基于燃烧室外预热的柴油发动机性能分析

杨荣海，李心月，李少岩，魏太奎，吴 西，韩慧珉

(1.东北林业大学交通学院;哈尔滨150040;2.四川省自贡市交警支队检测站四川自贡643000)

能源匮乏和环境污染已成为当今世界各国所面临的两大难题，柴油机凭借高热效率和高可靠性得到了越来越广泛的应用，专家学者们不断在柴油机燃烧领域内寻求节能减排的办法，一方面集中在发动机结构上，例如高压共轨技术和增压器等［1－3］，另一方面致力于代用燃料的制备上，例如生物柴油、乙醇柴油和乳化柴油等等［4－11］。柴油机的工作取决于内部结构和燃油雾化效果，通过在燃烧室外预热燃油的方式使柴油的粘度降低，能够有效提高其雾化质量和喷射距离，达到改善发动机性能的目的［12］。本文主要探讨燃烧室外预热对柴油发动机性能的影响，将燃油预热至40℃、50℃、60℃、70℃、80℃和90℃，分别进行柴油机的负荷特性实验、速度特性实验和排气烟度实验，并对实验结果进行对比分析。

1 实验方法

将自制的电控恒温燃油预热装置安装在实验发动机的供油系统上，燃油在燃烧室外预热条件下供给发动机，将燃油预热至 40℃、50℃、60℃、70℃、80℃和90℃，分别进行柴油机的负荷特性实验、速度特性实验和排气烟度实验，通过发动机测控系统控制发动机的工作状态并记录实验数据，预热装置的温度误差为±2℃，主要实验设备及型号见表1所示。

表1 主要实验设备及型号Tab.1 Main experimental equipment and type

2 实验结果

2.1 燃烧室外预热条件下的柴油机负荷特性

燃烧室外预热条件下的柴油机负荷特性实验结果见表2和图1所示。根据表2的实验数据和图1的负荷特性曲线可知，在保持输出功率一致的条件下，随着预热温度的逐渐升高，平均燃油消耗量呈现出先降低再增加的趋势。与预热40℃时的平均燃油消耗量相比，预热50℃时降低了3.8%，预热60℃时降低了7.6%，预热70℃时降低了2.2%，预热80℃时降低了1.6%，预热90℃时降低了3.6%，因此预热60℃时最省油。

表2 燃烧室外预热条件下的柴油机负荷特性实验结果Tab.2 Experiment results of diesel engine load test preheated outside of the combustion chamber

图1 燃烧室外预热条件下的柴油机负荷特性曲线Fig.1 Curves of diesel engine load characteristics experiment preheated outside of the combustion chamber

2.2 燃烧室外预热条件下的柴油机速度特性

燃烧室外预热条件下75%负荷的柴油机速度特性实验结果见表3和图2。根据表3的实验数据和图2的速度特性曲线可知，随着预热温度的逐渐升高，平均燃油消耗量呈现出逐渐降低的趋势，与预热40℃时的平均燃油消耗量相比，预热50℃时降低了3.4%，预热60℃时降低了6.0%，预热70℃时降低了1.1%，预热80℃时降低了1.2%，预热90℃时降低了1.2%，因此预热60℃时柴油发动机的经济性最佳。随着预热温度的不断升高，输出功率呈现出逐渐增加的趋势，与预热40℃时的输出功率相比，预热50℃时增加了1.7%，预热60℃时增加了4.3%，预热70℃时增加了8.6%，预热80℃时增加了9.4%，预热90℃时增加了9.9%，因此预热90℃时柴油机的动力性最优。

图2 燃烧室外预热条件下75%负荷的柴油机速度特性曲线Fig.2 Curves of diesel engine speed characteristics with 75%load preheated outside of the combustion chamber

表3 燃烧室外预热条件下的柴油机速度特性实验结果Tab.3 Experiment result of diesel engine speed characteristics preheated outside of the combustion chamber

2.3 燃烧室外预热条件下的排气烟度

燃烧室外预热条件下的排气烟度实验结果参见表4和图3。根据表4的实验数据和图3的排气烟度曲线可知，预热80℃时排气烟度最低，因此预热80℃时柴油机的排放性最优。

表4 燃烧室外预热条件下的排气烟度实验结果(烟度数值/RB)Tab.4 Experiment result of exhaust smoke preheated outside of the combustion chamber

图3 燃烧室外预热条件下的排气烟度曲线Fig.3 Curves of exhaust smoke preheated outside of the combustion chamber

3 结论

实验结果表明，将燃油预热至60℃时柴油机的经济性最优，预热至90℃时柴油机的动力性最优，预热至80℃时柴油机的排放性最优，因此能够改善柴油机工作性能的最佳预热温度范围为60℃至90℃。

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