共轨柴油机燃用不同配比生物柴油的性能与排放特性

对某共轨柴油机燃用石化柴油、生物柴油及其混合燃料的动力性、经济性和排放特性进行了研究.在未对原机做任何改动的情况下,分别燃用了0%、5%、10%、20%和100%的5种不同体积配比的餐饮废油制生物柴油与石化柴油的混合燃料,分析比较了不同生物柴油配比对发动机功率、燃油消耗率,以及CO、HC、NO_x和烟度排放的影响.研究表明:共轨柴油机燃用生物柴油与石化柴油混合燃料后,功率略有下降,燃油消耗率有所上升;烟度、CO和HC排放减少,且随着生物柴油掺混比例的升高而降低;NO_x排放上升,且随着生物柴油掺混比例的升高而增加.     

发动机燃用纯GTL柴油与纯生物柴油的性能及排放特性

研究发动机燃用纯柴油、纯天然气制油(GTL柴油)和纯生物柴油的经济性、动力性,HC、CO、NO_x、颗粒等污染物的排放特性。结果表明:与纯生物柴油相比,该发动机燃用纯GTL柴油的外特性油耗明显较低,动力性能明显较好。低负荷工况下,其燃用纯GTL柴油的HC和CO排放均低于纯生物柴油,中等负荷工况时二者接近,高负荷工况则完全相反;在中高负荷工况下,纯GTL柴油的NO_x排放低于纯生物柴油。纯GTL柴油的排气颗粒总数量低于纯生物柴油。综合柴油机的动力性、经济性、排放特性,纯GTL柴油优于纯生物柴油。     

乙醇柴油混合燃料发动机的经济性和排放特性的试验研究

在一YC6J170-21车用六缸发动机上进行了添加助溶剂（正丁醇）情况下,无水乙醇与市售0#柴油的混合燃料对柴油机经济性和排放特性影响的研究。试验结果表明：柴油机燃用乙醇柴油混合燃料的油耗率比纯柴油高,并且随乙醇比例的增大油耗率增大,但混合燃料的等热值当量油耗率与纯柴油相差不大,混合燃料的有效热效率比纯柴油高。柴油机燃用乙醇柴油混合燃料后,NOx和碳烟排放大幅度降低,且随着混合燃料中乙醇比例的增加,下降效果明显。柴油机燃用乙醇柴油混合燃料对CO的排放改善不明显,CO排放与原机相当。柴油机燃用乙醇柴油混合燃料后,HC排放比原机增大,且HC排放与混合燃料中乙醇比例及发动机工况有关,乙醇比例越高,HC排放也基本越大。     

大气压力/VNT/EGR对车用柴油机性能与排放的影响

为了研究可变喷嘴涡轮增压(VNT)技术、排气再循环(EGR)技术及大气压力三者共同作用对车用柴油机性能与排放的影响,利用大气压力模拟装置开展了相应的试验研究,基于响应曲面法以响应曲面图的形式分析研究VNT喷嘴环开度、EGR阀开度及大气压力3个参数交互作用对柴油机性能与排放的影响。结果表明:随着大气压力的降低及EGR阀开度的增大,柴油机动力性下降,经济性恶化。当VNT与EGR耦合时,在最大转矩工况,在EGR阀关闭及开度较小时,随着VNT喷嘴环开度的减小,转矩呈现增大的趋势,有效燃油消耗率逐渐降低;而在EGR阀开度较大及全开时,随着VNT喷嘴环开度的减小,转矩降低,油耗升高。在标定功率工况,无论EGR阀置于何种开度,随着VNT喷嘴环开度的减小,转矩均增大,油耗均降低。随着大气压力的升高,NOx比排放升高,烟度降低。当VNT与EGR耦合时,在不同的运行工况下,NOx比排放与烟度表现出不同的变化趋势。欲获得良好的整机性能,针对不同的运行工况,需要合理匹配VNT喷嘴环开度与EGR阀开度。     

乙醇/柴油不同掺醇途径的性能对比

为了对乙醇/柴油混合燃料的应用和研究获取更全面的认识,在增压柴油机上对比了燃用纯柴油时与泵掺法(高压油泵掺醇)、化醇法和蒸气法(进气道掺醇)对排放性能的影响.研究结果表明,泵掺法的当量燃油消耗率优于原机;化醇法和蒸气法在低、中负荷范围内的当量燃油消耗率增大,在中、大负荷范围内接近原机水平,泵掺法的HC排放较原机有一定的增加;CO排放在小负荷工况略有上升,大负荷时明显低于原机;NO_x排放有所下降,排气烟度显著降低,化醇法和蒸气法与原机比较,在所有工况的HC、CO排放均大幅上升;NO_x排放降低的幅度不大,排气烟度有一定的降低.高压油泵掺醇方式对增压柴油机性能的改善效果明显优于进气道掺醇方式。     

不同标准柴油对柴油机性能和排放的影响

为研究不同柴油燃料对发动机燃烧和排放特性的影响,选取国Ⅱ~国Ⅴ不同标准柴油及加油站购得的4种国Ⅳ、国Ⅴ标准柴油,在一台满足国Ⅳ排放法规的电控高压共轨柴油机上开展实验研究.结果表明,市售满足国Ⅳ、国Ⅴ标准柴油对满足国Ⅳ排放标准的柴油机有效燃油消耗率(BSFC)影响差异在2%,以内,NO_x排放加权值差异在10%,以内,HC、CO排放差异在20%,以内,碳烟排放整体很低.燃用国Ⅱ~国Ⅴ这4种不同标准的柴油后,共轨柴油机外特性转矩及功率差异在2.4%,以内,在欧洲稳态测试循环(ESC)工况下燃油消耗率差异小于2%,;在不同转速和负荷下,随着燃料十六烷值的降低,NO_x排放略有增大,燃用4种不同标准的柴油后,ESC循环NO_x排放加权结果变化在7%,以内;4种燃油对国Ⅳ排放共轨柴油机动力性、经济性影响很小,燃用不同燃料时碳烟、HC和CO排放均低于国Ⅳ排放限值.     

高原环境下自然吸气柴油机燃烧及排放特性

选取3个海拔高度(10、1,000和1,670,m)进行自然吸气小功率柴油机的燃烧和排放试验,其中,1,000,m和1,670,m的试验环境通过内燃机高海拔大气状态模拟试验系统获得.结果表明:海拔高度升高,同工况下柴油机的最大燃烧压力减小,燃烧始点推迟,滞燃期延长,预混燃烧比重增加,缸内最高燃烧温度升高.海拔高度愈高,排气烟度快速增加的临界功率点愈向小负荷方向偏移,且烟度上升段斜率变大;但在小负荷时,其烟度略有降低.各气体污染物排放量的变化是:海拔高度增加,HC排放明显增加,且在中小负荷时最为显著;CO排放在大负荷和小负荷时增加,在中等负荷附近出现持平或不同程度的下降;NO_x排放随海拔升高变化最小.柴油机整机排放HC、PM明显增大,CO、NO_x变化较小.采用等烟度原则减小高原地区自然吸气柴油机的标定功率,能有效扼制CO、HC和PM排放的恶化.     

共轨柴油机燃用天然气合成油的性能与排放特性

对某共轨柴油机燃用天然气合成油(gas-to-liquids,GTL柴油)和国-Ⅲ柴油进行了动力性、燃油经济性和排放特性研究.结果表明:与国-Ⅲ柴油相比,共轨柴油机燃用GTL柴油时的动力性与国-Ⅲ柴油相当,燃油消耗率降低约4%,GTL 柴油的 HC、CO、Nox、PM 排放分别降低17%、8%、3%、40%,烟度排放降低35%.GTL 柴油明显改善柴油机HC和烟度排放,并能同时降低柴油机Nox和 PM 排放,是一种潜力巨大的低排放柴油清洁代用燃料.     

增压柴油机燃用天然气合成油排放特性的研究

对增压中冷柴油机燃用纯天然气合成油（Gas-to-Liquids，GTL）、柴油／GTL混合燃料的排放进行了外特性、负荷特性和欧洲ECE R49十三工况法的试验研究，并与柴油的排放进行了对比。研究表明：燃用GTL在所有工况下都能够有效降低NOx、烟度和PM，且掺混比例愈大，效果愈明显，CO和HC也有一定的改善；在ECE R49十三工况下纯GTL的NOx和PM排放分别降低了23．7％和27．6％，CO和HC分别降低了16．6％和12．9％；发动机工况对增压柴油机燃用所有燃料的排放有较大影响。结果表明GTL是柴油机有潜力的低排放代用燃料。     

混合燃料的含氧量对改善柴油机排放的试验研究

在一台S1100A2型单缸柴油机上,通过在柴油中添加乙醇、甲缩醛(DMM)、碳酸二甲脂(DMC)等三种含氧添加剂,研究了在常用工况下混合燃料的含氧量对柴油机排放特性的影响。试验结果表明:含氧混合燃料可以有效改善柴油机的NOx排放和烟度,在大负荷下尤为明显。而对CO和HC的排放影响不大。     

新型相继增压系统对船用柴油机性能影响的研究

将传统定涡轮相继增压系统的主增压器替换为可变截面涡轮增压器（Variable geometry turbocharger,VGT）,完成VGT相继增压（VGT-Sequential Turbo Charging,STC-VGT）系统改造及其开度控制装置设计。通过试验,研究0%、10%、25%、40%、55%、70%、85%和100%八个不同开度对STC-VGT增压柴油机分别以1/2TC运行的性能影响。结果表明：STC-VGT系统1TC运行时,相比原机,动力性改善明显,NOx排放量升高,Soot排放量降低,同时,随着负荷的增加,燃油消耗率均呈现先降低后升高的趋势;以2TC运行,当VGT开度大于70%时,动力性整体相比原机有所下降,最大降幅约为1.16MPa,NOx排放量降低,Soot排放上升,燃油消耗率整体高于原机。之后,建立多目标灰色决策模型,通过主客观赋权的方法计算得出1/2TC各研究负荷所对应的最佳VGT开度,并根据燃油经济性最优原则确定STC-VGT系统1/2TC切换点为50%Pe0、切换开度为0%。最后,对STC-VGT系统性能进行评估,其结果表明：该系统以各负荷最佳VGT开度运行时,燃油经济性整体优于原机,且10%Pe0≤Pe<80%Pe0时,也优于传统定涡轮相继增压;同时Soot排放性能整体优于原机和传统定涡轮相继增压,但NOx排放与之相反。因此,柴油机采用STC-VGT系统动力性、经济性和Soot排放性均得到有效提升,但NOx排放性能有所下降。     

柴油/正戊醇/甲醇三元微乳化燃料柴油机燃烧与排放特性研究

为了使柴油与甲醇互溶,提高燃料氧含量以控制碳烟排放,以正戊醇作为助溶剂,形成柴油/正戊醇/甲醇三元微乳化燃料,对三元燃料在不同温度下的互溶性进行了研究。在一台电控高压共轨柴油机上测试了1 400r/min转速下柴油/正戊醇/甲醇三元微乳化燃料的燃烧压力和排放特性;计算了瞬时燃烧放热率与燃烧温度,并与柴油进行对比。研究结果表明:甲醇能够以一定比例与柴油/正戊醇互溶,且互溶比例随温度升高而增大。与纯柴油相比,随氧含量的增加,混合燃料的滞燃期延长,燃烧持续期缩短,峰值燃烧温度升高;在中低负荷,峰值燃烧放热率上升;在高负荷,三元微乳化燃料的峰值燃烧放热率下降,但其扩散燃烧强度增加;混合燃料的有效燃油消耗率增加,但是其热值逐渐降低,有效热效率上升;3种含氧燃料的CO排放在低负荷时增加,高负荷时降低;HC及NOx排放升高,NO2在NOx中的比例下降;碳烟排放明显减少。     

生物含氧燃料成分对柴油机性能影响的试验研究

将占体积比80％的柴油分别掺混20％乙醇、20％生物柴油以及10％乙醇和10％生物柴油的混合物，连同纯柴油组成E20、B20、E10810和柴油共4种燃料，在一台4缸柴油机上进行燃烧、性能及排放特性试验研究。结果表明：含氧燃料成分的不同对折合油耗率基本不产生影响，但对燃烧和排放特性影响较大。发动机燃用E20的缸内最大爆发压力较柴油要大，B20、E10810较柴油要小；含氧燃料中生物柴油的加入使最大压力升高率减小，燃烧变得柔和；含氧燃料的放热时刻均落后于柴油的放热时刻。含氧燃料成分在中低负荷下对HC和CO的排放影响较大，随着含氧燃料中乙醇比例的增加HC和CO排放增加，在中高负荷下，3种含氧燃料的HC和CO排放基本相当；除了在2300r／min的中低负荷下含氧燃料的HC和CO排放较柴油高以外，其它工况下含氧燃料的HC和CO排放较柴油要低。含氧燃料成分不同对NOx排放的影响很小，3种含氧燃料的NOx排放都比柴油低。3种含氧燃料的碳烟排放较柴油要低，而且随含氧燃料中乙醇比例的增加，碳烟排放减小。     

高原地区柴油机燃用生物柴油混合燃料排放特性研究

在高原环境（81kPa）下,对4100QBZL型柴油机燃用不同配比生物柴油混合燃料后的排放特性进行了实验研究。实验结果表明：与燃用柴油相比,各工况下,HC、CO和碳烟的排放均有不同程度的降低（分别平均下降4．5％～38．4％、15．4％～43．9％和12．5％～65．5％）,高负荷低转速工况下效果尤为明显;NOx的排放也得到明显改善,只有纯生物柴油的NO。排放较柴油上升了0％～2．1％,其他指标均下降（平均下降4．4％～4．9％）。综合考虑,燃用掺混比为30％以内的生物柴油混合燃料,能同时有效地降低HC、CO、NOx和碳烟的排放。     

喷油定时对柴油机超多喷孔预混合燃烧影响研究

柴油机低温预混合燃烧能够同时大幅度降低NOx和碳烟(soot)排放,本研究采用大量废气再循环(EGR)实现低温燃烧来降低NOx排放,采用超多喷孔喷油嘴并结合高压喷射来缩短喷油持续期,实现预混合燃烧从而降低soot排放,主要对喷油定时如何影响柴油机超多喷孔预混合燃烧性能进行了试验研究,选定4个试验工况,通过改变喷油定时来测试柴油机性能,结果显示随着喷油始点从上止点前向后推迟,各工况的NOx和soot排放都有不同程度的同时下降,有别于传统燃烧方式,但HC,CO,比油耗(BSFC)有所升高。     

高原环境下柴油机可变两级增压协同主喷定时的工作过程模拟

以两级增压柴油机为研究机型,采用GT-Power构建其一维热力学仿真模型,对比模拟研究了柴油机采用两级增压(two stage turbocharger,TST)和可变两级增压(regulated two stage turbocharger,RTST)的变海拔(0km、2km、4km)工作特性。模拟结果表明:针对发动机外特性,不同两级增压系统高压级压比随海拔升高而增加。相比TST增压系统,高原环境下(2km、4km),RTST增压系统能够保证更高的进气流量及空燃比,抑制柴油机高原限扭,同时降低有效燃油消耗率。随着海拔升高,TST及RTST涡前温度及传热能均出现不同程度的升高;但RTST涡前温度及传热能升高幅度相对较低。低海拔(2km)下,NO_x比排放随海拔升高呈增加的趋势。高海拔(4km)下,可变截面涡轮增压器(variable geometry turbocharger,VGT)开度减小及推迟主喷定时,进气流量及空燃比增加。随着VGT开度增加及主喷定时推迟,涡前温度升高。传热能随VGT开度增加先减小后升高,随主喷定时推迟而减小。NO_x比排放随VGT开度的增加而减小,随主喷定时的推迟减小幅度较小。较早的喷油定时(-7°～-4°)协同合理的VGT开度(0.3～0.5)有利于减小有效燃油消耗率(BSFC)与NO_x比排放的折中关系。     

燃烧参数对汽油/柴油双燃料HPCC性能和排放影响的试验

在一台改造的单缸柴油机上,转速为1,500,r/min、平均指标压力为0.9,MPa工况进行了不同参数对汽油/柴油双燃料高比例预混合低温燃烧(HPCC)方式燃烧和排放性能影响的试验研究.结果表明,调整EGR率和汽油比例可实现HPCC燃烧过程优化,在保持发动机高燃油经济性的前提下使NOx和碳烟(Soot)排放大幅降低;进气压力对Soot的影响不明显,但进气压力过低将限制汽油比例的提高,NOx排放偏高,进气压力过高使燃烧效率和热效率降低;提高柴油喷油压力,滞燃期延长,最大压升率及最大爆发压力降低;提高喷油压力可同时降低NOx和Soot排放,但喷油压力对燃烧效率、指示油耗、HC和CO排放影响不大.在HPCC燃烧中,通过优化EGR率、汽油比例、进气压力和柴油喷油压力,在不使用后处理器的前提下可使NOx和Soot排放分别低于0.4,g/(kW.h)和0.003,g/(kW.h),并保持较高的热效率,但HC和CO排放偏高,需要采用有较高转换效率的氧化后处理器加以解决.     

提高重型柴油机低速高负荷热效率的试验研究

为了改善重型柴油机低速高负荷的燃油经济性,在一台两级可变截面涡轮增压重型柴油机上开展了空气系统与喷油参数优化策略研究。试验结果表明:对于缸内最高燃烧压力受限工况,获得最低有效燃油消耗率(BSFC)的可变截面涡轮增压器(VGT)关度应该使泵吸功基本为零;选取合适的喷油压力可提高机械效率,在改善燃油经济性的同时使NO_x排放有一定降低,而碳烟排放也能保持在较低水平。基于该优化策略,研究了缸内最高燃烧压力限值对不同工况点燃油经济性的影响,进而研究了提高缸内最高燃烧压力对改善燃油经济性的潜力。结果表明:随着转速与负荷的升高,提高最高燃烧压力限值对燃油经济性的改善作用更加明显;但缸内最高燃烧压力提高到一定程度以后,其对燃油经济性的改善作用逐渐减小。     

车用多缸直喷柴油机燃用二甲醚的燃烧和排放特性研究

开展了4缸直喷柴油机燃用二甲醚时的燃烧和排放特性的研究。结果表明，适当增加喷油器伸出缸盖底平面的距离，采用流通截面较大的喷油器，降低启喷压力，可以提高CA498发动机燃用二甲醚时的热效率。燃用二甲醚时，发动机缸内的最大爆发压力和压力升高率低于燃用柴油时的情况。二甲醚发动机在所有工况下均可实现无碳烟排放，NO，排放约为柴油机的50％，CO和HC排放与柴油机相当。试验结果表明二甲醚是一种高效、低排放、燃烧噪声低的柴油机新型代用燃料。     

新型多碳醇-柴油燃料对柴油机性能及排放的影响

试验在一台S195柴油机上进行,试验结果表明,新型多碳醇-柴油混合燃料的油耗率比纯柴油高,但随负荷的增大,差距呈下降趋势。新型混合燃料在较大工况范围都保持较低的CO排放量。新型混合燃料中,小比例多碳醇油料的加入有利于混合燃料的HC排放状况的改善,大比例多碳醇油料的加入,对改善混合燃料的HC排放影响不明显;新型混合燃料的NOx排放均比纯柴油低,并且小比例多碳醇-柴油混合燃料的NOx排放比其大比例混合燃料的NOx排放量低;新型混合燃料的碳烟排放均比纯柴油低,并且随着多碳醇掺混比例的增大,改善效果越好。