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。     

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。     

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。     

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。     

生物柴油混合燃料对车用高压共轨柴油机微粒排放粒度分布的影响

试验研究了不同添加比例的生物柴油(BTL)混合燃料对高压共轨柴油机微粒(PM)排放的影响,分析了BTL/柴油混合燃料PM粒度分布特征,揭示了BTL添加比例对柴油机PM排放粒度分布的影响规律.结果表明:高压共轨柴油机PM排放粒径绝大部分在300nm以下,BTL燃料PM粒度分布呈双峰结构,以小粒径核态PM为主,占PM总数的...     

柴油机掺烧生物柴油NO_x和Soot排放控制研究

对柴油机燃用生物柴油-0号柴油混合燃料的NO_x和Soot排放特性进行了仿真研究。在柴油机参数不作任何改变的情况下燃用体积分数分别为10%,20%,30%,40%和50%的生物柴油混合燃料,与原机的NO_x和Soot排放特性进行对比。研究表明:随着混合燃料中生物柴油体积分数的增加,柴油机Soot排放降低,NO_x排放增大。EGR的引入使柴油机NO_x排放降低,同时也使Soot排放增加。在1 800r/min中低负荷工况下,大比例生物柴油-0号柴油混合燃料应用于柴油机时,可通过调节EGR率使得柴油机NO_x和Soot排放都控制到与原机相当。     

新型复合含氧添加剂对柴油机燃烧特性的影响

分析了自行研制的新型复合含氧添加剂(记为FHYJ)的理化特性,在车用BJ493Q柴油机上进行了燃用FHYJ掺烧比例为9%的FHYJ—柴油混合燃料的试验,测量了缸内压力、压力升高率和放热率。比较和分析了燃用柴油和FHYJ—柴油混合燃料的燃烧特性,探讨了添加剂和混合燃料对柴油机滞燃期、预混合燃烧期、扩散燃烧期以及燃烧持续期等参数的影响。结果表明,在柴油机不作任何改动的前提下,掺烧FHYJ清洁燃料复合含氧添加剂,缸内压力、压力升高率和放热率在低负荷下均与原机基本相当,在中、高负荷有所下降,滞燃期、预混燃烧期均较原机延长,扩散燃烧期和燃烧持续期均较原机缩短,且其变化程度均随负荷的增大而增大。     

酯类含氧燃料组分对柴油机燃烧与排放特性的影响研究

为了进一步研究生物柴油和碳酸二甲酯（DMC）在柴油中的调配比例对柴油机性能的影响,在体积比90％的柴油中分别掺混10％生物柴油、10％DMC及5％生物柴油与5％DMC的混合物,连同柴油组成B10,D10,B5D5和柴油4种燃料,考察了不同含氧燃料对柴油机燃烧过程、经济性和排放性的影响。结果表明,3种含氧燃料对柴油机缸内最高燃烧压力和压力升高率峰值影响不大,B10的放热峰值略有降低,而DMC的加入使B5D5和D10的放热峰值明显升高。DMC造成的着火延迟效应要比同比例生物柴油造成的着火提前效应更明显。B10和D10的当量燃油消耗率与柴油基本相当,但B5D5的当量燃油消耗率略有降低。发动机燃用B10时,除NOx在全负荷时升高7．9％外,CO,HC和炭烟排放相对有所降低;而混合燃料中DMC的引入虽不利于HC和CO的氧化,但可同时降低烟度和NOx排放。     

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。     

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。     

高原低氧环境下含氧燃料对柴油机工作过程的影响

以高原共轨柴油机为研究机型,根据台架试验和发动机结构参数,运用A V L Fire构建其燃用B100（纯生物柴油）和B70N30（体积70％生物柴油＋30％正丁醇）的三维CFD模型,并进行验证。利用该模型对比研究了不同海拔氧浓度对发动机燃用不同含氧燃料工作过程的影响规律,并在此基础研究了B70N30耦合EGR对发动机的影响机理。计算结果表明：相比D100（纯柴油）,B100和B70N30的缸内局部当量比降低,活性自由基（OH ,O）浓度及其缸内分布区域增大,从而导致NO排放升高,但同时使CO生成量峰值减小,Soot和CO缸内分布区域以及排放终值都随大气氧浓度的降低而显著减少;相比B100,B70N30因汽化潜热增大,其NO排放降低,但原子氧的增加导致Soot和CO同时降低;对于B70N30,随EGR率增大,NO大幅度降低,CO显著升高,而Soot因滞燃期延长变化较小。     

二甲醚／柴油混合燃料在压燃式发动机上的应用

为探索二甲醚/柴油混合燃料作为柴油机替代燃料的应用性能,对D20二甲醚/柴油混合燃料的喷雾特性进行了试验研究;同时,开展了直喷式柴油机燃用二甲醚/柴油混合燃料动力性能、经济性能及排放性能研究。结果表明:在同样的环境背压下,D20混合燃料的油束与柴油相比较,贯穿度有所缩短,喷雾锥角有所增大;柴油机燃用二甲醚/柴油混合燃料时,通过适当调整循环油量,发动机的动力性可以超过原柴油机,最低当量比油耗下降4.5%,烟度指标下降70%以上,NOx排放降低30%~50%;二甲醚/柴油混合燃料是一种能实现高比功率、低排放的石油替代燃料。     

共轨柴油机燃用乳化柴油试验研究

在某高压共轨柴油机上进行燃用0号柴油、E10,E15,E20乳化柴油的外特性试验以及2 000 r/min,3 200 r/min转速下的负荷特性试验。在原机未作任何改动的情况下,将发动机燃用4种油品的动力性、经济性及常规排放特性进行对比,研究结果表明:相对于0号柴油,燃用乳化柴油经济性有所提高,NOx排放降低,烟度值大幅降低,CO排放有所升高,HC排放在低负荷时升高,在高负荷时降低;燃用乳化柴油各种排放物的变化幅度随掺水比的增大而增大。     

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。     

甲醇柴油发动机循环变动与排放的关系研究

通过在4100BZL增压柴油机上燃用0号柴油和甲醇柴油混合燃料(M5,M10和M15),研究了不同比例甲醇柴油在中高转速时对柴油机循环变动率和NOx排放的影响。结果表明:中高转速时,随甲醇添加比例的增加,发动机燃用3种混合燃料的最高燃烧压力和压力升高率峰值循环变动率逐渐增加。发动机燃用4种燃料的平均指示压力循环变动率均较低,燃烧始点循环变动率较高。发动机燃用3种混合燃料最高燃烧压力和压力升高率峰值循环变动率的规律与NOx排放规律相对应。     

内燃机化石燃料(汽油和柴油)的研究进展

评述了近年来内燃机化石燃料(汽油和柴油)的研究进展。详述了汽油、柴油的组成和物理性质对排放的影响以及被ACEA推荐为未来清洁柴油机用的两种清洁柴油的研究成果;此外,还明确指出,把"燃料—发动机(包括后处理系统)—排放"作为一个整体进行同时优化的重要性。     

乙醇柴油着火促进剂对发动机排放的影响

在一台增压中冷柴油机结构不作任何变动的条件下,按13工况排放试验循环进行了不同乙醇柴油的试验研究。结果表明,燃用乙醇柴油与柴油相比,发动机的CO和HC排放率增加,尤其是低转速小负荷工况的分担率增加较大,NOx排放率基本未变。着火促进剂的加入提高了乙醇柴油的着火性,使CO和HC排放率减少,特别在低速小负荷工况减少的幅度更大,但NOx排放率增加。     

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。