nozzle turbine)。该技术是在传统的涡轮增压器上增加了一片导流片,该导流片的位置是可移动的,以保证在不同的转速条件下提供最佳的进气压力和流速。这对于提高低转速条件下的进气压力具有显著的效果,从而保证平缓的扭矩和功率输出。VNT发动机的平均有效压力和平均压力均得到提高,碳烟颗粒物、一氧化碳和碳氢化合物的排量大大降低。
(3)多气门技术能够增加进排气道的总截面面积,对于改善喷油器的冷却效果以及活塞热应力具有突出效果,同时能够有效提升柴油的喷雾效果,加快混合气的均匀形成,进而降低碳烟颗粒物、氮氧化物和碳氢化合物的生成。
(4)废气再循环技术(Exhaust Gas Re-circulation,EGR)是指将发动机产生的部分废气重新运送至进气歧管处,经与新鲜混合气混合后,一同进入气缸的发动机进气技术。该技术主要是利用了废气中CO2比热容较高的特征,同时废气的加入有效降低了混合气当中氧气的浓度,从而有效降低混合气燃烧的速度、燃烧室的最高温度和平均温度,进而抑制了氮氧化物的生成。
(5)燃烧室与涡流优化技术主要是指将燃烧室的形状尺寸、供油系统、进气气流等参数进行合理优化,进而达到最佳匹配的效果。该技术可以使高压喷射条件下的涡流比降低,从而减少碳烟颗粒物的生成。
3 结语
对柴油机排气污染物的种类、生成机理进行阐述,并总结了现阶段调高柴油机排放水平、降低柴油机排放污染物生成的有效途径,得出以下结论:
(1)提高燃油品质是提高柴油机排放水平的最根本途径,是有效降低排气污染物生成的关键。
(2)降低排气污染物中CO生成的有效途径有VNT技术;降低排气污染物中生成的有效途径有HCCI技术、多气门技术和废气再循环技术;降低排气污染物中HC生成的有效途径有VNT技术、多气门技术;而HCCI技术、VNT技术、多气门技术和燃烧室和涡流优化技术对碳烟颗粒物的生成具有较好的抑制作用。
摘要：文章介绍了汽车排气污染物的危害以及我国汽车排气污染物控制法规的实施进程,同时总结了柴油发动机的应用特点和在排放领域存在的问题,对柴油发动机排气污染物的种类、生成机理进行阐述,并总结了现阶段调高柴油发动机排放水平、降低柴油发动机排放污染物生成的有效途径。
关键词：柴油发动机,排气污染物,排放控制,机内净化技术
参考文献
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