内燃机车烧液态甲烷燃料

若干年前发生的发动机燃料短缺促使人们对代用燃料的开发作出许多努力。伯灵顿北方铁路所作的一种探索性的努力就是使机车柴油机作为双燃料（柴油－气体燃料）燃用压缩天然气。考虑到机车使用压缩天然气会受到贮存容积大和其它的限制，所以着手了一项使机车燃用液化天然气燃料的计划。由于天然气的成分会因其来源和其制备工艺而异，所以将其成分控制到基本纯净的液态甲烷以用作发动机燃料亦是所希望的。本文描述了为提供车载式燃料供     

全球销售生物质燃料及乙醇混合燃料车辆

马自达在欧洲及美国开始销售燃用“B5（混合生物质燃料5％的柴油）”和“E10（混合乙醇10％的汽油）”等燃料的车辆。此外，从2007年起，已在菲律宾、泰国、印度尼西亚等国销售燃用“E20（混合乙醇20％的汽油）”的轿车Mazda 3。     

水乳化燃料在柴油机上应用的研究

在一台缸径×行程＝２５０×２５０ｍｍ的中速柴油机上进行了燃用水－重油乳化燃料的运转试验，以查明发动机性能和减少ＮＯｘ排放的效果。考虑到目前燃用较少加水率的乳化燃料取得减少约３０％ＮＯｘ排放的技术已经实用化，但进一步增大加水率却受到燃料十六烷值降低、着火性恶化、发动机难以正常运转的限制，为此，作者开发了采用Ａ重油的引导喷射烧伤技术，取得了燃料加水率达１５０％时仍能正常运转的效果。试验表明，Ａ重油的引     

中速柴油机燃用重油—水乳化燃料的试验研究

在缸径×行程＝２５０ｍｍ×２５０ｍｍ的中速柴油机上进行了燃用Ａ重油和Ｃ重油的水乳化燃料的试验研究。在改变燃料中水添加比例的条件下测定了发动机性能参数和燃料喷射特性、排气特性和热负荷特性。试验结果表明，使用上述两种燃料时，柴油机废气中的ＮＯｘ含量均随水添加比例的增加而大幅度下降。同时使用Ａ重油乳化燃料且水添加比例小于５０％时，柴油机的燃油消耗率有所改善，但使用Ｃ重油乳化燃料时没有改善。采用Ｃ重油且当     

低温氧化反应对均质压燃中着火控制的应用

着火定时是采用均质压燃方式发动机实现理想燃烧的一个重要因素，应对其加以准确控制。研究中应用了以低温氧化反应特性来控制着火定时的方法。在一台带可变容积副燃烧室的单缸发动机上燃用不同组分的燃料，在不同的发动机转速下进行了试验，测得的着火定时结果显示出不同的趋势。这些趋势揭示了低温氧化反应的范围。应用该特性所做的发动机试验表明，可以进一步改善不同发动机转速下着火定时的稳定性。     

针对乙醇优化的Saab9-5型生物能源汽车的燃料经济性和排放

Saab汽车公司推出1款生物能源发动机,燃用乙醇燃料时,能借助提高涡轮增压器压力和点火提前角提高性能。这款2L涡轮增压发动机与Saab9-5型2t汽车配套,燃用汽油时的功率为112kW,燃用E85燃料（85％乙醇,15％汽油）时的功率增加了20％,为134kW。美国法规要求境内销售的柔性燃料汽车使用联邦认证汽油或E85乙醇汽油时,车辆的排放性能必须都合格,而欧洲法规仅要求车辆在用汽油时的排放性能合格。由于美国不断增加对使用乙醇燃料的兴趣,能源部和橡树岭国家试验室要求对符合欧洲技术标准的2007年Saab9-5型2t生物能源汽车进行基准评估。按联邦测试循环（FTP）和公路燃料经济性测试循环对该车型进行测试的结果表明,其汽油等效燃料经济性与同类符合美国法规的柔性燃料汽车处于同等水平。而按FTP和美国2006年（US06）严酷测试循环（FTP的补充部分）试验时所测得的法定和非法定排放物表明,尽管欧洲没有要求用E85燃料或按关国工况进行认证试验,但该车仍满足美国第2阶段第5级（Tier2Bin5）排放标准（但没有测定全使用寿命的排放）,而且在6400km的US06排放法规限值以内。在燃用联邦认证汽油时,碳氢化合物排放较多;用乙醇汽油时,乙醇和醛类排放较多。在底盘测功器和道路上的加速性试验均证实,燃用E85时能达到所宣称的功率增加量。     

对燃用植物系生物燃料的柴油机性能及排放性能的研究

部分国家采用从废弃食用油中制取的酯化燃料作为柴油机的代用燃料,但这种代用燃料会产生黑烟或白烟,同时还会影响发动机的起动性能。由于生物燃料属含氧燃料,因此也担心在批量使用时会产生醛类物质等含氧有害物质。探讨了在低温下燃料析出固态物质的原因,以及生物燃料生成醛类物质的趋势,并在1台柴油机上,用3种生物燃料和柴油进行试验研究,比较各自的排放性能,同时明确脂肪酸组成对排放性能的影响。当饱和脂肪酸的比例升高,浊点和析出点也会上升,同时浊点与析出点之间具有明显的相关性。采用油酸甲酯时,醛类排放物在400℃时开始增加,而在低温范围内其生成数量较少。相比柴油,燃用甲酯燃料时,氮氧化物的排放会有所增加,而未燃碳氢化合物、一氧化碳及烟度均呈下降趋势。     

天然气在内燃机车上的应用

天然气供应商数量持续增长,使得机车上越来越多地采用天然气作为柴油替代燃料。与压缩天然气相比,液化天然气更受青睐,一些机车已经从燃用柴油机转为燃用天然气,目前正在对这种技术进行评估。     

直喷式柴油机燃用柴油和生物柴油时的高均质压燃技术

在直喷式柴油机上很难实现高均质压燃。其主要原因是很难实现燃油充分气化和存在燃油喷雾撞壁问题。这种燃烧状况还会因压力升高率增加而限制最大运转负荷。与常规的燃烧过程相比,均质压燃的碳氢（HC）和一氧化碳（CO）排放会明显升高,且排放值很高。在一台直喷式柴油机上研究了2种实现高均质压燃的方法：采用日产公司MK型喷油系统和提早喷油。利用一台普通2L4缸共轨柴油机,以18．4和14．4的压缩比分别研究了喷油压力、喷油定时、废气再循环（EGR）率、EGR冷却器效率和压缩比的影响。鉴于目前人们对生物燃料的兴趣,结合高均质压燃方式,采用柴油和生物柴油,研究了燃料氧化特性对HC、CO、碳烟和氮氧化物（NO：）排放的影响。通过测量气态排放物、滤纸烟度值和压力进行研究。并用缸内压力计算出放热率和缸内压力升高率。减小压缩比能扩大高均质压燃充量的运行范围。在低负荷时,柴油和生物柴油的NOx和碳烟排放均可忽略不计。燃用生物柴油能使HC和CO排放减少。在高负荷时,碳烟排放变得较高,而燃用生物柴油则能使碳烟排放减少。简要介绍了实现低排放的几种柴油直喷方式,并分析了含氧生物柴油对这些燃烧方式的适应性。     

燃料性质的变化对重型车用发动机均质充量压燃的影响

均质充量压燃（HCCI）为显著改善效率和大幅削减排放提供了可能。然而，在实用负荷和转速下实现重型车用发动机的HCCI运行面临大量的技术挑战。必须把HCCI的运行范围成功地扩展到全部负荷和速度范围，同时要保持适当的燃烧相位，控制最高缸内压力和压力升高率，并限制氮氧化物和颗粒排放。Caterpillar和ExxoMobil公司的合作研究已在这方面取得重大进展。评估了燃料对HCCI发动机运行范围和排放的影响。测试燃料是在汽油和柴油的馏程范围内开发的，涵盖很大范围的着火性、燃料化学性质和挥发性。所有燃料均利用Caterpillar3401E单缸油料试验机、在HCCI条件下测评。测量了废气排放和性能等关键变量，以及发动机转速、废气再循环率、燃油喷射定时等参数。结果表明，燃料品质和发动机条件的适当组合可实现重型车用发动机在宽广负荷范围内的HCCI运行，同时显著削减排放。在发动机压缩比为12的条件下进行测试，发现某种着火性介于目前汽油和柴油之间的燃料可提供最大的高负荷运转能力。     

英国铁路高速列车试用生物柴油

作为评估生物柴油混合燃料应用于高速铁路试验的一部分，欧洲的首列燃用生物柴油混合燃料的列车按预定计划最近在英国开始投人旅客运输。据英国Virgin公司声称，它的Virgin Voyager旅客列车是欧洲首列采用一种可实际使用的混合燃料的列车（图1），据说，这种燃料能显著减少二氧化碳（CO2）排放量。Virgin Trains公司的试验是英国国家生物柴油计划中的一个步骤，该计划由Virgin列车公司、列车运营公司协会（ATOC）和铁路安全与标准委员会（RSSB）共同实施，目的是率先为铁路运输行业开发一种具有突破意义的代用燃料。     

活塞环摩擦学特性在下一代弹性燃料发动机上面临的挑战

目前,随着可再生生物燃料的使用,考虑到从种植、燃料生产到汽车使用的整个生命周期,乙醇在弹性燃料汽车上的应用被认为是低二氧化碳排放的代用方案。在巴西,80％以上的量产汽车都使用弹性燃料。由于乙醇热值较低,为了获得相同的发动机功率,与汽油相比,乙醇的燃烧标定更为激进。这种燃用乙醇时不断增加发动机比功率的需求所产生的机械热负荷对活塞环摩擦学特性是一种挑战。乙醇的使用也带来一些特定的未被明确的摩擦学差异,如燃料稀释润滑油（尤其是在冷起动时）,以及具有腐蚀性的工作环境等。在特定的驾驶条件下,曾观察到氮化钢的第1道活塞环表面剥落等早期失效情况。当采用乙醇运行时,弹性燃料发动机呈现更高的最高燃烧压力,并且该峰值出现在曲轴转角上止点附近。这种状况增加了活塞环的磨损、擦伤的风险及摩擦学上的困难,这些都可能导致氮化层的裂纹及剥落。从摩擦学角度探讨弹性燃料发动机的第1道活塞环性能。讨论了弹性燃料发动机使用乙醇后对第1道活塞环的磨损、擦伤、氮化层剥落及摩擦等特性的影响。用发动机试验来评定耐磨损性和耐剥落性。有关擦伤,进行了环块法摩擦磨损试验,并给出了活塞环的涂层分级。还讨论了第1道活塞环的摩擦特性及对燃油耗的影响。给出了发动机浮动气缸套的试验结果。最后,讨论了克服这些挑战的活塞环技术方案。其中,有改进氮化处理以增加韧性的钢制活塞环,以及应用一种物理汽相沉积涂层,以提高耐磨损性和摩擦特性。介绍了一些摩擦试验台和发动机试验,以支持所讨论的技术方案。发动机试验基于严酷程序,目的是证明或预测弹性燃料发动机燃用乙醇时对性能的影响。     

天然气制油燃料对直喷式柴油机排放的影响

在1台安装先进排气后处理系统的柴油机上燃用天然气制油（GTL）燃料,进行了降低排放的试验研究。GTL燃料是一种更清洁的柴油机代用燃料,它几乎不含硫和芳香烃,且十六烷值高。采用几种专门制备的GTL燃料样品,研究了GTL燃料蒸馏特性对改进前发动机废气排放的影响。试验结果表明,GTL燃料的馏程对发动机的颗粒（PM）排放有重大影响。高十六烷值还能减少碳氢化合物和一氧化碳的排放,而这些燃料特性对氮氧化物（NOx）排放几乎没有影响。结果表明,低馏程和高十六烷值的GTL燃料有利于解决NOx与PM排放的折衷关系。为了改善柴油机的最终尾气排放,针对最有利的GTL燃料样品,对发动机进行了改进。为了在保持燃油耗不变的同时降低NOx排放,对废气再循环量、喷射定时和催化用排气管喷油进行了校正。车辆排放试验表明,发动机和GTL燃料的优化能进一步降低NOx和PM排放。此外,为便于今后柴油机使用GTL燃料,对发动机的压缩比、喷油嘴等技术规格进行了仔细研究。研究结果表明,低压缩比和大流量喷油嘴有利于进一步降低排放和提高输出功率。     

以煤为燃料的柴油机开发研究述评（上）

描述和概括了由美国能源部摩根敦能源技术中心发起并提供资助的以煤为 柴油机开发研究计划的结果。该计划的结果表明，柴油机可以设计成可靠地烧煤水浆运行。柴油机必须改用抗磨型活塞环和气缸套。为适应燃用煤水浆，柴油机的燃料喷射系统也必须改用硬质材料以增强抗磨耗特性。     

地铁隧道火灾中回燃现象的试验研究

国内外对地面建筑火灾的腔体回燃,进行了较多研究,但对地铁隧道这类大长细比空间中的火灾回燃研究得很少.为此,采用1∶8缩尺比例的地铁隧道火灾模型试验装置进行回燃试验,分析隧道回燃与腔体回燃的不同.结果表明,产生回燃的决定性参数是燃料挥发份的质量百分比,且存在临界值;通风条件不同,回燃产生时的燃料挥发份的质量百分比不同,单隧道自然通风和双隧道机械通风条件下的临界值分别为8.78%和11.71%;单隧道自然通风条件下的回燃和腔体回燃相似,点火延迟是重力流延迟;双隧道机械通风条件下的回燃与腔体回燃则不同,点火延迟是点火源延迟;回燃受到送入隧道内新风湿度的影响,增大新风湿度可以抑制回燃的产生,且新风风速与其湿度之间存在优化匹配关系;对送入隧道的新风加湿是对地铁隧道火灾及回燃进行抑制的经济可行的方法,对地铁消防具有重要的借鉴意义.     

发动机燃用GTL柴油的颗粒数量排放

以一台电控高压共轨柴油机为样机,研究了发动机燃用天然气制油(GTL)的排气颗粒数量及粒径分布规律.所用燃油分别为纯柴油、纯GTL柴油以及GTL柴油掺混比为10％,20％的G10、G20燃料.试验工况为最大转矩转速1 500 r/min和标定转速2 300 r/min的负荷特性试验,负荷百分比分别为10％,25％,5％,75％和100％.结果表明无论燃用柴油,还是GTL柴油或混合燃料,该柴油机排气颗粒数量随粒径变化大都呈现明显的双峰对数分布状态.其排气核态颗粒的峰值粒径在10 nm附近,聚集态颗粒峰值集中出现在40～50 nm之间.随着GTL柴油配比的增加,各工况下不同粒径的颗粒数量大都持续下降,其中排气核态颗粒数量明显下降,在高速高负荷下更为显著;而聚集态颗粒也较纯柴油有一定的降幅,其中G20和纯GTL柴油更为明显.     

Volkswagen公司新型3缸压缩天然气发动机

Volkswagen公司围绕EcoUp轿车开发了新型小型车系列New—Small—Family，配装的1．0L3缸机是以压缩天然气为燃料运行的，功率为50kW，新欧洲行驶循环燃油耗仅需2．9kg天然气，COz排放量79g／kin。该车型结合应用了准单一驱动与起动一停车系统和制动能量再生技术。     

大型柴油机用共轨系统

大功率柴油机的立法将继续压低NOx和MP(颗粒物质)的排放量。很显然,使用电子控制的燃料喷射系统,尤其是共轨系统(CRS),将强有力地支持燃烧优化以达到法定的排放限值标准。本文对几种不同的电控燃料喷射系统进行了比较,并介绍了一种新型的用于高中速柴油机的模块化共轨系统(MCRS)。这种新的模块化共轨系统技术是专门针对满足燃用柴油、喷油率为500~3000mm~3/行程的应用范围而开发的。     

对未来内燃牵引的要求

环保政策和社会目标要求对内燃牵引采取特别措施,以提高能源效率、降低排放。分析了德国铁路机车车队的发展现状;介绍了适用于未来内燃牵引的排放(废气和噪声)法规;对替代燃料、混合动力内燃动车、多柴油机组机车等项目进行了研究;展望了德国内燃牵引的未来发展。     

通过朗肯循环充分利用载货车柴油机的废气能量

全球排放法规限值收紧、不断提高的燃料价格和未来对二氧化碳排放的调控，都要求载货车柴油机进一步降低燃油耗，例如通过优化热管理。Behr公司与AVL公司和ZF公司合作开发了一种废气余热回收系统，能使燃油耗下降约5％。