氨-生物燃料双燃料发动机的燃烧与排放特性

针对双碳目标,应用低碳/零碳燃料是实现内燃机高效清洁燃烧的有效途径。本研究基于一个双燃料柴油机台架开展,缸内直喷燃料分别选用柴油、生物柴油/汽油混合燃料(BG70)和生物柴油/汽油/乙醇混合燃料(BG50E20);氨为进气道喷射,能量替代率为0～28%。试验工况为1 200 r/min、0.8 MPa指示平均有效压力(IMEP)。对比分析了不同燃料的一氧化碳(CO)、总碳氢(THC)、氮氧化物(NO_x)排放以及颗粒物粒径分布。结果表明：单燃料模式下,BG70和BG50E20的指示热效率高于柴油。BG70的CO排放相比柴油降低30%,但THC和NO_x排放在3种燃料中最高。BG70和BG50E20的总颗粒物数量(TPN)排放低于柴油。相比各燃料单燃料模式的燃烧与排放性能,添加氨后的3种燃料的指示热效率降低1%～2%;CO排放增加约1倍;柴油和BG70的NO_x排放减少接近50%,BG50E20的NO_x排放减少约30%。另外,氨的加入对BG70和BG50E20的TPN有显著影响,当氨能量替代率从0增长至28...     

柴油/聚甲氧基二甲醚混合燃料的柴油机性能与排放试验

试验研究了燃用不同掺混比的聚甲氧基二甲醚PODE2-4混合燃料时柴油机的动力、经济和排放特性。试验在未经改动的R180柴油机上进行,转速1 200、1 600、2 400 r/min,负荷20%~100%,使用了3种混合燃料,添加PODE2-4的体积百分比为5%、10%和20%。结果表明:随着PODE2-4掺混比的增大,柴油机功率和转矩下降,燃油消耗率和热效率增加。当掺混比达20%时,柴油机外特性功率和转矩下降5.3%,有效燃油消耗率增加13.6%,有效热效率增加1.8%。在各种转速、负荷时,随着掺混比的增大,HC和CO排放下降,排气温度和NOx排放增加,消光系数明显下降。因此,在低比例掺混条件下,PODE2-4适合作为柴油的添加组分使用。     

聚甲氧基二甲醚对轻型柴油机排放特性的影响

为了降低柴油机的颗粒排放,将聚甲氧基二甲醚(PODE)按照体积分数10%,20%和30%掺混于柴油中,制备出柴油-PODE混合燃料(记为P10,P20和P30),在一台轻型柴油机上对柴油-PODE混合燃料进行了燃烧和排放特性试验研究,并采用热重方法分析了混合燃料的挥发性与氧化特性。结果表明:P10,P20和P30在常温下都具有良好的稳定性,在0~5℃区间PODE掺混比例高于20%将出现浑浊现象,混合燃料的黏度随着掺混比例增加与温度升高而逐渐下降;随PODE掺混比例的增加,混合燃料的活化能下降,综合燃烧指数提高,P10,P20和P30的起始失重温度相对于柴油分别降低了3.3,4.3,5.3℃,起始燃烧温度分别降低了9.4,17.8,24.2℃;柴油机燃用柴油-PODE混合燃料时,随着PODE掺混比例的增加,滞燃期缩短,放热率曲线和压力升高率曲线向前偏移,缸内最高压力提高;在标定工况下,燃用P10,P20和P30的烟度较燃用柴油分别降低了26.1%,31.2%和34.8%,颗粒物较柴油在各粒径下的质量浓度均有不同程度降低,且分布峰值向小粒径偏移。     

柴油/PODE重型车辆的实际行驶经济性与排放特性

针对柴油/PODE混合燃料发动机虽满足实际道路排放法规的需求,但实际道路的高瞬态性导致其瞬态结果与实验室稳态结果不符的问题,按照国Ⅵ排放标准测试流程,采用便携式排放测量系统对一台燃用柴油/PODE混合燃料的国Ⅵ重型牵引车的实际道路排放进行研究。研究定制由比功率、车速和加速度等信息共同定义的车辆工况分箱,以更加细致地衡量车辆排放及经济性能。数据统计分析结果表明：对于所有燃料,在工况多变的市区工况下CO和PN排放最高,在柴油中添加PODE能够显著降低CO和PN排放,其全路况比排放综合降幅为50%左右;掺混PODE后实际道路NO_x排放增加,在高速工况下最高,其比排放增加幅度低于20%;重型车辆常用工况为高速工况,高速中等功率需求工况下排放和燃油消耗率最多,在市区路段时,低速小功率需求工况占据大部分的时间,其排放和燃油消耗率仅次于高速中等功率需求工况,PODE的添加使得燃油消耗率增加;当PODE掺混比为30%时,发动机整体有效热效率为40.3%,比燃用纯柴油时提高了约2%;当PODE掺混比为20%时,其整体有效热效率相比D100反而有所下降,这与实际道路行驶条件下的高瞬态...     

碳质纳米燃料添加剂对柴油机性能影响的试验研究北大核心

在一台ZS1100柴油机上,以碳质纳米颗粒氧化石墨烯(GO)、多壁碳纳米管(MWCNT)和石墨烯(GR)作为燃料添加剂(25×10^(-6)和100×10^(-6))分别加入生物柴油-柴油掺混燃料中,研究了柴油机的燃烧特性、经济性能和炭烟排放特性。结果表明,柴油中掺混20%体积比的生物柴油改善了燃烧过程,各负荷下滞燃期缩短,CA50提前,炭烟排放降低,但燃油消耗率最大增加了4.2%,热效率降低了2.1%。3种碳质纳米燃料添加剂的加入都优化了掺混燃料的燃烧,缩短了滞燃期,改善了燃油经济性,对比发现,添加100×10^(-6)的MWCNT后,缸压峰值最大提高了0.334 MPa,放热率峰值提高了17.9%,同时燃油消耗率最大降低5.0%,热效率提高4.4%。3种碳质纳米燃料添加剂的加入都降低了炭烟排放,且MWCNT和GR在高浓度时效果更加明显,其中100×10^(-6)的MWCNT效果最显著,炭烟排放最大降低了17.2%。     

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-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%。     

电控高压共轨柴油机燃用生物柴油-柴油混合燃料的燃烧特性

针对1台6缸增压中冷电控高压共轨柴油机,在不改变原柴油机结构和喷油参数的条件下,研究了生物柴油的掺混比例对发动机燃烧特性的影响。结果表明:小负荷时发动机有预喷射,随着生物柴油掺混比的增大,生物柴油-柴油混合燃料的滞燃期缩短、缸内最高燃烧压力下降,预喷阶段压力升高率峰值和瞬时燃烧放热率峰值减小,且对应的相位提前;主喷阶段压力升高率峰值和瞬时燃烧放热率峰值增大,且对应的相位后移。随着负荷的增大,发动机喷油策略改为单次喷射,随着生物柴油掺混比的增大,缸内最高燃烧压力下降,燃烧持续期缩短,压力升高率峰值略有增大,瞬时燃烧放热率峰值逐渐减小且对应的相位前移。两种不同负荷条件下,随着生物柴油掺混比的增大,混合燃料的指示热效率逐渐下降。     

预喷对柴油机燃烧与排放的影响

在一台4缸柴油机上研究预喷策略(预喷率和预喷间隔)对燃烧与排放特性的影响。研究结果表明:与单次喷射相比,采用预喷策略后,最大压力升高率和NO_x排放降低,soot、THC和CO排放升高,热效率提高;增大预喷率,预喷放热率峰值、soot、THC和CO排放升高,NO_x排放降低;增大预喷间隔,热效率和soot排放降低,最大压力升高率、THC和CO排放升高;改变预喷间隔对NO_x排放无明显影响;在小负荷工况下,与单次喷射相比,采用大预喷率和小预喷间隔策略能同时实现柴油机较高热效率和较低NO_x排放。     

添加乙醇对柴油-生物柴油混合燃料性能的影响

在一台小型直喷式柴油机上进行柴油-生物柴油(柴油70%,生物柴油30%)与柴油-生物柴油-乙醇(柴油70%,生物柴油20%,乙醇10%)两种混合燃料的燃烧、油耗和排放性能对比试验.分析了乙醇的加入对柴油-生物柴油混合燃料的发动机燃烧压力、滞燃期、放热规律、比油耗等的影响.     

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。     

含氧宽馏分燃料在压燃式发动机上的燃烧和排放特性

宽馏分燃料由于其优异的理化特性,可改善压燃式发动机的燃烧和排放特性。但由于其着火性较差,易出现燃烧效率低、冷起动困难等问题。为改善汽柴油混合宽馏分燃料的着火性,同时提高燃料的含氧量以进一步降低颗粒物排放,将高十六烷值、高含氧量的聚甲醛二甲醚(PODE)与传统柴油和汽油进行掺混,配制成含氧宽馏分燃料(GDP燃料),并在轻型车用四缸柴油机上对其进行试验研究。结果表明,用GDP燃料可使燃烧效率明显提高,有效热效率比原机高1%~4%,同时降低中小负荷NOx和碳烟的排放,使总颗粒物的质量和数量排放大幅度下降。     

柴油机燃用乙二醇二甲醚—柴油混合燃料的排放试验研究

将乙二醇二甲醚作为一种含氧燃料,与柴油混合配制出不同比例的混合燃料,在1台单缸直喷式柴油机上进行排放对比试验,研究了在柴油中添加乙二醇二甲醚降低柴油机排放的机理,并分析了排放随发动机负荷变化的规律。研究结果表明,在柴油中添加体积分数为10%~20%的乙二醇二甲醚,可使柴油机热效率明显提高,燃烧持续期缩短,在中高负荷条件下,炭烟和CO排放大幅度降低,NOx排放稍有下降,HC排放基本不变。     

丁醇-柴油双燃料发动机的燃烧和排放特性试验研究

为了深入研究丁醇同分异构体在双燃料发动机上燃烧和排放的差异,基于1台重型6缸涡轮增压柴油机,在转速1 500 r/min、缸内循环总能量1 280 J/cycle工况下,针对正丁醇-柴油和异丁醇-柴油双燃料的燃烧和排放特性进行了试验研究。研究结果表明:随着柴油喷射定时的提前,正丁醇-柴油和异丁醇-柴油双燃料燃烧的最大缸内压力相位、放热率峰值相位和θ_(CA10)提前,最大缸内压力、缸内最高平均温度和燃烧持续期增加,放热率峰值和最大压力升高率先增大后减小,HC,CO和颗粒物排放降低,而NO_x排放先增加后减少。在相同的柴油喷射定时和丁醇替代比条件下,相比于正丁醇-柴油双燃料燃烧,异丁醇-柴油双燃料燃烧的θ_(CA10),θ_(CA50)和θ_(CA90)均提前,滞燃期和燃烧持续期变短,最大缸内压力、放热率峰值和最大压力升高率降低,HC和NO_x排放较高,而CO和颗粒物排放较低。     

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。     

弱含氧燃料在柴油机上的燃烧过程与排放特性

通过在柴油机上燃用生物柴油(Biodiesel)、微乳化油生物柴油(MB)、乙醇柴油(E20)与纯柴油4种燃料,研究在低含氧量情况下不同含氧结构对柴油机燃烧和排放性能的影响。结果表明,相较于纯柴油,标定点工况下,生物柴油着火时刻约提前2°CA,放热率峰值和最大爆发压力略有降低,而MB和E20放热始点相对滞后,但放热过程更集中。大负荷时,发动机燃用3种含氧燃料总体表现为NOx排放增加,而HC、CO和烟度等均有不同程度的下降;但中低负荷时,E20的HC和CO排放明显较高。对于酯基或醇基不同结构来源的含氧燃料,携带氧的碳链长短及其附属燃料特性造成其燃烧和排放性能的显著差异,需根据各自属性优化在柴油中的添加比例,协调含氧燃料在发动机上的应用。     

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。     

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...     

煤基醇类混合燃料柴油机的燃烧及排放特性

利用煤基费托(Fischer Tropsch,F-T)燃料的高十六烷值特性和醇类燃料的含氧特性,提出了F-T柴油掺烧醇类燃料的煤基混合燃料的思路。在F-T柴油中添加10%体积比的甲醇﹑乙醇与丁醇燃料,通过与0#柴油比较来研究不同的醇燃料对发动机性能的影响规律。结果表明:相对于0#柴油,该混合燃料的燃烧始点提前,燃烧放热中心累计放热量达50%时对应的曲轴转角CA50向后推迟,燃烧放热率第一峰值点降低,预混合燃烧放热量降低;第二峰值点升高,扩散燃烧所占比重增加。在外特性下,混合燃料的NO_x﹑碳烟与HCHO排放都大幅降低,并且相同体积甲醇燃料对于柴油机排放的优化效果更加明显。