聚甲氧基二甲醚与柴油混合燃料的燃烧与排放特性

聚甲氧基二甲醚(PODEn)是一种高含氧、高十六烷值的新型燃料。为了降低柴油机的颗粒物排放,该文在一台轻型柴油机和一台重型柴油机上对柴油和10%、20%PODE3-4/柴油混合燃料进行了燃烧、排放和热效率的测试。结果表明:添加20%的PODE3-4,轻型柴油机大负荷工况下的碳烟排放下降90%,指示热效率能够提高2%;重型柴油机欧洲稳态循环(ESC)的颗粒物(PM)排放下降36.2%,有效热效率上升0.8%。添加PODE3-4,在指示平均有效压力(IMEP)为0.2~0.6 MPa时,对放热率曲线影响不大;在IMEP为0.8 MPa时,使主喷放热的滞燃期延长,主喷放热峰值增加。因此,PODEn是很有前景的柴油添加成分。     

柴油替代燃料乘用车实际道路气态物排放特性

采用Horiba OBS-2200便携排放测试仪对一辆柴油乘用车进行实际道路车载排放测试,研究其燃用国Ⅳ柴油(D100)及其与10%其它替代燃料的混合燃料,包括生物柴油(B10)、煤制油(C10)、天然气制油(G10)和丁醇(Bu10)时在不同车速和加速度下的CO、THC、NOx和CO2排放特性。结果表明:与纯柴油相比,1车速高于20km/h时,混合燃料的CO排放有不同程度的下降;Bu10的THC排放增加16.3%;中低车速时Bu10的NOx的排放较低,高车速时Bu10、B10的NOx排放高10%左右;2中低车速(20～50km/h)加速时,混合燃料的NOx排放都有不同程度的降低,减速时,B10、C10的NOx排放略有升高;3高车速(80～110km/h)时,Bu10的THC排放较高;B10、Bu10的NOx排放在加速时升高20%～30%,减速时略有降低。     

汽油掺混PODE3-4对发动机燃烧和排放的影响

为了实现汽油在发动机上的压缩燃烧，在一台4缸四冲程压燃式发动机上使用不同掺混比的聚甲氧基二甲醚(PODE_3-4)-汽油混合燃料，探究了在不同负荷下的燃烧和排放特性。结果表明：在小负荷工况(0.13,0.38 MPa)下，掺混PODE_3-4使缸内燃烧压力和放热率升高；在大负荷工况(0.88,1.13 MPa)下，放热率随掺混比增加逐渐降低；对于排放特性，随着负荷的增加，NO_x和Soot排放逐渐升高，当负荷大于0.38 MPa时，CO和HC排放均保持在较低水平；随着掺混比的增加，Soot、CO、HC、苯和甲醛等污染物排放呈现出降低的态势，而NO_x排放变化不大。     

不同喷射策略下CRDI柴油机燃用柴油-桐油-乙醇混合燃料的燃烧与排放特性

在1台共轨直喷(CRDI)柴油机上开展了不同喷射策略下桐油、乙醇与柴油混合燃料的燃烧和排放特性研究。试验结果表明:与0号柴油相比,混合燃料的着火延迟期稍长,缸内压力峰值和放热率较高,但燃烧持续期稍短;随着桐油和乙醇体积分数的增加,有效热效率(BTE)也随之增大。在低负荷时,混合燃料的CO和HC排放较高,且随着桐油和乙醇所占体积分数的增大而增加;混合燃料的NO_x排放在低负荷时较低,在高负荷时略高;在高负荷时,混合燃料的炭烟排放大大减少。总体而言,混合燃料中乙醇对发动机性能的影响比桐油大。     

裂解气对稀燃甲醇发动机性能影响的仿真研究

基于甲醇发动机三维模型，通过CONVERGE仿真软件计算分析了EGR稀释和空气稀释下进气道喷射裂解气对甲醇发动机燃烧特性和排放特性的影响。结果表明：掺烧甲醇裂解气后，缸内混合气分布趋于均匀；同一稀释比下，甲醇裂解气掺烧对空气稀释下燃烧速率的提高要大于EGR稀释；相同裂解气掺烧比下，EGR稀释的CO排放和HC排放明显高于空气稀释，NO_x排放明显低于空气稀释，甲醇裂解气掺烧在空气稀释下对CO和NO_x排放的降低相对于EGR稀释更为明显，HC排放则相反；随着甲醇裂解气掺烧比的增大，EGR稀释下的最高综合指示热效率逐渐逼近空气稀释，在裂解气掺烧比达到30%时，两种稀释方式的最高综合指示热效率只相差2.6%。     

燃料特性对柴油机低温燃烧影响的试验研究

通过对柴油机燃用纯柴油、20%和40%汽油(体积比)3种燃料时的燃烧和排放特性的对比试验,研究了燃料特性对柴油机低温燃烧的影响。结果表明,随着汽油比例的升高,滞燃期延长,低氧浓度时更加明显,这也导致了压升率的升高和"丢火"临界点向高氧浓度移动,但提前喷油时刻对此有一定补偿作用。汽油比例对NOx、CO和THC排放影响较小,但在低氧浓度区域,较大的汽油比例可以大幅降低碳烟排放。氧浓度大约低于16%以后,CO和TCH排放急剧上升;碳烟也进入高峰区,但提前喷油时刻可有效降低排放水平;而NOx正好相反,氧浓度大约高于16%后,NOx排放迅速升高,而只有延缓喷油时刻,才能改善其排放。     

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。     

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。     

天然气/氢气混合燃料发动机的稀燃极限和排放特性试验研究

在东风EQD210N-20天然气发动机上进行了天然气与天燃气/氢气混合燃料体积混合比例为10%、30%和50%的稀燃极限和排放特性试验研究.实验结果表明:燃烧混合燃料比燃烧天然气时的稀燃极限大,并且随着掺氢比例的增大,燃烧过程的火焰发展期和快速燃烧期缩短,发动机的指示热效率、平均指示压力和NO2的排放增加;但是当发动机在大于天然气/氢气混合气的稀燃极限工作时,其指示热效率、平均指示压力和NO2的排放迅速下降,平均指示压力变动系数、CH4和CO的浓度迅速上升.     

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。     

天然气制油——柴油混合燃料对柴油轿车排放性能的试验分析

对柴油轿车燃用0%、30%、50%、70%和100%等不同体积混合比例的天然气制油燃料(GTL)——柴油混合燃料进行了试验研究。结果表明,在柴油中加入GTL可全面改善柴油轿车的排放性能。与纯国III柴油比较,100%混合比例的GTL柴油的CO、NOX、NOX THC、PM和CO2的排放分别降低61%、13%、16%、48%和3.4%,但百公里油耗按体积比计算升高约3%。因此,使用GTL柴油可以显著改善柴油轿车的排放,降低汽车对大气环境的污染,GTL燃料是有前途的柴油补充燃料之一。     

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%。     

柴油引燃天然气双燃料发动机性能试验研究

针对柴油/天然气双燃料发动机的动力性、燃料经济性和排放特性,采用十三工况法,在WP10.336型柴油机上进行柴油/天然气双燃料与纯柴油的性能与排放对比试验研究,试验中柴油替代率为88%~97%,满足微量柴油的要求。结果表明,双燃料模式下动力性基本不变,但热效率会降低,排放减少,同时HC和CO2排放明显增加。     

气相射流点火天然气发动机的燃烧及排放特性

射流点火是实现稳定的稀薄燃烧,大幅度提升发动机热效率的有效技术途径。该文利用设计的一种射流点火器,对气相射流点火(GJI)的燃烧开展研究,揭示了主动式射流点火(射流室内有补充燃料)和被动式射流点火(射流室内无补充燃料)的燃烧和排放特性。结果表明:相比于被动式射流点火,主动式射流点火将过量空气系数拓展至2.0,热效率提升1.5%;进一步引入废气再循环(EGR)后,热效率提升至44.5%。主动式射流点火时,最高热效率点NOx排放较被动式射流点火下降低66%,THC及CO排放的增加使燃烧效率降低3%;引入EGR后,NOx进一步降低79%,燃烧效率保持稳定在96%。     

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...     

汽油/柴油混合燃料对压燃式发动机燃烧及超细微粒排放的影响

对一台高压共轨增压中冷压燃式发动机燃用汽油/柴油混合燃料的燃烧和排放特性进行试验研究,分析不同汽油掺入比例对发动机的燃烧过程和微粒排放粒度分布的影响规律。结果表明,燃用汽油/柴油混合燃料改善了燃料的挥发性,有助于加快油气混合,增大预混合燃烧量,显著降低排气烟度,但会导致NO_x排放增加,在较大负荷工况下更为明显。引入适当的废气再循环,可同时降低NO、和微粒排放。随汽油掺入比例的增加,燃烧持续期缩短,有利于改善燃烧定容性,配合EGR、喷油参数等燃烧边界条件的控制,合理匹配燃烧相位,有利于提高发动机热效率。但过大的汽油掺入比例易导致燃料着火性变差,滞燃期延长,燃烧相位过于推迟,热效率有所降低。燃用汽油/柴油混合燃料时,微粒数量浓度分布曲线中核态微粒与积聚态微粒数量浓度峰值均向小粒径方向移动。随着负荷的增加,预混合燃烧量减少,汽油掺入比例对微粒排放浓度的影响加大。在中等负荷工况下,汽油掺入比例在40%以上的混合燃料能够有效降低积聚态微粒数量浓度。     

柴油机燃用生物柴油低温燃烧性能的仿真研究

采用GT-Power软件模拟分析了不同EGR率和喷油正时对柴油机燃用生物柴油低温燃烧性能的影响。研究表明:随着EGR率的增加,最高燃烧压力下降,缸内最高平均温度逐渐升高,燃烧相位后移,有效燃油消耗率增加,热效率降低,NO_x排放大幅度降低,炭烟排放、CO排放和THC排放都升高。在相同的EGR率下,随着喷油正时的延迟,最高燃烧压力和缸内平均燃烧温度降低,燃烧放热相位后移,燃油消耗率先减小后增加,热效率先升高后降低,NO_x排放降低,炭烟排放先升高后降低,CO排放和THC排放同时升高。通过调节EGR率和喷油正时可同时使NO_x排放和炭烟排放低于原机,但是会导致燃油消耗率和热效率大幅度恶化,且CO和THC排放升高。     

山路行驶的柴油车污染物排放特性试验

在山路和平路上,进行了不同载荷下国V柴油车的实际道路行驶排放(RDE)试验。采集车速、海拔、氮氧化物(NO_x)和颗粒物数量(PN)排放浓度等数据,分析了道路坡度、车辆载荷与输出功率对排放的影响。研究发现:测试柴油车辆,在平均坡度约6%山路行驶时NO_x排放因子高于平路20%以上,PN低于平路20%以上。道路坡度自0增大到8%,NO_x排放浓度升高1倍以上,PN排放浓度升高20%~60%;坡度进一步增大,NO_x与PN排放浓度上升变缓,继而下降。载荷增大,NO_x与PN排放浓度升高;NOx、PN排放速率在10~40 kW功率区较大;NOx与PN高排放速率区随载荷增大变宽。该成果可为RDE测试车辆运行条件的设置提供参考。     

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。     

甲醇汽油机怠速稀燃特性的试验研究

为改善传统汽油机怠速稀燃的燃烧与排放特性,在1台加装了电控甲醇喷射系统的汽油机上对燃用汽油(M0)、50%质量比例甲醇汽油(M50)和纯甲醇(M100)3种燃料的发动机的怠速稀燃特性进行了试验研究。试验先后在过量空气系数a=1.1和a=1.3两组稀燃工况下进行,怠速转速稳定在800r/min左右。试验结果表明:添加甲醇后,两组稀燃工况下指示热效率均有所提升;发动机的火焰发展期、快速燃烧期和平均指示压力的循环变动系数随着甲醇比例的增加而降低;甲醇能够显著降低发动机怠速稀燃工况下的HC和NOx排放,CO2排放随着甲醇含量的增加也略有降低。