FBC添加剂对柴油机性能及可靠性影响研究

摘 要：燃油催化再生添加剂（fuel borne catalyst，FBC）能够降低DPF的再生温度，本文采用含8ppm浓度铁基FBC的市售国五0号柴油，对柴油机的性能、可靠性的影响进行试验研究。试验结果表明：FBC对柴油机性能及可靠性没有影响。

关键词：FBC；柴油机；性能；可靠性

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

0 引言

柴油机因为其经济性好、输出扭矩大、耐用等优点被广泛应用于重型货车、城市大巴、工业设备等。柴油机排气的有害成分主要有CO、HC、NOx、硫化物以及颗粒物、臭味气体等，由于柴油机使用的混合气平均空燃比比理论空燃比大，故其CO及HC排放明显低于汽油机，但NOx、颗粒物及臭味气体却较高[1]。

目前，壁流式颗粒捕集器（DPF）是降低PM排放最有效的装置之一，其捕集效率可达95% 以上[2，3]。但当PM不断在DPF中累积，发动机背压会逐渐升高，当背压升高到一定值时，柴油机动力性与经济性开始明显恶化，因此需要对DPF中捕集的颗粒物进行清除，即DPF再生。再生方法有利用外部热源再生、降低微粒活化能再生、利用发动机热能再生等多种方法，其中缸内后喷、利用DOC氧化特性辅助DPF再生研究较多，应用普及[4，5]。

燃油催化再生添加剂（fuel borne catalyst，FBC）通过降低DPF中捕集的碳烟颗粒的活化能，使碳烟间的化学键更容易断裂，在更低的温度下实现DPF再生。随着国家排放法规的升级，DPF已成为柴油车必须搭载的后处理装置，而国内目前就FBC对柴油机的影响研究尚不完善，因此有必要开展柴油机使用FBC对柴油机性能及可靠性影响研究，为FBC的推广应用提供支撐。

1 试验设备及试验方案

1.1 试验设备

表1为试验使用的测试用设备型号，表2为测试用发动机参数。

2 FBC对柴油机性能影响试验研究

2.1 试验方案

将发动机运转至额定工况点，调节试验边界：调节排气背压为60kPa、中冷后温度45℃±2℃、环境温度25℃±2℃、燃油进油温度25℃±1℃，冷却液温度95℃±2℃，试验边界稳定后方可进行性能试验。

首先使用市售国五0号柴油进行额定点性能试验。更换FBC浓度为8ppm的市售国五0号柴油进行全速全负荷运转1h，确保燃油管路中的不含FBC柴油全部用尽，然后进行额定点性能试验。

2.2 试验结论

如表3所示，8ppm-FBC的柴油混合燃料与国五市售柴油相比，柴油机的动力性、经济性均没有明显差异。

动力性指标：使用国五市售柴油和8ppm-FBC的柴油混合燃料，柴油机功率和扭矩的一致性偏差分别为0.38%和0.35%，均在一致性偏差要求的范围内；

经济性指标：使用国五市售柴油和8ppm-FBC的柴油混合燃料，柴油机额定点油耗一致性偏差为0.16%，满足一致性偏差的要求。

3 FBC对柴油机可靠性影响试验研究

3.1 试验方案

首先针对FBC对柴油机可靠性影响进行工况设计，为能更贴切整车实际使用状态，根据整车常用工况研究，选取常用车速对应的发动机工况（1200r/min&50Nm、1500r/min&80Nm、2000r/min&110Nm与2400r/min&80Nm）、满载时的大负荷工况（1500r/min&260Nm、3000r/min&195Nm）及怠速工况交替运转，具体工况如图1所示，每循环124min，共进行387循环，合计800h，试验过程中监控发动机动力性、经济性变化，试验结束对发动机进行拆解分析，评价FBC对主要零部件的影响。

3.2 试验结论

可靠性试验过程中，试验过程中额定点功率、扭矩、燃油消耗量基本没有变化，如图2所示；试验后发动机动力性表现良好，各性能参数均在评价标准范围内，如表4所示，添加剂对发动机无负面影响。

主要部件如活塞、曲轴、连杆、活塞、轴瓦等零部件未发现明显异常，如图3、图4所示；喷油器单体性能试验结果显示可靠性试验后4支喷油器流量较试验前衰减程度与无FBC可靠性试验后相当，均在2%-5%，如图5所示。缸筒等存在相对运动的部件磨损量均在指标范围内，如表5所示。

4 结论

通过系统试验验证和研究分析，FBC对柴油机性能及可靠性没有影响，具体结论如下：

（1）与未添加FBC柴油相比，柴油机额定点功率、扭矩和油耗率的一致性偏差分别为0.38%、0.35%和0.16%，均在一致性偏差范围内，FBC对动力性没有影响；

（2）经过800h部分负荷可靠性试验后，柴油机额定点功率、扭矩分别下降0.4%和0.9%，油耗率下降3.7%，均在5%指标范围内，FBC对可靠性后柴油机性能没有影响；

（3）经过800h部分负荷可靠性试验后，燃油喷射系统性能良好，喷油器流量衰减2%-5%，与无FBC可靠性后基本相当，缸筒等存在相对运动部件磨损均在指标范围内；主要部件如曲轴、连杆、活塞、轴瓦等零部件未发现明显异常， FBC对可靠性后柴油机主要零部件没有影响。

参考文献：

[1]李兴虎.汽车环境污染与控制[M].北京：国防工业出版社，2011（04）：223-225.

[2]李路，孟忠伟，陈超等.CDPF再生性能的试验研究[J].车用发动机，2015（06）：50-54.

[3]嵇乾，刘志强，孙平等.纳米燃油添加剂对柴油机颗粒物排放特性的影响[J].车用发动机，2015（01）：65-68.

[4]刘宏威，张凯凯等.采用缸内后喷和排气管喷油的DOC辅助DPF再生技术的研究[J].汽车工程，2015（04）：391-395.

[5]张靖，孟忠伟等.柴油机DOC+CDPF系统的过滤和再生性能试验研究[J].车用发动机，2016（04）：62-65.

作者简介：曹迎春（1983-），男，安徽铜陵人，本科，业务经理，从事发动机零部件检测研究工作。

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