F-T柴油/PODE混合燃料的燃烧和排放特性研究

为了研究F-T柴油/聚甲氧基二甲醚(PODE)混合燃料的燃烧和排放特性,以煤基燃料F-T柴油作为基础燃料,添加体积分数为5%和15%的PODE,从而配制成F-T柴油/PODE混合燃料,再以发动机台架为基础,在四缸高压共轨柴油机上进行试验研究。试验结果表明:与0#柴油相比,F-T柴油和混合燃料的缸内放热率峰值、压力升高率、缸内压力峰值和温度都有所降低,并且对应的峰值相位均提前;在转速为2 000 r/min的工况下,相比于0#柴油,燃用F-T柴油和混合燃料FP05,FP15时,NOx的排放量略有升高,CO和碳烟的排放量均显著降低(在低负荷时尤为明显),其中,CO的平均排放量分别降低了21.5%,41.7%和48.0%,碳烟的平均排放量分别降低了54.6%,74.7%和90.1%,并且随着混合燃料中PODE掺混比例的增加,CO和碳烟排放量的降低幅度增大。     

柴油机燃用F-T柴油与0号柴油混合燃料时的性能与排放研究

开展了直喷式柴油机燃用F-T柴油与0号柴油混合燃料时性能与排放的研究,试验用燃料为O号柴油、含25%和50%F-T柴油的混合燃料以及100%F-T柴油.结果表明,在相同工况下,随着混合燃料中F-T柴油比例的增加,滞燃期缩短,预混燃烧放热峰值降低,扩散燃烧放热峰值增大,最高燃烧压力略微降低,发动机的燃油消耗率和有效热效率得到改善.在负荷特性上,发动机的CO2、HC、CO、NOx和碳烟排放随着F-T柴油的加入而降低,其中CO和碳烟在中高负荷时降低幅度最为显著.当F-T柴油掺混比例由0增至25%时,碳烟排放降低效果最为明显,此后随着F-T柴油的继续增加,碳烟排放降低幅度减少.     

柴油机燃用F-T柴油与0号柴油混合燃料时的性能与排放

开展了直喷式柴油机燃用F-T柴油与0号柴油混合燃料时性能与排放的研究,试验用燃料为0号柴油、含25%和50%F-T柴油的混合燃料以及100%F-T柴油。结果表明,在相同工况下,随着混合燃料中F-T柴油比例的增加,滞燃期缩短,预混燃烧放热峰值降低,扩散燃烧放热峰值增大,最高燃烧压力略微降低,发动机的燃油消耗率和有效热效率得到改善。在负荷特性上,发动机的CO_2、HC、CO、NO_x和碳烟排放随着F-T柴油的加入而降低,其中CO和碳烟在中高负荷时降低幅度最为显著。当F-T柴油掺混比例由0增至25%时,碳烟排放降低效果最为明显,此后随着F-T柴油的继续增加,碳烟排放降低幅度减少。     

柴油机燃用混合替代燃料的燃烧与排放特性

将生物柴油和F-T柴油(F-T diesel)进行掺混,并将其混合燃料应用于4100QBZL柴油机上.在未对原机做任何改动的情况下,研究了该机燃用不同体积配比混合燃料时的燃烧特性及NOx和碳烟排放性能.研究表明,与0#柴油相比,该机的预混燃烧放热峰值降低、扩散燃烧放热峰值升高、燃烧更柔和;NOx排放随着生物柴油掺混比例的增大而升高;碳烟排放显著下降,较0#柴油的降低幅度高达37%;低比例的混合燃料对NOx排放和碳烟排放的trade-off关系有明显改善.生物柴油与F-T柴油混合燃料宜在较低的生物柴油掺混比例范围内使用.     

直喷式柴油机燃用F-T柴油时的性能与排放

煤通过Fischer-Tropsch（F-T）合成可以获得十六烷值高、硫和芳香烃含量极低的F-T柴油.在一台未作改动的单缸直喷式柴油机上对燃用F-T柴油时发动机的性能和排放进行了研究.结果表明,在相同工况下与燃用常规柴油相比,燃用F-T柴油时的滞燃期较短,预混燃烧放热峰值较低,扩散燃烧放热峰值较高,最高燃烧压力略低,最大压力升高率显著下降,燃油消耗率和热效率都得到了改善.燃用F-T柴油可同时降低CO、HC、NOx和碳烟排放,其中NOx和碳烟排放分别平均降低了16.7%和40.3%.研究表明F-T柴油是柴油机优秀的清洁代用燃料.     

F-T柴油对直喷式柴油机燃烧和排放的影响

在两种不同供油提前角下研究了燃用F-T柴油对直喷式柴油机燃烧和排放特性的影响,结果表明:发动机不做任何调整时,与0号柴油相比,燃用F-T柴油的滞燃期较短,预混燃烧放热峰值较低,扩散燃烧放热峰值较高,最高燃烧压力和最大压力升高率较低,燃油消耗率和热效率都得到了改善,HC、CO、NOx和碳烟排放同时降低。当供油提前角推迟3℃A时,燃用F-T柴油燃烧持续期明显缩短,预混燃烧放热峰值、最高燃烧压力和最大压力升高率进一步降低,扩散燃烧放热峰值略有升高,燃油消耗率变化不大,NOx排放进一步降低, HC、CO和碳烟略有增加,其中HC排放与原柴油机相当,而CO和碳烟仍远低于原柴油机。     

不同大气压力下掺烧10%体积含量生物柴油对共轨柴油机燃烧和排放的影响

对高压共轨柴油机在不同大气压力下掺烧10%体积含量生物柴油(B10)和石化柴油的燃烧和排放特性进行了试验研究。试验结果表明:外特性工况下,与原机相比,3 200r/min和1 200r/min时B10的最高燃烧压力、峰值压升率略低,峰值放热率略高;2 200r/min时B10的最高燃烧压力、峰值压升率和放热率均略高;HC和CO排放均降低;大气压力81kPa时B10的NOx排放降低1.2%～10.0%,碳烟减少4.8%～20.4%,大气压力100kPa时NOx排放增加1.0%～4.3%,碳烟减少6.2%～16.8%。等功率工况下,与原机相比,B10的最高燃烧压力、峰值压升率和放热率略高,碳烟和NOx排放有不同程度的降低。外特性工况下,与大气压力81kPa时相比,100kPa下原机和B10的最高燃烧压力、峰值压升率和放热率均略高;NOx排放增加12.0%～369.2%,碳烟减少23.2%～34.6%。等功率工况下,与大气压力81kPa时相比,100kPa下原机和B10的最高燃烧压力、峰值压升率和放热率均略高,NOx排放增加14.5%～330.7%,低转速的增加幅度较大,碳烟减少4.6%～74.4%,HC和CO排放均增加。关键词:内燃机;高压共轨柴油机;生物柴油;燃烧;不同大气压力;排放     

甲醇均质混合气F-T柴油引燃发动机排放特性研究

针对F-T柴油和煤基甲醇在发动机中燃烧时的各自优势,在一台CY25TQ型柴油机上,研究了甲醇占能比及F-T柴油喷油时刻对甲醇均质混合气F-T柴油引燃燃烧方式下发动机排放特性的影响。试验结果表明:随甲醇占能比增加,碳烟和NOx排放明显下降,而THC,HCHO,CO排放上升;F-T柴油喷油时刻提前,CO和NOx排放上升,而碳烟,HCHO,THC排放呈先降低后升高趋势。     

不同进气氛围耦合废气再循环对双燃料发动机工作过程的影响

基于正庚烷、甲烷、乙烷、丙烷多组分混合物简化动力学机理耦合三维计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）数值模型,模拟研究高替代率时不同进气氛围（H₂、O₂组分）耦合废气再循环（exhaust gas recirculation,EGR）对天然气/柴油双燃料发动机低负荷工作过程的影响机理。研究表明：在不同EGR率下,进气掺氢会使缸内燃烧速率显著加快,OH活性基浓度明显升高,CH₄排放显著降低,但CO排放升高;进气掺氧后,缸压及瞬时放热率峰值、最大压力升高率、最高燃烧温度及OH活性基浓度均升高,碳烟、CO和CH₄后期氧化作用增强使其最终排放降低,但NO_x排放升高。在EGR率小于29%,掺氢比小于2.5%时,在实现较低CO、碳烟排放的同时能显著降低CH₄排放和NO₂/NO_x比例;高EGR率时,进气掺氧能降低CO、碳烟排放,并改善CH₄与NO_x     

煤制油的喷雾及燃烧排放性能试验研究

应用复合激光诱导荧光(planar laser induced exciplex fluoresence,PLIEF)技术研究了不同喷油压力下,煤直接液化柴油(direct coal liquefaction diesel,DCLD)、煤间接液化柴油(F-T)和欧Ⅳ柴油(diesel fuel,DF)的喷雾特性,同时在一台由重型六缸高压共轨柴油机改装而成的单缸机上进行了三种燃油的燃烧及排放试验。研究结果表明:两种煤制油与DF的喷雾特性比较接近,DCLD的喷雾前锋贯穿距离大于DF(平均增大了4.43%),而F-T与DF相当,两种煤制油的喷雾锥角均略大于DF,随着喷油压力的增大,喷雾前锋贯穿距离和锥角有所增大。在低负荷时(IMEP=0.5MPa)三种燃油燃烧相位和放热峰值有所差别;随着负荷的增加(IMEP=1.0~1.5MPa),三种燃油的燃烧特性差异减小。F-T的四种常规排放物均低于DF;而DCLD的碳烟排放低于DF,HC、CO和NOx排放在低负荷时高于DF,中高负荷时CO和NOx排放与DF差别不大,HC排放略低于DF。     

燃用F-T柴油/甲醇微乳化燃料对柴油机排放特性影响

在某增压柴油机上分别燃用0~#柴油、F-T柴油和三种不同配比的F-T柴油/甲醇微乳化燃料(简称FT微乳化燃料),分析了其燃烧排放特性,试验中柴油机结构和参数未进行调整。研究结果表明:相比于0~#柴油,燃用FT微乳化燃料缸内压力下降,放热率峰值降低。FT微乳化燃料有效降低了CO、NO_x和碳烟等常规排放,平均降幅范围分别为20%~40%、25%~27%和65%~97%。非常规排放中未燃甲醇排放随着燃料中甲醇比例的增加而增加,随着负荷增大而降低;甲醛排放均较0~#柴油有所增加,随负荷变化趋势与未燃甲醇相同,但并未与燃料中甲醇含量形成线性相关。     

F-T柴油掺混含氧燃料对高压共轨柴油机性能的影响

在F-T柴油中分别掺混体积分数为10%的甲醇、聚甲氧基二甲醚(PODE)、碳酸二甲酯(DMC),制成3种含氧混合燃料,研究掺混含氧燃料对高压共轨柴油机性能的影响。结果表明:外特性下,相比于0#柴油,M10,P10和D10含氧混合燃料的输出转矩依次降低,动力性低于0#柴油;M10,P10和D10含氧混合燃料的有效燃油消耗率大于0#柴油,经济性降低。在2 000 r/min负荷特性下,相比于0#柴油,M10,P10和D10含氧混合燃料的碳烟分别降低了36.58%,65.76%和67.35%,NOX排放量分别降低了14.82%,11.57%和14.03%,CO排放量分别降低了30.08%,46.88%和38.34%,HC排放量有所升高。     

高原环境下聚甲氧基二甲醚对柴油机燃烧和排放性能的影响

以掺混不同体积分数（10%、20%）聚甲氧基二甲醚（polymethoxydimethyl ethers, PODE）的柴油为含氧燃料,采用某军用泵机组柴油机进行发动机台架试验,通过控制进气压力模拟高原地区柴油机进气条件,模拟海拔0~4 000 m时含氧燃料对发动机外特性、燃烧特性和排放性能的影响。结果表明,低海拔下,该柴油机燃用掺混PODE燃料后功率低于燃用0号车用柴油,燃油消耗率升高。随海拔升高,柴油机燃用掺混PODE燃料后功率和燃油消耗率逐渐接近燃用纯柴油。当海拔达到4 000 m时,柴油机燃用掺混20%体积分数的PODE燃料后功率平均增加3.6%,燃油消耗率平均下降1.2%。海拔4 000 m、柴油机2 000 r/min、100%负荷下,燃用掺混PODE燃料后燃烧位移前移,缸压峰值、放热率峰值提高,滞燃期和燃烧持续期缩短。不同海拔下,燃用掺混PODE燃料后CO、HC排放显著降低,NO_x排放有所增加。     

PODE掺混和喷油参数对柴油机燃烧排放特性影响

在一台增压4缸直喷柴油机上开展了不同聚甲基二甲醚(PODE)掺混比例和喷油参数对柴油机燃烧和排放特性影响的试验.测试燃料包括纯柴油(PD0)、两种柴油/PODE混合燃料分别为PD20(PODE体积分数为20%)和PD30(PODE体积分数为30%).结果表明:随着喷油时刻的推迟,3种燃料缸内压力峰值降低,放热率峰值增加,燃油消耗率增加,热效率下降,CO和HC排放增加,NOx排放减小,颗粒物质量浓度降低,数量浓度先降低后升高;随喷油压力的增加,3种燃料缸内压力和放热率峰值增加,CO和HC排放减小,NOx排放增加,颗粒物数浓度和质量浓度下降.喷油时刻推迟和喷油压力增加都会使PD0的烟度排放明显减少,但对PD20和PD30的烟度排放影响比较小.随着PODE比例增加,热效率提高,但燃油消耗率上升,CO、HC和烟度排放下降,NOx排放小幅增加,颗粒物数浓度和质量浓度显著降低.     

柴油机燃用二元煤基燃料的燃烧和碳烟排放特性

为缓解石油短缺现状并降低柴油机有害物排放,采用二元煤基燃料在1115型单缸柴油机上进行了甲醇均质混合气F-T柴油引燃燃烧试验,对比分析了不同F-T柴油供油时刻和引燃量对燃烧和碳烟排放的影响。研究结果表明:随着供油时刻由16°CA BTDC提前至24°CA BTDC,碳烟排放最高降低27%,滞燃期变长,燃烧持续期先减小后增大,放热率中心先靠近后远离上止点;随着引燃量的增加,放热率中心缓慢接近上止点,滞燃期和燃烧持续期变短,中低负荷下,碳烟排放趋于平稳,高负荷下,碳烟排放逐渐变大。通过调整F-T柴油的供油时刻和引燃量可以对燃烧和碳烟排放进行匹配优化。     

玉米秸秆生物油对直喷式柴油机燃烧与排放的影响

采用超声波乳化法制备了玉米秸秆热解生物油质量分数分别为5%、10%、15%和20%的生物油/柴油乳化油,分别记为CSB5、CSB10、CSB15和CSB20,然后在一台未作改动的直喷式柴油机上研究了其燃烧和排放特性,并与燃用0号柴油进行了比较,旨在为生物油在柴油机中的应用提供依据和理论指导.结果表明,随着生物油质量分数的增加,乳化油的滞燃期逐渐延长,预混燃烧放热量和预混燃烧期增加,燃烧持续期缩短;燃烧放热率峰值和最大压力升高率先增加后降低,最高燃烧压力和燃烧温度逐渐降低.燃用CSB5和CSB10时的燃油经济性与柴油相当,而燃用CSB15和CSB20时的燃油经济性较柴油的略差.与0号柴油相比,随着生物油含量的增加,乳化油的NOx排放逐渐降低,HC和CO排放逐渐增加;碳烟排放先降低后增加,CSB5和CSB10的碳烟排放比柴油的排放值低,而CSB15和CSB20的碳烟排放却比柴油的排放值略高.     

甲醇质量比对防爆柴油机预混合引燃模式燃烧特性的影响

针对甲醇、聚甲氧基二甲醚和F-T柴油的各自优势,为提高能量转化效率,在改造后的CY25防爆柴油机上研究甲醇质量比对甲醇/聚甲氧基二甲醚、甲醇/F-T柴油预混合引燃模式燃烧特性的影响。研究结果表明:随着甲醇质量比的增加,甲醇/聚甲氧基二甲醚燃烧模式的比油耗增大,有效热效率降低;在甲醇质量比小于60%时,随着甲醇质量比的增加,甲醇/F-T柴油燃烧模式的比油耗减少,有效热效率升高;随着甲醇质量比的增加,两种预混合引燃模式的燃烧相位均后移,与单燃料原机燃烧模式相比,甲醇/聚甲氧基二甲醚燃烧模式下的缸内压力峰值和瞬时放热率峰值的最大升幅分别为9.5%和142%,甲醇/F-T柴油燃烧模式下的缸内压力峰值和瞬时放热率峰值的最大升幅分别4.24%和99.7%。     

Phi值对煤质柴油发动机燃烧和排放的影响

在SDA16V160柴油发动机上模拟分析了F-T柴油和0~#柴油在不同Phi值的情况下的燃烧和排放特性。通过对比发现,与燃用0~#柴油相比,柴油机燃用F-T柴油具有如下特性:F-T柴油的动力性有所下降,但燃油经济性有所提高,随Phi值的增加燃烧压力和温度峰值有所降低但变化不明显;NO、CO和Soot排放同时降低,Phi值为0.7时,分别降低19.2%、12%和54%;Phi值为0.9时,分别降低20%、16.4%和35.7%;Phi值为1.1时,分别降低17.6%、17.9%和60%。综合动力性、经济性和排放来看,F-T柴油是未来替代传统柴油的一个较好选择。     

氧体积分数对低十六烷值混合燃料燃烧特性影响

在一台转速为1 600,r/min、喷油量为21,mg/cyc的4缸增压直喷式柴油机上,进行不同进气氧体积分数对正丁醇/汽油/柴油混合燃料低温燃烧方式燃烧和排放性能影响的试验.结果表明:对于纯柴油和掺混30%,汽油、30%,正丁醇和15%,正丁醇+15%,汽油的混合燃料,降低进气氧体积分数,缸内压力和缸内平均温度迅速下降,放热率始点推迟,滞燃期延长,当量燃油消耗率增加,NO_x排放大幅降低,CO排放增加.在进气氧体积分数较高(大于19%,)时,碳烟(soot)排放变化较小,进一步降低进气氧体积分数,soot排放急剧增加.在相同的进气氧体积分数下,掺混30%,汽油、15%,正丁醇+15%,汽油和30%,正丁醇的混合燃料与纯柴油相比,放热率峰值依次升高,滞燃期依次延长,NO_x排放无明显变化,CO排放增加,而soot排放大幅度降低.     

汽油/柴油双燃料高比例预混压燃燃烧与排放的试验

对汽油/柴油双燃料高比例预混燃烧(HPCC)模式的燃烧及排放特性进行了初步的试验研究.结果表明,通过改变柴油的喷射时刻、汽油比例,HPCC呈现出由多种燃烧模式组成的复合燃烧模式,可以实现极低的NOx和碳烟排放,并能保持较高的热效率.试验工况下,汽油比例为50%时,柴油喷油时刻在-58～-6,°CA ATDC时热效率较高,喷油时刻在-49,°CA ATDC和-16,°CA ATDC时分别出现碳烟和NOx排放峰值.进气压力影响HPCC着火滞燃期、燃烧反应速度和"失火"与"爆震"燃烧汽油比例限值,提高进气压力可以提高汽油比例,实现超低的NOx和碳烟排放,并降低HC排放,但CO排放有所升高.随着汽油比例的增加,NOx与碳烟排放降低,对于IMEP为0.5,MPa、汽油比例大于50%时,两者的原始排放分别低于0.4,g/(kW.h)、0.06,FSN,但HC和CO排放升高.