汽油清净分散剂电控喷射模拟试验装置的建立

汽油清净分散剂电控喷射模拟试验装置的建立 汽油清净分散剂电控喷射模拟试验装置的 建立 17卷第2期 2004年6月 石油化工高等学校 JOURNALOFPETROCHEMICALUNIVERSITIES V01.17NO.2 Jun.2004 文章编号:1006—396X(2004)02—0068—04 汽油清净分散剂电控喷射模拟试验装置的建立 杨礼河,解世文,孙玉德,张连友 (天津大学内燃机研究所,天津300072) 摘要:根据汽油机喷油器结焦积碳形成机理,建立了一套有效的汽油清净分散剂的评定装置——电控喷射 模拟试验装置.该装置通过对喷油器强化加热,控制喷油器的喷油时间间隔,从而强化了喷油器结焦积碳的形成条 件,缩短了试验时间.为验证该装置的有效性,选用几种在实验室发动机台架上清净性效果较好的添加剂对其进行 了试验验证.同时,通过控制喷油器的加热状况,以模拟汽车试验15/45喷油器环境温度.试验明,该模拟试验装 置对各种添加剂分辨效果明显,重复性好,试验可靠.通过对该模拟试验装置评定结果与试验室台架试验的评定结 果的比较可知,两者评定结果趋势一致. 关键词:电控喷射;添加剂;模拟试验装置;清净分散剂 中图分类号:TE624.81文献标识码:A EstablishmentofElectronic——ControlledPortFuelInjectorSimulating TestApparatusforEvaluationofGasolineDetergent——Dispersant YANGLi—he,XIEShi—wen,SUNYu—de,ZHANGLian—you (InternalCombustionEngineResearchInstituteofTianjinUniversity,Tianjin300072,Ckina) Al~tract:Basedonthemechanismofformationofaportfuelinjectorcarbondeposits,anefficientgasolinedetergent—dispersant 【'valuatingapparatus—electronic— controlledportfuelinjectorsimulatingtestapparatuswasconstructed.Byintensifiedheatingthe fuelinjectorandcontrolledtheinjectionintervaloftheportfuelinjector,theformationrequirementsoftheportfuelinjectorcarbon depositswereintensifiedandthetesttimeWaSshortened.Fortheverificationtheusefulnessofthedevice,severalgO0dadditiueswith resultofcleaninthelaboratorytestbedwerechoandpassingtheexperimentresearch.Meanwhile.thedeviceCansimulate environmenttemperatureofportfuelinjectorofthetypicalautomobiletest15/45throughregulatingtheheater.I'heresultsindicate thatthissimulatingapparatuscandistinguishthedifferentadditivesobviously;thedataofthetestareconsistentandreliable.By comparingtheassessableresultsofthissimulatingapparatuswiththedataofthetestinthelaboratorytestbed,thesetworesultshave beenfoundtotendtobeidentica1. Keywords:Electroniccontrolinjection;Additive;Simulatingtestapparatus;Detergent— dispersant 近年来,电控喷射系统在汽车上的广泛应用,使 得用于电控喷射系统的添加剂也应运而生,这就对 如何评价电控喷射用添加剂提出了新的课题.利用 常规的试验室全尺寸台架试验,只能评价添加剂在 发动机燃烧室及进气系统清净分散效果,而对喷油 器的结焦效果则无法评定;利用实际现场行车试验 收稿日期:2003—11—02 作者简介:杨礼河(1966一),男,山东泰安市,工程师,在读博 士. (以及进一步的大规模车队行车试验),则要花费大 量的人力,物力,时间[.为此,建立有效的电控喷 射模拟试验不仅对添加剂的评定有其重要意义,对 电控喷射系统喷油器的结焦积碳的研究提供了一种 新的试验方法. 1电控喷射模拟装置及工作原理 1.1台架的组成 为了评价清净分散剂在电控喷射汽车上的清净 第2期杨礼河等.汽油清净分散剂电控喷射模拟试验装置的建立69 分散效果,建立了汽车用电控喷射模拟试验装置,如 图1所示. 1.2工作原理 1.2.1喷油器的结焦机理众所周知,汽油中含有 胶质等沉积物前躯体,热浸过程中(汽车连续行驶一 段时间后,发动机停止工作,处于停车状态,受气缸 和排气管内的辐射热的影响,发动机室内的环境温 度在短时间内可达100?以上,这种现象为发动机 的热浸现象),喷油器的自洁作用没有了,滞留在喷 油器头部的汽油易于进行深度氧化(链式反应)形成 高聚物,沉积在零件的表面结焦并形成积碳.喷油 器积碳不是一朝一夕形成的,而是在发动机经常性 的热浸过程中积累起来的.其具体过程如下: 热浸过程中,喷油器头部计量区金属表面上会 滞留一层油膜,另外,发动机燃油分配管中的高压也 会使少量燃油从针阀密封面渗漏到计量区.喷油器 头部的温度骤然升高到100?以上,油膜的轻质组 分容易挥发,重质组分(主要的胶质)滞留在金属表 面上. 在高温条件下,胶质分子分解出过氧自由基,从 而引发含氧低聚物继续进行链反应,深度氧化.由 于含有不饱和键,胶质分子之间还会发生缩合或聚 合反应,还有极性分子之间的聚集,因此油膜中粘稠 的高分子聚合物越来越多.这种聚合物沉积在零件 的表面上,像薄薄的一层漆膜,这种漆膜具有使周围 的颗粒物质附着在自己表面上的能力,颗粒物包括 空气中的粉尘,经发动机曲轴箱废气回流阀(PCV) 和发动机废气再循环(EGR)系统而进入进气岐管燃 烧产生的颗粒物.漆膜紧贴金属表面的部分会慢慢 干化为硬质均匀的漆膜,外来的颗粒物附着在漆膜 表层,犹如粘结剂中加入了固体填料,最后变成硬质 积碳[2.33. 总之,喷油器的结焦主要与喷油器的环境温度 及喷油间的间隔时间有关,温度高,喷油间的空隙时 间长,则结焦率增大;反之,结焦率降低[4J.同时, 为能更好地与汽车的运行环境相一致,喷油嘴的加 热过程可以通过人工加以控制. 1.2.2电控喷射系统控制器控制原理图2为电 控喷射模拟试验装置控制器电路原理图.此电路振 荡频率约为25Hz,占空比为20%,80%,可调工作 电压12V.电路由IC555,BG1,BG2,R1,R2,R3, C1组成一个无稳态多谐振荡器.电容器C1的充电 和放电回路分开,在调节可调电阻R3时可改变其 充,放电时间常数,不会影响其振荡频率,从而改变 其占空比. 压力表 Fig.1Theconstitutesoftheelectronic—controlled portfuelinjectorsimulatingtestapparatus 图1电控喷射模拟试验装置结构 Fig.2Thecontrollerprincipleoftheelectronic—controlled portfuelinjectorsimulatingtestapparatus 图2电控喷射模拟试验装置控制器电原理 注:电阻单位:Q:电容单位:F 2模拟试验 2.1试验样品 为验证模拟试验装置的实际效果,选用了在常 规的试验室全尺寸台架试验中清净效果较好的国内 外添加剂,表1为试验中选用的各种添加剂. 表1试验用添加剂及来源 Table1Thesamplesinthetest 名称来源 汽油 上海复合剂 喷油器清洗剂 523B 523A 521 509 PARADYNE748 天津内燃机研究所 市售 柯阑德汽车维修公司 天津内燃机研究所 天津内燃机研究所 天津内燃机研究所 天津内燃机研究所 关国 70石油化工高等学校第17卷 二.2试验方法 在喷油器的喷油压力不变的情况下,由于喷油 器的结焦必然引起喷油器喷油量的降低.资料表 明l5J,计量间隙处6m厚的积碳就会使喷油器喷 油量降低26%.反之,如果测出喷油器喷油量的降 低,也就反映出了喷油器的结焦量. 由于喷油器的结焦与温度及喷油间的间隔时间 有关.所以,本试验采用加热方法和人工控制喷油 器的喷油进行强化试验.同时为能更好的与典型的 l5/45汽车试验运行环境相一致,试验时控制喷油 器的加热过程,在15min内由室温逐渐升温至145 ?,然后,该温度保持30min;随之停止加热,逐渐 降温,15min降至100?左右.完成一个循环.图 3为典型15/45汽车试验和电控喷射模拟试验装置 中喷油器温度随时间的变化曲线[.由图3可以看 出:该模拟试验喷油器的温度变化与汽车试验中的 喷油器变化趋势一致.由于清净分散剂在较低体积 分数下具有清净作用,在较高体积分数下具有清洗 作用.故该试验分两步进行,首先,体积分数在100 ×10下,对添加剂进行了清净试验,并与试验室 的清净性台架试验结果作了对比;然后,又对添加剂 体积分数分别在150×10,,200×10,,500×10一 下进行了清洗试验. l l l l p h t/rnln Fig.3InjectortemPeraturepro/de 图3喷油器温度随时间的变化 … 典型15/45汽车试验;一电控喷射模拟试验 2.3试验结果 按上述步骤先后对所选样品进行了试验,结果 见表2.同时,为了验证试验数据的可靠性,选取合 成剂中效果最好的523B,上海剂,PARADYNE748 进行3次重复性试验(结果见表3). 的流量变化率 表2添加剂的体积分数在100×10下 Table2Ratioofinjectorflowreductionatadditivesconcentration100×10 表3添加剂的体积分数在100×10 下的流量变化率的重复试验 Table3Consistencyoftheratiosofinjectorflow atadditivesconcentration100×10— 试验数据是否能正确评价各种添加剂呢?为 此,又对上述各种添加剂,参照JASOM341—92标 准进行了添加剂的清净性试验室台架试验,其中阻 风门插件在试验后的沉积物质量,节气门插入件在 试验后的沉积物质量以及清净性评分是JASO M341—92标准中评价添加剂的3个关键因素.试 验后的阻风门和节气门插入件的沉积物质量是说明 发动机的阻风门和节气门处沉积物的结焦情况,其 质量增加的越多,说明其清净性越差,反之则越好. 清净性评分是通过对试验后发动机活塞,活塞环,缸 套以及缸盖的结焦积碳按标准的要求进行评分,得 分越高则清净性越好,反之则清净性差;清净性评分 反映的是发动机燃烧室内的结焦积碳状况J.试 验结果如下l8J:表4为阻风门插件在各种添加剂试 验后的沉积物质量1,节气门插入件沉积物质量2 和清净性评分. 表4试验后的沉积物质量和清净性评分 Table4Depositsanddetergentgradesaftertest 试验样品标准汽油上海剂52313PARADYNE748 由表4可知,在发动机阻风门处添加剂的清净 第2期杨礼河等.汽油清净分散剂电控喷射模拟试验装置的建立 顷序:PARADYNE748,523B,上海剂,不加添加 其中PARADYNE748最好,不加 利的标准汽油. 添加剂的标准汽油最差.在发动机节气门处添加剂 的清净性顺序:PARADYNE748,上海剂,523B,不 …l添加剂的标准汽油.其中PARADYNE748和上 海剂最好,不加添加剂的标准汽油最差.在发动机 燃烧系统添加剂的清净性顺序:PARADYNE748, 海剂,523B,不加添加剂的标准汽油.其中 I'ARADYNE748最好,不加添加剂的标准汽油最 后. 结果表明:电控喷射模拟试验装置对各种添加 制的评定结果与试验室添加剂的清净性试验评定结 趋势是一致的.同时,为了研究各种添加剂对喷 油器的清洗效果,分别在体积分数为150×10, 200×10,500×10下进行了清洗试验(试验结 果见图4),结果符合添加剂体积分数变化规律,即 随着添加剂体积分数的加大,其清洗效果逐渐变差: 己l己 ^ 辞 悯 (添加剂)×10 Fig.4Ratioofinjectorflowincreaseatdifrerent addifivesconcentration 图1各种添加剂在不同体积分数下流量变化率 — ?.上海剂;—r523B;—1r-PARADY748 参考文献 ZHANGJing—he(张景河).现代润滑油与燃料添加剂[M],北京:中国石化出版 社,1992. 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(Ed.:WYX,W) (上接第56页) [4] [5] f6] I7] ] wUChang—chun(吴长春),YANDa—fan(严大凡)Dynamicprogrammingmodelandarithmeticoflongdistancepipeline pressuredistribute(长输管道站间最优压头分配动态规划模型及算法)[J].Oiltransaction(2;油),1990,13(增刊):108 — 118. wUChang—chun(吴长春),YANDa—fan(严大凡).Operationaloptimizationofhotoilpipeline(热油管道运行管理最优化) [J].JournalofJianghanpetroleuminstitute(江汉石油学院),1992,14(3):83—84,94. HUYun—quan(胡运权).运筹学教程[M].北京:清华大学出版社,1998.178—210. GB/P50253—94,Designcodeforoiltransportationpipelineengineering(输油管道工程规范)[S]. YANDa—fan(严大凡).输油管道设计与管理[M].北京:石油工业出版社,1986.24—54. (Ed.:WYX,W) 门们