进气预混甲醇降低柴油机碳烟与NOx排放的影响参数研究

在485QDI自然吸气直喷式柴油机上研究了不同喷嘴、不同供油定时、不同喷醇的起点对进气预混甲醇发动机的碳烟、NOx排放和经济性的影响。研究结果表明，为了降低碳烟和NOx排放以及提高燃油经济性，与燃用纯柴油的发动机相比，进气预混甲醇发动机的柴油喷射定时可以保持不变或稍小，但燃油喷嘴的孔径应适当减小，预混甲醇的发动机负荷起点应适中。     

负荷、预喷与主喷时刻对柴油机富氧燃烧的影响

柴油机热效率高,动力性能优越,广泛应用于汽车和工程机械中。但由于柴油机扩散燃烧的特点,容易在燃烧室的局部形成过浓区域,使其碳烟排放一般较高。针对柴油机碳烟排放的问题,通过改变进气中氧气的体积分数,实现了柴油机富氧燃烧。在氧气体积分数分别为21%,23%,25%,27%,29%的条件下,试验研究了在不同的负荷、不同主喷时刻和预喷时刻下柴油发动机燃烧和排放特性。研究结果表明:在所研究的负荷范围和主喷、预喷时刻条件下,随着进气氧浓度提高,预喷放热提前,放热峰值提高;主喷放热略有提前,放热峰值基本不变;NO_x排放显著增加,且指示热效率提高;在小负荷工况下,随着进气氧浓度的增加,燃烧持续期基本不变,排气烟度变化不大,但燃烧效率明显改善;在大负荷工况下,随着进气氧浓度的增加,燃烧持续期明显缩短,燃烧效率变化不大,排气烟度在进气氧浓度达到25%之前,随着进气氧浓度的提高而明显降低,进一步增加进气氧浓度对排气烟度的影响不再显著;随着主喷时刻的提前,排气烟度降低,NO_x排放略有升高,热效率增加;预喷时刻变化对发动机燃烧排放特性的影响较小。     

柴油、乳化油和甲醇喷雾燃烧光强波的研究

探讨了柴油机燃烧光强波的性质。在不同压力、氧浓度的条件下，对柴油、乳化油、甲酵喷雾的燃烧光强波进行了测量分析。结果表明，柴油机的燃烧光强波所反应的是火焰内碳粒的氧化历程。对于不同的燃料，燃烧光强波的强弱并不仅仅取决于火焰中碳粒的数量，同时还取决于火焰中的氧浓度。     

含氧燃料与进气氧浓度对柴油机燃烧与排放的影响

在1台4缸高压共轨柴油机上,通过向柴油中掺混0%,10%,20%正丁醇(质量分数),研究了在不同进气氧浓度条件下,掺混燃料含氧量对柴油机燃烧特性与排放的影响规律。研究结果表明:进气氧体积分数处于20%~21%之间时,燃用3种燃料的滞燃期均不随氧浓度的变化而变化;随着掺混比例的增加,燃料中含氧量增加,这导致了滞燃期的增加,且随着进气氧浓度的降低,滞燃期受燃料性质的影响作用不断增强;随着燃料中含氧量增加,炭烟(Soot)排放逐渐减小;掺混燃料的含氧量对NO_x排放的影响不明显,而对指示热效率的提升有积极作用,在进气氧体积分数小于15%时,燃料含氧量对指示热效率的促进作用减弱。     

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。     

柴油机进气预混微量甲醇裂解气的试验研究

在不改变6300ZC柴油机结构和参数的基础上,开发了柴油机进气管预混甲醇裂解气的试验系统,研究了预混微量裂解气时柴油机的燃油经济性与排放特性。研究结果表明,当柴油机进气预混甲醇裂解气的质量分数为2.5%~5.0%时,各负荷下节油率可达5%~8%,综合有效热效率明显提高,且随着裂解气掺烧浓度的增加,油耗呈下降趋势。与原机相比,NOx与炭烟排放大幅度改善,HC排放也有明显降低,CO排放略有上升。在高负荷时,NOx排放可降低37.6%,炭烟排放可降低43.5%。     

柴油-丁醇混合燃料喷雾火焰的两色法测试研究

基于两色法原理,可利用彩色高速相机测量喷雾火焰的温度和炭烟浓度（KL）二维分布的时间演变,为先进柴油机燃烧系统设计提供必要信息。通过使用单台彩色相机的两个独立感光通道,两色法测量装置得到大幅度简化。两色法的测试结果受多种因素影响,例如双波长的选择,带通滤片的透过性,光路的设置等,然而相关研究并不充分。本文在对两色法的测试不确定度及误差进行了分析和讨论之后,并对柴油丁醇混合燃料在不同环境氧体积分数下的火焰温度和炭烟浓度（KL）的时空分布进行了研究。     

柴油废气重整柴油机工作过程数值模拟

柴油机的主要排放污染物是碳烟和NOx,柴油重整废气再循环（REGR）可降低NOx和碳烟排放。文章利用三维CFD软件FLUENT,模拟计算并对比分析了ZS195柴油机在原机和柴油废气重整2种情况下的气缸内部燃烧压力、温度、O2浓度、NOx浓度和碳烟浓度。结果表明：柴油废气重整后的气缸内部平均压力和平均温度升高,但是最高温度降低;气缸内部O2浓度降低;NOx排放和碳烟排放同时降低。     

EGR对煤制油-生物柴油气体及颗粒排放特征的影响

为研究废气再循环(EGR)对煤制油-生物柴油混合燃料NO_x,CO和HC等气体排放物及炭烟颗粒排放特征的影响,在四缸增压中冷柴油机上,以FB50(50%煤基F-T柴油和50%生物柴油的混合物)为试验燃料,测量了标定转速2 100r/min下,负荷为25%,50%和75%,EGR率为0,10%,20%和30%时的NO_x,CO和HC比排放,研究了颗粒的粒径分布、碳氧质量之比(φC/O)、可溶性有机物与固态炭烟质量之比(φSOF/Soot)和氧化活性等特征参数。结果表明:在转速和负荷一定时,EGR能显著降低柴油机的NO_x比排放,最大降幅为52%;EGR率高于20%时,中高负荷下CO,HC明显增加;随着EGR率的增加,小于1μm颗粒的数密度逐渐增加。颗粒的φC/O与峰值粒径呈正相关,颗粒的φSOF/Soot与活化能呈负相关。EGR率在0～30%的范围内,低负荷时核态颗粒数密度增加,颗粒的φC/O变小,φSOF/Soot变大,颗粒易被氧化;中高负荷时积聚态颗粒的数密度明显增加,颗粒的φC/O变大,φSOF/Soot变小,颗粒较难被氧化。     

混氢对柴油机燃烧及排放影响的试验研究

将氢气喷入柴油机进气道内进行试验,以研究柴油混氢对柴油机燃烧及排放性能的影响.试验中发动机转速固定在1 400r/min,在不同初始转矩下改变氢气在混合燃料中的质量分数,并保持燃料总质量不变.试验结果表明柴油混氢燃烧可缩短燃烧持续期,增大最大爆发压力及放热率峰值,且使峰值位置提前(氢质量分数为9%时放热率峰值提高20%),增大发动机的输出转矩,并能降低柴油机的各主要排放物(在中低转矩下CO及碳烟排放下降了30%～50%).     

进气加氢柴油机排放性能的模拟研究

文中应用KIVA-3V程序对进气加氢柴油机的碳烟和氮氧化物排放进行了模拟研究。研究发现。在低负荷时,用等热值的氢气部分替代柴油后,碳烟和氮氧化物的排放比纯柴油降低;高负荷时,同样的方法使得碳烟排放随着替代率的增加先降低后升高。但一直低于纯柴油的排放,氮氧化物排放随着替代率的增加先升高后降低。但一直高于纯柴油的排放。     

不同裂解条件对甲醇-柴油高温裂解产物的影响研究

采用石英管式流动反应器试验装置,配置不同体积掺混比(M0,M5,M10,M15)的甲醇-柴油混合燃料作为试验燃料,采集了混合燃料在不同裂解温度和甲醇掺混比下的裂解产物。应用气相色谱质谱联用仪GC-MS,对不同裂解条件下12种烃类产物的摩尔分数变化规律进行了研究;采用微克天平和扫描电镜SEM,对甲醇-柴油混合燃料裂解生成的炭烟产率及形貌特征的变化规律进行了研究。结果表明:裂解过程中,裂解温度高于973 K时,烷烃和芳香烃的摩尔分数变化率降低,芳香烃的摩尔分数增加,相比于923 K,裂解温度为973 K,1023 K和1073 K时,炭烟产率分别增加了1.7倍、5.1倍和11.6倍;甲醇掺混比增加,烃类物质摩尔分数和炭烟产率降低;裂解温度增加,炭烟的平均粒径降低,乙烷、丙烷、丁烷及丙烯、丁烯、丁二烯的浓度降低;甲醇掺混比增加,炭烟的平均粒径降低,乙烯的摩尔分数增加。     

喷孔数调控活性分层对乙醇-柴油双燃料燃烧的影响

基于1台自然吸气的单缸柴油机,结合缸内三维燃烧仿真计算,研究了不同直喷正时、不同预混比例条件下,直喷喷油器的喷孔数对乙醇-柴油双燃料发动机燃烧和排放特性的影响。结果表明,优化直喷喷油器的喷孔数,能影响直喷柴油的缸内分布,调控乙醇-柴油双燃料发动机燃烧过程。减少喷孔数,可以有效降低缸内高活性柴油的分布区域,减少初始着火的位置,从而降低缸内最高燃烧压力和压力升高率,并且可以在炭烟排放保持较低水平的基础上,降低氮氧化物(NO_x)排放。随着乙醇预混比例的增大,喷孔数对燃烧和排放的影响先增大后减小。随着喷油提前角的增大,由于直喷燃油在缸内混合较为均匀,喷孔数的影响作用逐渐减小。     

基于Converge的F-T煤制油燃烧与排放特性数值模拟研究

为了研究煤制柴油对柴油机燃烧排放性能的影响,通过Converge软件对1台1.46 L缸内直喷高压共轨柴油机燃烧F-T煤制油进行仿真试验,并与石化柴油的燃烧过程进行对比.研究结果表明:在柴油机低转速工况下,燃用F-T煤制油有效功率降幅较小,随着转速的升高,有效功率降幅增大;燃用F-T煤制油缸内压力低于燃用普通柴油,开始放热时刻较早,预混阶段喷油量较少使得预混放热峰值较低,在扩散燃烧阶段放热峰值高于普通柴油;燃用F-T煤制油炭烟排放量相比于柴油降低42％,NOx排放降低31％.     

改善重型车用增压中冷电控直喷式柴油机排放的研究

介绍了一种重型车用涡轮增压中冷，电控直喷，可变进气涡流的柴油机，给出其部分性能试验结果，分析研究了燃烧室尺寸和喷油系数参数（喷孔直径，喷油压力，喷孔锥角及喷油定时）对柴油机主要排气污染物ＮＯｘ和碳烟的影响。     

燃料特性对柴油机排放微粒粒度分布的影响

利用微粒粒径分析仪进行测试,以研究不同理化特性的燃料对直喷式柴油机微粒排放粒度分布的影响规律,分析了柴油机微粒排放粒度分布特征。结果表明,柴油机的微粒排放大部分在1μm以下,以粒径50nm为分界,基本可以分为核态和积聚态两种。测试中微粒粒数浓度随着稀释比的增加而加大,同时微粒分布趋向核态。与转速相比,负荷变化对微粒粒度分布的影响较大,随着负荷的增大,核态PM所占比例减小。与欧Ⅲ柴油相比,生物柴油燃料核态微粒较多,积聚态微粒较少。天然气合成柴油燃料的核态和积聚态微粒浓度均低于欧Ⅲ柴油燃料,但其积聚态微粒浓度高于生物柴油燃料。     

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。     

生物柴油微粒排放特性试验研究

利用申克动态试验台和静电低压撞击器,对普通柴油机在不同工况下分别燃用柴油(D)、生物柴油(B100)和体积分数分别为20％的生物柴油和80％的柴油混合燃油(B20)时微粒排放的总量和粒径分布进行了研究.结果表明,燃用3种燃油时柴油机排放微粒的浓度均为单峰的对数正态分布,且在低转速下燃用B100时排放的微粒浓度远高于燃用D和B20时的浓度,在高转速下燃用B20时排放的细小颗粒物(粒径＜0.05μm)明显高于其他2种燃油.     

光学诊断在柴油机缸内碳烟测试中的应用

介绍了用于柴油机缸内碳烟测试的4种光学方法的原理和特点,包括消光法、散射法、双色法和激光诱导炽光法。消光法和散射法试验装置简单,数据精确,结合运用可以获得空间一点的碳烟体积分数和粒子尺寸。双色法在获取温度场的同时可以得到碳烟浓度的二维分布,是目前应用较为成熟的测试手段。但这3种方法得到的是碳烟在光程方向的平均结果。激光诱导炽光法采用激光片光对碳烟粒子进行加热,可以获得片光薄层内的碳烟浓度分布。通过比较可以看出,由于激光诱导炽光法可以获得瞬态二维碳烟分布,具有良好的时间、空间分辨率,十分适合缸内碳烟测试。     

掺混甲烷对乙烯层流预混火焰炭烟形貌的影响

针对掺混甲烷的乙烯层流火焰中的炭烟颗粒从形貌角度进行了研究,构建了具有相同当量比(2.07)、火焰温度、气体流速的层流预混乙烯火焰和掺混甲烷的乙烯火焰,并各自选取了3个高度进行热泳探针取样,采用TEM和AFM方法对各个工况的炭烟颗粒粒径分布、平均粒径、平均体积当量球径进行了对比。发现少量的甲烷掺混会令乙烯火焰中炭烟颗粒的尺寸变大,而当甲烷掺混量变多时该现象消失。而通过对颗粒的圆度、球度和分形维数计算和分析,发现即使是很小的颗粒也具有相似的不规则形状,这一现象广泛存在于各种火焰和各种大小的颗粒中,不受掺混比的影响,并且越大的颗粒结构越松散。