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的试验研究

在1台电控高压共轨柴油机和装有该型号发动机的轿车上,进行不同掺混比生物柴油—柴油混合燃料的性能对比试验,分析了在不同转速和负荷下柴油机燃用不同掺混比混合燃料的动力性、经济性和排放性。研究结果表明:生物柴油与柴油相比,在2 200 r/min负荷特性下,有效能耗率减少,NOx排放增加较多,中小负荷炭烟排放基本相同,大负荷炭烟排放明显降低,中小负荷HC排放明显降低,大负荷HC排放基本一致,CO排放基本不变;在外特性下,功率略有增加,HC排放和炭烟排放均有所降低,CO排放和NOx排放增加。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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%。     

甲醇—柴油混合燃料在共轨发动机上的燃烧和排放特性研究

在1台电控高压共轨增压发动机上,不改变原机结构,采用甲醇—柴油混合燃烧的方式,进行燃烧排放特性分析。结果表明:在相同转速下,发动机的当量燃油消耗率随负荷的增加而降低;随着甲醇含量增加,发动机的最高燃烧压力、最高燃烧放热率和最高燃烧温度都逐渐升高;中低负荷时,发动机的CO和HC排放随着负荷的升高而减小,燃用混合燃料时较燃用柴油略有升高,且甲醇含量越高升高越多;燃用混合燃料时发动机的NO_x和炭烟排放较燃用柴油时有所降低,且随着负荷的升高而增大。     

喷油正时对电控共轨柴油机燃用LNG-柴油双燃料的影响

为了在电控共轨柴油机上应用LNG,将电控共轨柴油机改装为柴油引燃天然气双燃料发动机,研究了引燃柴油喷油正时对双燃料发动机性能与排放的影响。试验选取最大扭矩转速1 600r/min和标定转速2 500r/min,在不同油门开度工况下研究了双燃料发动机的功率、燃料消耗量、有效燃料消耗率和排放。试验结果表明:随喷油正时的提前,双燃料发动机的输出功率先增大后降低;有效燃料消耗率先降低后增大,并在最大功率正时处达到最低;HC,CO和炭烟排放降低,CO2排放升高;油门开度较小时的NOx排放降低,而油门开度较大时升高。     

EGR回路喷甲醇在柴油机上的应用研究

在YC6A220C柴油机上进行了进气道喷甲醇结合EGR的试验研究,在保持原柴油机动力性基本不变的基础上,研究了在不同负荷下,选用不同的EGR率和不同甲醇消耗率对原机的动力性、经济性、NOx和炭烟排放的影响。研究结果表明:单纯地使用EGR对于降低NOx效果比较明显,但是难以同时降低炭烟的排放,尤其当EGR率超过30%时,随着EGR率或者负荷的增加炭烟也急剧增加。向回路喷入适量甲醇后,不但可以保证NOx排放减少,而且炭烟排放也可以大幅度降低。在1 500r/min(最大扭矩转速)下,在EGR率为20%~35%,甲醇消耗率为50~70g/(kW·h)范围内,可以同时降低NOx和炭烟排放。发动机的动力性和燃油消耗略有降低,排放水平均低于燃用0号柴油。     

增压柴油机上混燃乙醇的试验研究

通过在增压柴油机上燃用柴油和混燃一定比例的乙醇的对比试验,研究了混燃乙醇对柴油机工作性能和排放特性的影响。试验表明,在柴油里混燃一定比例的乙醇可以降低燃油消耗率,提高柴油机的有效热效率;同时,混燃乙醇对柴油机的功率影响较小,完全能够满足柴油机的各工况运行需要。     

Physical-chemical properties of ethanol-diesel blend fuel and its effect on the performance and emissions of a turbocharged diesel engine

This paper deals with the main physical-chemical properties of ethanol-diesel blend and the effects of ethanoldiesel blends (up to 15% volume) on engine performance (full load torque vs. engine speed, BSEC vs. torque at 1400 r/min and 2300 r/min, and effect of start of injection angle) and emissions in ECE R49 tests (steady 13 points) using a 6.6 L inline 6-cylinder turbocharged direct injection diesel engine. The results show that an increase in ethanol fraction results in decreased viscosity of the blend fuel and very high distillation characteristics in the low temperature range. Solvents can improve the solubility of ethanol-diesel blends. The engine power was degraded proportional to the ethanol content (10% and 15%) due to the LHV (low heating value) of the blends. The higher latent heat of vaporization and lower CN (cetane number) of ethanol, which results from the steady state emissions of CO, HC, and SOF (soluble organic fraction), were much higher in the ECE R49 tests at low loads. Soot (solid mass) emissions were improved. The particulate matter emissions were significantly increased with higher blend volumes, and NOx emissions slightly increased with higher ethanol volumes. By increasing the injection angle properly, the performance parameters of the diesel engine were improved, but NOx emissions were deteriorated slightly.     

柴油/乙醇混合燃料的性质及对发动机性能的影响

研究了不同掺混比例的柴油/乙醇(C2H5OH)混合燃料的相溶问题,分析了柴油/C2H5OH混合燃料对发动机动力性和经济性的影响,并结合13工况下试验结果分析了混合燃料对发动机HC和微粒(PM)排放的影响。实验结果表明,助溶剂可有效解决柴油的相溶问题,燃料较低的十六烷值是造成小负荷下HC和PM中可溶性有机物(SOF)排放恶化的主要因素。     

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。