喷油正时对正丁醇缸内直喷发动机性能影响分析

为解决正丁醇燃料应用于缸内直喷发动机时易造成混合气质量差的问题,以某款缸内直喷发动机为例,基于发动机的工作过程,采用三维计算流体力学(CFD)软件搭建了缸内直喷发动机的单缸物理模型,分析不同喷油正时对发动机性能的影响。研究结果表明,相对于推迟喷油,提前喷油提供了更多空气与燃料的混合时间,能够获得更好的混合气质量,从而能够达到较高的缸内压力,并能减少CO、soot和HC的排放,但NO_X的排放增加。     

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。     

正丁醇-柴油混合燃料喷雾特性的模拟研究

根据喷雾可视化试验的结果,利用三维CFD软件建立了正丁醇柴油喷雾的仿真模型,并验证了模型的准确性。利用该模型研究正丁醇柴油混合燃料的喷雾特性,模拟了喷雾的发展过程,计算了不同掺混比对喷雾贯穿距、液滴索特平均直径、速度场、密度场的影响。结果表明:模拟计算与可视化试验结果基本一致;随着正丁醇掺混比的增加,混合燃料的喷雾贯穿距和索特平均直径均降低,喷雾锥角变大,雾化特性变好。     

柴油-正丁醇混合燃料的宏观喷雾特性试验研究

在高压共轨燃油喷雾试验台上对正丁醇体积掺混比分别为0%,5%,10%和20%的柴油-正丁醇混合燃料的宏观喷雾特性进行了研究。结果表明:在相同共轨压力下,随着背压的增加,喷雾锥角增大,喷雾贯穿距减小;在相同背压下,随着共轨压力的增加,喷雾贯穿距和喷雾锥角均逐渐增大,但当共轨压力增大到110 MPa时,二者不再增大;在相同背压和相同共轨压力下,喷雾贯穿距和喷雾锥角随着正丁醇比例的增加逐渐增大,说明在柴油中混合一定比例的正丁醇可以提高燃料的雾化质量。     

喷射策略对正丁醇/柴油双直喷发动机性能的影响

基于三维计算流体软件，对一台小型柴油机进行改进，通过设置同轴喷油器，实现正丁醇和柴油这两种燃料的缸内直喷。基于该计算模型，研究缸内正丁醇的喷射比例和柴油预喷比例对柴油机燃烧和排放特性的影响。结果表明：随着正丁醇喷射比例的增大，缸压和放热率峰值下降，soot生成量和CO生成量都呈现先增大后减少的趋势，而NO_x生成量呈现减少的趋势；随着柴油预喷比例的增大，滞燃期缩短，缸压和放热率峰值上升，soot生成量和CO生成量排放物与正丁醇喷射比例增大的结果趋势相同，而NO_x生成量呈现上升的趋势。     

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。     

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%。     

正丁醇-柴油对柴油机燃烧及排放影响的试验研究

通过配制不同正丁醇掺混比例的正丁醇-柴油混合油,在不改变供油提前角和燃油系统的条件下,测量了柴油机燃用正丁醇-柴油混合油的气缸压力、放热率以及NOx、炭烟等排放污染物,探讨了正丁醇掺混比例对柴油机燃烧过程的影响规律,分析了正丁醇对排放污染物的作用过程。结果表明:正丁醇掺混比例为0%,5%,10%时,低转速、低负荷工况下,缸内最大燃烧压力分别为6.2MPa,5.9MPa和5.8MPa,与燃烧柴油相比略有降低;高转速、高负荷工况时,缸内最大燃烧压力分别为7.5 MPa,7.6 MPa,7.7 MPa,与燃烧柴油相比稍有增加;随着正丁醇掺混比例增加,柴油机的CO和HC排放升高,在中低负荷下NOx排放有所降低,高负荷时升高明显,平均增加了6.4%,炭烟排放降低明显,燃用正丁醇添加比例为5%和10%时,在高负荷下炭烟分别下降了25%和36%。     

EGR对正丁醇-柴油混合燃料燃烧和排放的影响

依据发动机台架试验数据,利用 Fire 软件建立计算模型,并验证了模型的准确性,研究了不同比例的正丁醇‐柴油混合燃料在不同 EGR 率下的燃烧和排放特性。研究结果表明：通过向柴油中掺混正丁醇可以加快燃烧速率,改善 EGR 对燃烧过程带来的负面影响;采用较高的 EGR 率,可以抑制 NO x 的生成,但混合燃料携氧燃烧,对 NO x 的生成有促进作用,但总体来说 NO x 的最终生成略有降低;Soot 的最终生成量随着 EGR 率的增大而增加,通过添加含氧燃料可以有效地降低 Soot 的最终生成。