浅谈柴油质量对柴油机喷射系统的影响

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欢迎访问e展厅 展厅 1 发动机展厅 汽油发动机, 柴油机, 船用柴油机, 天然气发动机, 气缸及部件, ... 本文介绍了美国和欧洲排放法规的发展以及排放法规对柴油喷射系统的升级换代。着重阐述了柴油质量尤其是柴油清净性对柴油喷射系统的重要性。而添加柴油添加剂是提高柴油质量的一种较好的解决途径。 1 排放法规的发展 柴油机技术发展的原动力来自于排放法规的变严。OEM不得不采用新的技术来满足排放法规要求。近20年来，各国政府相继出台了日益严格的排放法规，见图1、图2。 由图可见，在美国，从1998～2007年，柴油机排放最重要的两个指标NOx和微粒分别下降了95%和90%；在欧洲，从欧Ⅲ～欧 V，要求NOx下降60%，微粒下降到原来的80%。中国因等效采用欧洲标准，因此将在更短的时间内完成排放标准的升级。例如北京预计在2008年率先实行欧Ⅳ排放。 2 柴油发动机燃料喷射系统的发展 在欧Ⅰ、欧Ⅱ时代，柴油机普遍采用机械式燃料泵和喷嘴就可以满足较为宽松的排放要求。燃油压力的形成与发动机的工况有关，喷油嘴的工作与发动机的实际需要有时并不匹配，喷油嘴喷油时间和持续时间不够精确。而机械式燃料泵产生的油压一般在10～50 MPa，喷油孔的直径一般在0.2—0.8 mm。这时期的喷射系统对柴油质量有一定的要求，但不是很高。 进入欧Ⅲ、欧Ⅳ时代。传统的机械式燃料泵已不能满足排放指标。 必须寻求喷油压力更高、雾化更好、喷油更精确的燃油喷射系统来改善燃烧以满足排放要求。高压共轨系统的出现实现了这一目标。共轨是柴油喷射系统将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开.电磁阀控制的喷油器替代了传统的机械式喷油器，燃油轨中的燃油压力由一个径向柱塞式高压泵产生，压力大小与发动机的转速无关，对不同工况可确定所需的最佳喷射压力 和喷油量，从而优化柴油机综合性能。为了达到更好的雾化效果，共轨系统的喷射压力可以达到120～200 MPa，喷孔直径甚至小于0.1 mm，这些变化使柴油喷射系统对柴油质量的要求更高了。欧洲柴油喷射系统主要参数变化情况见表1。 3 柴油质量对柴油喷射系统的影响 柴油的质量对柴油喷射系统的影响很大。 首先，若柴油中含有固体杂质，将造成滤网、滤芯堵塞，导致供油中断，使喷射系统无法正常工作。若柴油中含有水分，则进入喷油泵后，不但会使柴油机工作不正常，还有可能使精密偶件的表面锈蚀，在冬季还有可能引起供给系结冰而无法起动。同时，为了满足排放的要求，柴油里的硫含量越来越低，欧I柴油的硫含量为2000×10-6，欧Ⅳ硫含量只有50×10-6，这会影响柴油润滑性，使柴油泵产生更多的磨损。而更为普遍的现象是，柴油中已含的固体杂质以及柴油被部分氧化降解后的产物还将加剧柴油喷射系统的磨损和堵塞，使之无法正常工作，引起燃油消耗量增加、柴油机功率下降、噪声更大、怠速不稳定、排放增加等一系列问题。这就涉及到柴油清净性问题了，如果柴油具有良好的清净性能，就能够清除在喷射系统内部形成的沉积物，并能保持喷射系统清净，使喷射系统长期处于良好的工作状态。 因此，GB 252—2000对柴油里的水含量、机械杂质、灰分、润滑性等作出了严格的规定。另外，国标里虽然没有规定柴油的清净性能，但越来越多的OEM、燃油喷射系统制造商、油公司和地方政府都意识到了这个问题，即柴油的清净性能好，不仅能延长柴油喷射系统的寿命，减少维护成本，同时能长时间维持喷射系统工作正常，使发动机处在最优化的工作状态下。工业界一般使用柴油清净剂来改善柴油的清净性，因此在一些地方出台了有关柴油清净剂的地方标准（如深圳的SZJGll—2004），以规范当地对柴油清净性的要求。 目前，工业界普遍采用标致 XUD-9和康明斯L-10台架试验来评价柴油的清净性。 标致XUD-9是一个欧洲试验台架，使用的是一台1.9L的4缸非直喷柴油机。试验前将清洁的经过空气流量测量的喷嘴安装在发动机上；试验在4个阶段循环工况下运行10 h；试验结束后再次测量喷嘴空气流量。试验前、后喷嘴空气流量的变化即反映了试验后喷嘴的结焦程度，也就是反映了柴油的清净性能。XUD-9喷嘴见图3；试验后针阀处沉积物比较结果见图4。 而康明斯L-10则是美国20世纪80年代开发的试验台架，使用的是两台10L的直列6缸涡轮增压直喷柴油机。其工况循环是模拟美国城市垃圾车的 运行状况；其试验时间要持续125h，试验完毕后不仅要检测喷嘴的空气流量损失，还要评定喷嘴沉积物的类型和数量。但是，由于此试验过于费时，试验费用相当高，此试验已很少被采用。喷嘴零部件构成见图5；试验后针阀处沉积物比较见图6。 但迅速发展的喷射系统技术对柴油质量提出了许多新的要求，同时也出现了一些新问题。更高的喷射温度使喷嘴就像一个反应器，加速了柴油的氧化和沉积物的形成；而喷射系统更精密，喷孔直径更小，使柴油喷射系统对柴油中的沉积物更为敏感，也就是说对传统的喷射 系统不会产生影响或者影响不太的沉积物会对新的喷射系统产生重大影响；更高的喷射压力使柴油里的杂质运动速度更快，对喷射系统的损害也就越大；有些使用在柴油中的劣质添加剂在高温下反而会在喷嘴处形成更多的沉积物；所有的这些都会直接影响到柴油机的燃烧性能，从而进一步影响到动力性能和排放。因此，在这种情况下，我们、应该更加注重柴油质量，尤其是柴油的清净性。OEM和燃油喷射系统制造商相信，合适的添加剂在解决这些问题上能起到非常重要的作用。工业界也在考虑开发新的试验台架来更好地评价柴油清净性对现代燃油喷射系统的影响。 4 结束语 柴油质量对柴油机喷射系统的影响很大，从而影响柴油机的各种性‘能，如发动机噪声、动力性能、油耗、排放等。随着欧Ⅲ、欧Ⅳ时代的到来，新技术和新硬件在发动机喷射系统的应用，对柴油质量提出了新的挑战，尤其是柴油清净性显得更为重要。而使用正确的柴油添加剂是一种很好的解决途径。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/20/2007)