燃油预热对柴油机经济性影响的研究

程浩

摘 要：柴油是由烷烃、烯烃和多环芳香烃组成的混合物，通过对流经高压油管的柴油进行加热，使其中部分成分达到过热状态，即可实现喷雾的闪急沸腾效应，进而促进柴油的雾化、蒸发和混合，改善发动机燃烧特性并降低其有害污染物的排放。

关键词：燃油预热；柴油机经济性

柴油发动机具有压缩比大、燃料转化为功的效率高、燃油消耗量低等优点，一般汽车用柴油发动机比相同功率排量的汽油发动机节约燃料30%左右。

一、燃油预热对柴油机经济性影响

1.燃油温度与燃油雾化效果。发动机的动力性、经济性和排放污染物的浓度都与发动机的燃烧过程由关系。影响发动机燃烧过程的直接冈素很多，如燃油喷射雾化、进气系统和燃烧室形状等，其中燃油雾化的质量是最重要的影响因素。

喷油雾化质量好的标志是所喷出的油粒细小均匀，这样可增大油粒与空气接触的总而积，使燃料蒸发和氧化进行得较快，缩短着火延迟时期，有利于燃料迅速、完全地燃烧，提高柴油机的动力性和经济性。蓄压管压力及燃油在喷油器喷孔处的压降，是决定燃油雾化质量和油滴尺寸的主要因素。而蓄压管压力及燃油喷孔处压降是受燃油弹性模量、粘度及表面张力直接影响的，燃油温度间接对其产牛影响。但现代高压共轨电控燃油喷射系统的喷油压力极高，受燃油温度影响的压降率极小，其对喷雾的油滴尺寸、索特平均直径的影响不显著。在对燃油温度的变化范围20～260。C区间内进行燃油雾化特性研究过程中得到，燃油温度的升高，使燃油的气相转换率提高，燃油的蒸发效果随燃油温度的升高而增大。

2.燃油温度与发动机燃烧特性。发动机的燃烧特性直接影响发动机的动力性、经济性及排放污染物浓度。当发动机处于稳定工况时，蓄压管压力、喷油量、喷油率等喷射参数都随燃油温度的增加而线性减小，燃油的雾化效果随温度升高而增强。由燃油温度变化而产生变化的燃油喷射参数及蒸发效果会导致缸内燃烧特性如：气缸压力、最高燃烧压力、燃料放热率等的变化。燃油温度的升高引起喷油率减小，喷油器针阀开启持续时问延长，这一系列的连锁变化导致发动机燃料燃烧的着火延迟期滞后。由于燃料燃烧的滞燃期迟后，燃料开始燃烧对应的曲轴转角延迟，在燃料燃烧释放出最大燃烧压力之前发动机活塞已经进入下行阶段，燃料燃烧速率减缓，主燃期延长，因此降低了燃烧的最高压力及最高温度，同时引起发动机排放温度的升高。对燃油温度与燃烧特性的关系进行过论述中提到，燃油温度升高，喷油器针阀开启持续时间延长，导致发动机燃料燃烧的滞燃期延迟。由于燃料燃烧的滞燃期迟后，燃料开始燃烧对应的曲轴转角延迟，在燃料燃烧释放出最大燃烧压力之前发动机活塞已经进入下行阶段，燃烧的主燃期延长，因此使燃烧的最高压力P。及最高燃烧温度乙。降低。同时燃油温度升高，燃料霧化充分，燃烧彻底，但是燃料温度升高也会造成喷油率和喷油量的减少，燃料燃烧所放出的总热量降低，而使发动机的有效功率降低。

3.燃油温度对燃油消耗率的影响。燃油温度与喷油定时、喷雾特性和混合气形成过程以及燃油结焦与否等因素密切相关，过高的燃油温度不利于喷雾在轴向及径向的发展，进而影响缸内混合气当量比的合理分布，并导致喷油定时过分推迟。实际上，对在用机型通过高温燃油喷射来改善其性能，存在着一个最佳的燃油温度范围，在此温度范围内，可兼顾发动机的燃油经济性与低排放性能。为了寻求受试发动机的最佳燃油温度范围，可通过数值模拟计算对高温燃油喷射雾化、蒸发及其混合气形成过程进行研究，以探讨燃油热强化的作用机理及其与燃烧参数的匹配关系。

二、燃油预热优化

1.燃油预热温度模型设计。燃油预热温度在发动机转速不变的条件下，既可影响着发动机的输出性能，可影响发动机排放性能。其现实意义极其明显，当车辆在巡航定速条件下，可通过干预燃油预热温度的方法，能够改变发动机的输出功率，这种微调整策略能确保燃油消耗量不变的状态下，保证车辆正常的巡航定速要求。因此，燃油预热温度与发动机的输出功率和转速之间的定量关系显得尤为重要，也是进行预热燃油温度控制系统设计的物理基础。

2.压力升高率及其最大爆压与实测值符合较好；尤其是在原机条件下，模拟计算与实测示功图之间具有良好的一致性。其他工况不同燃油温度对发动机燃烧过程影响的计算结果表明，高温燃油对燃烧过程的影响涉及喷油定时、喷雾形态、燃烧室浓度场分布，以及浓度场与流场相互作用等问题，因此有必要开展多参数优化匹配的后续研究。适度高温燃油喷射可以加快喷雾混合过程，增加可燃预混合气的体积；然而燃油温度过高则使可燃预混合气的体积反而有所减少。才能有效改进发动机的热效率，降低其污染物排放。

3.电加热预热方法。该方法是利用电热丝直接加热供油系统从而问接加热燃油的方法。加热燃油的热量来自于通电后的电热丝、加热带等电器元件。由于供油系统高压油管属于热与电的良导体，冈此在保证电热丝与高压油管之间形成可靠绝缘的前提下，还要确保电热丝的热量能够高效的输送至高压油管内部并迅速的加热流经的燃油。利用功率换算能够得到电热丝阻值，选取适当阻值的电热丝。试验时，使用云母布等绝缘材料均匀紧密缠绕在高压油管外表面，再将套装有玻璃纤维管的电热丝缠绕在已经包有云母布的高压油管外侧。最后在电热丝外包裹一层石棉布或者玻璃纤维布来减少热量散失。因此采用测量范围大、温度敏感度高的铂电阻温度传感器。由于要测量高压油管内的燃油温度，因此要在高压油管上安装温度传感器座，以保证在能够准确探测燃油温度的同时，不会出现漏油现象而影响供油压力。

本文的所采集数据有：发动机功率、转矩、燃油消耗量、燃油消耗率和排放污染物的光吸收系数。就采集到的试验数据可以分析得出柴油温度对发动机的性能影响的趋势，因此在进一步的研究当中应对喷油压力、喷油正时，喷油持续期、喷油量、喷油率、气缸压力、喷雾锥角、喷雾贯穿距离等一些列参数进行数据采集，完善发动机性能试验数据。

参考文献

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