发动机燃用生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的性能试验

为了降低柴油机燃用中等比例生物柴油-柴油混合燃料的污染物排放,在1 400r/min和2 000r/min不同负荷条件下,首先对比分析了发动机燃用生物柴油-柴油混合燃料与纯柴油的性能差异,然后在中等比例的生物柴油-柴油混合燃料中分别掺混10%和20%(体积比)的无水乙醇,测定了乙醇掺混比对发动机经济性、动力性和排放特性的影响。结果表明:与纯柴油相比,生物柴油-柴油混合燃料的有效燃油消耗率上升,动力性略有下降,炭烟排放降低,而NO_x排放升高。随着乙醇掺混比的增大,生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的有效燃油消耗率升高,小负荷时受乙醇汽化潜热的影响导致有效热效率下降,中等负荷时乙醇对有效热效率的影响不大,而大负荷时乙醇的高含氧量能够提高发动机的有效热效率。1 400r/min和2 000r/min全负荷条件下,发动机的最大功率随乙醇掺混比的增大而下降。在不同负荷条件下,随着生物柴油-柴油-乙醇混合燃料中乙醇掺混比的增大,发动机的炭烟、NO_x和CO排放逐渐降低,小负荷时乙醇的高汽化潜热导致HC排放明显升高。     

生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的燃烧与排放特性

为了改善发动机燃用高比例生物质混合燃料的性能,在中等比例的生物柴油-柴油混合燃料中分别添加5%、10%和20%体积比的乙醇（分别用BD50E5,BD50E10和BD50E20表示）,在一台6缸增压共轨柴油机上,将发动机的转速稳定在1 600 r·min^-1,选择7个不同的负荷点测定不同掺混比生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的燃烧与排放性能,并将其与柴油进行对比。结果表明：在平均有效压力为0.322 MPa的低负荷条件下,发动机为预喷加主喷喷油策略,在预喷的低温反应阶段生物柴油-柴油-乙醇混合燃料产生了大量羟基自由基,因此混合燃料的缸内最大压力和最大瞬时放热率均高于柴油;随着负荷的增大,当平均有效压力为0.805 MPa时,发动机的喷油策略转变为单段喷射,乙醇的热值较低导致生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的缸内最大压力和最大瞬时放热率低于柴油;随着乙醇掺混比的增大,受乙醇低十六烷值和高汽化潜热的影响,生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的滞燃期明显延长;强烈的预混燃烧和乙醇的高含氧量使混合燃料的燃烧速度明显加快,乙醇的添加有利于燃料集中放热从而缩短燃烧持续期;与纯柴油相比,BD50E5,BD50E10和BD50E20的NO_x排放量分别升高了10.46%、12.59%和17.52%,碳烟排放量分别降低了37.91%、45.85%和49.25%,CO排放量分别降低了20.24%、36.43%和46.43%,HC排放量分别降低了12.53%、4.40%和0.76%。     

BED混合燃料稳定性及对高原地区发动机性能影响的研究

为研究生物柴油-乙醇-柴油(简称BED)混合燃料对高原地区发动机的性能影响,在不同环境下进行了BED混合燃料的相溶性和稳定性测试的基础上,在高原环境下进行了高压共轨柴油机燃用纯柴油和6组不同比例BED混合燃料的台架试验.结果表明,生物柴油、乙醇和柴油可在一定温度范围内按照不同比例配制成稳定的混合燃料,但其稳定性随温度降低而变差.当喷入气缸内燃料体积不变时,与燃用纯柴油相比,燃用BED混合燃料发动机的动力性下降;经济性有所改善,高速时改善效果更为明显;碳烟排放下降,高负荷时比低负荷时下降幅度更大.BED混合燃料的最佳喷油提前角随生物柴油比例的增加而减小,随乙醇比例的增加而增大.     

预喷射对生物柴油发动机燃烧及排放特性影响研究

研究了不同预喷条件下满足国Ⅴ排放的高压共轨柴油机燃用混合燃料BD20（含80％体积分数的国Ⅴ柴油和20％体积分数的餐饮废油制生物柴油）的燃烧及排放特性。结果表明：采用预喷射后滞燃期有所缩短,燃烧持续期有所增大。相比于预喷间隔,预喷油量对滞燃期及燃烧持续期的影响更为显著;预喷射显著减小了主燃烧的压力升高率,改善了燃烧的剧烈程度,且低负荷取较小预喷间隔、高负荷取较大预喷间隔效果较优;采用预喷射后NO x 排放均有所降低,大部分预喷射条件下PM 排放有所增加,各负荷均存在着较佳预喷射方案,可以同时改善NO x 及PM 排放。     

新型含氧混合燃料对柴油机燃烧和排放的影响

进行了丙二醇单丙醚(PGPE)/乙二醇二甲醚(EGDE)混合物用作柴油机含氧燃料的研究,对比了柴油机燃用柴油、PGPE/EGDE体积分数分别为15%和25%的混合燃料时的燃烧和排放特性。试验表明PGPE/EGDE混合燃料的燃烧特性与0号柴油相比,滞燃期、燃烧持续期和热效率等差异较小,最高燃烧压力小幅下降;显著降低柴油机中高负荷时的碳烟和CO排放,降幅分别可达73.9%和37.5%,NOx排放无显著变化,但HC排放增加。     

柴油机燃用醇醚-柴油混合燃料的燃烧特性与排放的试验研究

在增压中冷4100柴油机上进行了D40(含40%质量分数二甲醚的二甲醚柴油混合燃料)、M15(含15%体积分数甲醇的甲醇柴油混合燃料)和柴油3种燃料燃烧特性与污染物排放的试验研究。结果表明,D40发动机的最高燃烧压力和峰值放热率均低于柴油机,燃烧持续期与柴油机相当;M15发动机的最高燃烧压力和峰值放热率均高于柴油机,燃烧持续期较短;D40发动机的NOx排放和烟度均明显低于柴油机,可较好地解决NOx和碳烟排放之间此消彼长的问题;M15发动机可以降低碳烟排放,但NOx的排放明显上升。两种混合燃料发动机的HC排放在全转速范围均高于柴油机,而CO排放在低转速时低于柴油机,高转速时高于柴油机。     

柴油机燃用生物柴油的氮氧化物排放特性

研究了某直喷式柴油机分别燃用5种不同生物柴油掺混比例的混合燃料时NOX排放以及NO、NO2、N2O等氮氧化物主要组分的排放特性.结果表明,NOx放曲线形态较为接近,低负荷时差异较小,随负荷增加,其排放差异增大;NO排放随着负荷上升而增加;NO2排放在低负荷和高负荷均较低,中间负荷最高;N2O在低负荷时有一定生成量,中高负荷N2O排放几乎为零;随生物柴油掺混比例的提高,NOX和NO排放增加幅度增大,NO2排放有所降低.     

共轨柴油机燃用生物柴油-汽油混合燃料的性能与排放研究

为了研究生物柴油在柴油机上的应用,在一台6缸高压共轨柴油机上进行生物柴油与汽油混合燃料的性能试验。研究结果表明:随着汽油掺混比的增加,生物柴油-汽油混合燃料的黏度、凝点和馏程温度降低,热值有所提高;在部分负荷和中等负荷下,生物柴油-汽油混合燃料的峰值燃烧压力、峰值放热率和燃烧温度都会升高;在大负荷下,3种燃料的缸内压力、瞬时放热率和燃烧温度相差不大。发动机转速为1 400 r/min时,与生物柴油相比,BD90G10和BD83G17的NO_x排放分别增加4.2%和6.7%,而炭烟排放显著降低。对于超细颗粒物(D<220 nm)而言,混合燃料的峰值数浓度对应的直径小于生物柴油;在低负荷和中等负荷下,汽油掺混能够有效降低超细颗粒物排放,但在大负荷下,BD90G10和BD83G17的颗粒数浓度相差不大,表明汽油掺混比的进一步增大对超细颗粒物排放的减少影响较小。     

甲醇—柴油混合燃料在共轨发动机上的燃烧和排放特性研究

在1台电控高压共轨增压发动机上,不改变原机结构,采用甲醇—柴油混合燃烧的方式,进行燃烧排放特性分析。结果表明:在相同转速下,发动机的当量燃油消耗率随负荷的增加而降低;随着甲醇含量增加,发动机的最高燃烧压力、最高燃烧放热率和最高燃烧温度都逐渐升高;中低负荷时,发动机的CO和HC排放随着负荷的升高而减小,燃用混合燃料时较燃用柴油略有升高,且甲醇含量越高升高越多;燃用混合燃料时发动机的NO_x和炭烟排放较燃用柴油时有所降低,且随着负荷的升高而增大。     

含水乙醇-生物柴油对186F柴油机燃烧与排放的影响研究

乙醇燃料吸水性较强,生物柴油制备过程中残存水分,含有水分的燃料对柴油机的燃烧与排放会产生一定的影响。建立了186F柴油机燃用含水乙醇-生物柴油的燃烧与排放模型,通过实测186F柴油机示功图进行了验证,对不同含水率的乙醇-生物柴油的燃烧和排放特性进行了仿真,分析了乙醇含水率对柴油机燃烧特征参数和NO_x与soot排放的影响规律。从柴油机动力、经济和排放的角度,提出了乙醇含水率阈值的概念。结果表明:乙醇含水率为0%～20%时,随着乙醇含水率的增加,缸内最大燃烧压力、缸内平均温度、平均指示压力等均呈下降趋势;燃用乙醇-生物柴油混合燃料的柴油机指示比能耗有所增加;NO_x与soot排放质量分数降低幅度呈增大趋势,不影响柴油机性能的乙醇含水率阈值应低于10%。     

缸内直喷醇类燃料发动机的燃烧与排放特性

根据所测的示功图和排放,分析了一台采用火花点火、缸内直喷周向分层燃烧系统的发动机在燃用甲醇和乙醇时的性能和燃烧特性。研究表明,醇类燃料发动机的燃烧由预混燃烧与扩散燃烧组成,具有非常快的燃烧速率,而且非常稳定,ATDC(3°CA～6°CA)就燃烧完50%燃料,循环变动小于6%。与燃用乙醇相比,燃用甲醇时滞燃期较短,燃烧速率较快。由于采用分层燃烧,醇类燃料发动机具有与直喷柴油机相当的热效率,在负荷特性上,燃用醇类燃料时的NOx排放仅为柴油机的10%～40%,且能实现无烟燃烧,CO排放的增加低于1%,HC排放高于柴油机。     

柴油微引燃乙醇发动机燃烧、性能及排放特性研究

柴油微引燃乙醇发动机采用进气道喷射乙醇、缸内直喷微量柴油引燃的方式进行燃料供给。基于单缸四冲程柴油机,对其燃烧、性能及排放特性进行研究,固定引燃柴油喷射量为发动机能实现压燃着火的最小值,在进气压力为0.15 MPa时比较不同乙醇喷射量的工况组,通过改变柴油喷射时刻进行工况扫描。结果表明,引燃柴油的喷射时刻对发动机的燃烧、性能和排放影响显著。柴油微引燃乙醇发动机在中高负荷能够稳定运行,指示热效率可达34%以上,通过适当调节柴油喷射时刻,可以有效控制未燃碳氢(UHC)、NO_x与CO排放,同时可以实现极低的炭烟排放。柴油微引燃乙醇发动机燃烧模式为预混合或部分预混合燃烧,燃烧有两阶段放热特征,改变引燃柴油喷射时刻,可以有效控制燃烧相位。     

Physical-chemical properties of ethanol-diesel blend fuel and its effect on the performance and emissions of a turbocharged diesel engine

This paper deals with the main physical-chemical properties of ethanol-diesel blend and the effects of ethanoldiesel blends (up to 15% volume) on engine performance (full load torque vs. engine speed, BSEC vs. torque at 1400 r/min and 2300 r/min, and effect of start of injection angle) and emissions in ECE R49 tests (steady 13 points) using a 6.6 L inline 6-cylinder turbocharged direct injection diesel engine. The results show that an increase in ethanol fraction results in decreased viscosity of the blend fuel and very high distillation characteristics in the low temperature range. Solvents can improve the solubility of ethanol-diesel blends. The engine power was degraded proportional to the ethanol content (10% and 15%) due to the LHV (low heating value) of the blends. The higher latent heat of vaporization and lower CN (cetane number) of ethanol, which results from the steady state emissions of CO, HC, and SOF (soluble organic fraction), were much higher in the ECE R49 tests at low loads. Soot (solid mass) emissions were improved. The particulate matter emissions were significantly increased with higher blend volumes, and NOx emissions slightly increased with higher ethanol volumes. By increasing the injection angle properly, the performance parameters of the diesel engine were improved, but NOx emissions were deteriorated slightly.     

二茂铁和乙醇对HCCI爆震影响的试验研究

为了抑制HCCI发动机在高负荷时的爆震,通过在基础燃料(PRF90)中分别添加少量二茂铁和乙醇,在一台改造过的4缸柴油机的第4缸进行HCCI燃烧试验,研究其对HCCI发动机爆震的影响。试验结果表明,在发动机转速为1 400 r/min、相同当量比的稳态工况下,随着二茂铁质量分数和乙醇体积分数的增加,HCCI发动机缸压和放热率峰值降低,燃烧持续期增加,爆震得到有效抑制,负荷范围得到拓宽。在较小的质量分数下,二茂铁作用不明显,而过多的二茂铁、乙醇导致发动机失火可能性增加,二茂铁的质量分数应为0.035%左右,乙醇体积分数应为1%左右。     

掺烧比对P50/甲醇双燃料发动机燃烧与排放的影响

燃料富氧重整和双燃料燃烧模式是改善燃烧过程和降低颗粒物排放的重要方法.在一台四缸增压中冷的高压共轨柴油机上,采用进气道喷射甲醇、缸内喷射P50(50％体积比例柴油与50％体积比例PODE)的双燃料模式,研究掺混比对P50/甲醇双燃料发动机燃烧与排放特性的影响.研究结果表明:相比于纯柴油模式,P50及P50/甲醇双燃料燃...     

内外EGR和喷油压力对柴油机低温燃烧的影响

在1台装有电液可变气门的单缸柴油机上,通过改变内外EGR策略和喷油压力,对柴油机小负荷工况下低温燃烧的燃烧特性和排放特性进行了试验研究。内部EGR通过排气门两次开启实现,发动机转速和喷油量分别固定为1 500r/min和20mg/cycle。研究结果表明,通过高EGR率控制可以实现超低NOx排放,其中采用高喷油压力可以降低内部EGR的炭烟排放,而采用低喷油压力可以降低外部中冷EGR的HC和CO排放。在内外EGR耦合控制策略中,提高内部EGR比例可以降低HC和CO排放,但改善效果逐渐减弱,同时为了抑制炭烟排放,需要结合更高喷油压力,而提高外部中冷EGR比例可以获得较高热效率。     

发动机燃用水乳化柴油的研究进展

综述了柴油机燃用水乳化柴油的燃烧与喷雾特性、动力性与经济性及排放特性,对比分析了发动机燃用水乳化柴油与普通柴油在性能上的差异及其原因,总结了水乳化柴油在柴油机上的应用优化方法。结果表明:与柴油相比,乳化柴油着火滞燃期延迟,燃烧持续期缩短,喷雾贯穿距变长或相差不大,火焰升起高度增加;燃用乳化柴油时动力性下降,但有效热效率较柴油升高;乳化柴油可以明显降低NOx和炭烟排放,但多数工况下HC和CO排放有所升高,低转速和中低负荷工况下尤为明显;燃用乳化柴油时颗粒物数量浓度增加,体积浓度减小,且对于醛类和噪声排放并没有改善作用;添加合适添加剂或结合发动机技术协同作用,可以针对性地改善乳化柴油的燃烧过程,进一步起到节能减排的效果。基于燃料稳定性与燃料理化特性综合优化目标的燃料设计,以及适用于乳化柴油的高压共轨柴油机燃烧组织参数优化是未来的研究方向。     

采用双段喷射改善二冲程柴油机的排放性能

在配有电控共轨系统和扫气系统的二冲程柴油机试验台上进行了3种不同喷油模式对柴油机燃烧及排放性能影响的试验研究。试验结果表明,单段早喷有助于实现低NOx和碳烟排放,但柴油机无法在高负荷下运行;标准喷射的排放很高;双段喷射表现出良好的性能,它实现了柴油机的柔和运行,并且在全负荷范围内使NOx和碳烟排放降低40%以上。在双段喷射基础上,利用高压喷射及内部EGR进一步改善了柴油机的排放。