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.     

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。     

乙醇-柴油-汽油混合燃料的燃烧与排放特性

以汽油为助溶剂配制出均匀稳定的乙醇-柴油-汽油混合燃料,对比分析了单缸四气门135柴油机燃用不同配比混合燃料时的燃烧与排放特性,同时研究了燃用混合燃料时供油提前角变化和使用HL伞喷油嘴对柴油机性能的影响.结果表明:柴油机燃用适当配比的乙醇-柴油-汽油混合燃料,动力性、经济性基本保持不变,碳烟和NO2排放显著降低;着火滞燃期延长,缸内平均温度下降,燃烧速率加快,燃烧持续期缩短;当使用HL伞喷油嘴燃用E20G15燃料时,着火滞燃期进一步延长,油气混合速率和混合气均匀度明显提高,在整个工况范围内,气缸压力和缸内平均温度均较低,碳烟和NO2排放同时降低,其燃烧过程具有明显的热预混合燃烧特征.     

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。     

轿车柴油机燃用生物柴油的循环变动特性

对轿车柴油机燃用柴油、柴油-生物柴油混合燃料及生物柴油的循环变动特性进行了研究,考察了生物柴油对轿车柴油机的平均指示压力、压力峰值、压力峰值相位、压力升高率峰值等缸内压力特征参数及燃烧始点、燃烧持续期等燃烧特征参数的循环变动特性的影响.结果表明:随着生物柴油混合比例的增加,该机的平均指示压力、压力峰值,压力升高率峰值、...     

F-T柴油与正丁醇混合燃料的燃烧和排放特性研究

F-T柴油具有十六烷值高、几乎不含硫和芳香烃的特点,正丁醇是能量密度较高的可再生的生物质燃料。在增压中冷4缸柴油机上对比研究了0号柴油、F-T柴油和F-T柴油-正丁醇混合燃料的燃烧、排放特性。结果表明:与柴油相比,掺混丁醇后缸内压力峰值、压力升高率降低;燃用F-T柴油-正丁醇混合燃料可同时降低炭烟和NO_x排放,随着正丁醇掺混比例的提高炭烟排放显著降低,F-T柴油掺混20%正丁醇的炭烟排放降幅高达67.8%,NO_x排放降幅达20.9%。     

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。     

发动机燃用生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的性能试验

为了降低柴油机燃用中等比例生物柴油-柴油混合燃料的污染物排放,在1 400r/min和2 000r/min不同负荷条件下,首先对比分析了发动机燃用生物柴油-柴油混合燃料与纯柴油的性能差异,然后在中等比例的生物柴油-柴油混合燃料中分别掺混10%和20%(体积比)的无水乙醇,测定了乙醇掺混比对发动机经济性、动力性和排放特性的影响。结果表明:与纯柴油相比,生物柴油-柴油混合燃料的有效燃油消耗率上升,动力性略有下降,炭烟排放降低,而NO_x排放升高。随着乙醇掺混比的增大,生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的有效燃油消耗率升高,小负荷时受乙醇汽化潜热的影响导致有效热效率下降,中等负荷时乙醇对有效热效率的影响不大,而大负荷时乙醇的高含氧量能够提高发动机的有效热效率。1 400r/min和2 000r/min全负荷条件下,发动机的最大功率随乙醇掺混比的增大而下降。在不同负荷条件下,随着生物柴油-柴油-乙醇混合燃料中乙醇掺混比的增大,发动机的炭烟、NO_x和CO排放逐渐降低,小负荷时乙醇的高汽化潜热导致HC排放明显升高。     

重型柴油机燃用不同柴油替代燃料的性能研究

对乖型柴油机燃用纯柴油、体积混合比例为1:9的天然气合成油(GTL柴油)与柴油混合燃料(G10)、体积混合比例为1:9的生物柴油与柴油混合燃料(BD10)、纯GTL柴油(G100)及纯牛物柴油(BD100)5种燃料的动力性、经济性及燃烧特性进行了研究.结果表明,BD10、G10与纯柴油有相似的燃烧特性,额定转速F G100的缸内工作压力增大,BD100的缸内工作压力显著降低;G10油耗较之BD10降低2.43%,功率较之BD10平均高2.78%;与燃用纯柴油的油耗相比,G100平均降低2.62%,BD100平均高出13%;除NOx排放外,生物柴油在降低CO、HC、PM的排放上均有所改善.     

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%。     

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。     

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。     

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。     

部分加氢生物柴油改善柴油机的燃烧与排放（双语出版）

部分加氢工艺可显著提升生物柴油的氧化安定性,同时改善燃料的着火性能,是提高生物柴油品质的有效途径。以Raney-Ni为催化剂,异丙醇为供氢体,在85℃的水环境下对大豆生物柴油进行催化转移加氢试验,得到部分加氢生物柴油,并以传统柴油作为参照,分别制备B20（80%传统柴油+20%生物柴油）和PHB20（80%传统柴油+20%加氢生物柴油）,在186FA型柴油机上进行发动机性能试验,并使用燃烧分析仪、尾气分析仪和烟度计等仪器探究加氢生物柴油对柴油机燃烧过程及排放性能的影响。研究结果表明：柴油机燃用柴油、B20及PHB20的当量燃油消耗率基本相当;在标定工况下,尽管加氢生物柴油运动黏度略有升高而不利于燃油雾化,但其十六烷值较高更易于燃烧,在燃料特性的综合影响下,与柴油机燃用柴油相比,B20和PHB20的着火时刻依次提前了0.8 °曲轴转角和1.4 °曲轴转角,瞬时放热峰及最大爆发压力亦随之提前,但最大放热率和最大爆发压力依次略有降低;在标定工况下,与燃用柴油相比, B20的HC,CO和烟度排放分别下降了9.9%、9.3%和15.2%,NO_x排放上升了8.5%;而PHB20的HC,CO和烟度排放分别下降了12.4%、13.5%和17.1%,NO_x排放上升了6.7%;综合可见,PHB20改善柴油机燃烧及排放的效果优于B20。     

部分加氢生物柴油改善柴油机的燃烧与排放

部分加氢工艺可显著提升生物柴油的氧化安定性,同时改善燃料的着火性能,是提高生物柴油品质的有效途径。以Raney-Ni为催化剂,异丙醇为供氢体,在85℃的水环境下对大豆生物柴油进行催化转移加氢试验,得到部分加氢生物柴油,并以传统柴油作为参照,分别制备B20(80%传统柴油+20%生物柴油)和PHB20(80%传统柴油+20%加氢生物柴油),在186FA型柴油机上进行发动机性能试验,并使用燃烧分析仪、尾气分析仪和烟度计等仪器探究加氢生物柴油对柴油机燃烧过程及排放性能的影响。研究结果表明:柴油机燃用柴油、B20及PHB20的当量燃油消耗率基本相当;在标定工况下,尽管加氢生物柴油运动黏度略有升高而不利于燃油雾化,但其十六烷值较高更易于燃烧,在燃料特性的综合影响下,与柴油机燃用柴油相比,B20和PHB20的着火时刻依次提前了0.8°曲轴转角和1.4°曲轴转角,瞬时放热峰及最大爆发压力亦随之提前,但最大放热率和最大爆发压力依次略有降低;在标定工况下,与燃用柴油相比, B20的HC,CO和烟度排放分别下降了9.9%、9.3%和15.2%,NOx排放上升了8.5%;而PHB20的HC,CO和烟度排放分别下降了12.4%、13.5%和17.1%,NOx排放上升了6.7%;综合可见,PHB20改善柴油机燃烧及排放的效果优于B20。     

酚类抗氧化剂抑制生物柴油氧化及对排放影响的试验研究

针对生物柴油氧化安定性较差、NO_x排放较高的问题,选用酚类抗氧化剂如迷迭香、茶多酚和丁基羟基茴香醚,分别添加到生物柴油中,测量了生物柴油在不同氧化时间下的过氧化值。在186F柴油机台架上,燃用添加不同抗氧化剂的生物柴油,测量了标定转速、不同负荷时的NO_x和HC排放。试验结果表明:与没有添加抗氧化剂的生物柴油相比,经过4 320h后,添加迷迭香的生物柴油过氧化值最大降低了0.028mol/kg,降幅近48%,生物柴油的氧化安定性得到明显改善;与B20调和生物柴油相比,添加迷迭香、茶多酚抗氧化剂的K1B20与K2B20调和生物柴油的HC排放的平均值有小幅升高,添加丁基羟基茴香醚的BHAB20调和生物柴油的HC排放平均降幅为25%;标定转速不同负荷时,添加抗氧化剂,NO_x排放均下降,在75%负荷时,添加迷迭香的K1B20相对B20的NO_x最大降幅为9.4%。3种抗氧化剂中,迷迭香抗氧化剂对于提高生物柴油氧化安定性和降低柴油机燃烧生物柴油NO_x排放的效果最好。     

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。     

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。     

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...     

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。