柴油机掺烧DMM的燃烧和排放性能影响研究

研究了柴油掺混不同比例二甲氧基甲烷(0～50%DMM)对柴油机燃烧和排放性能的影响.结果表明,在发动机燃油和燃烧系统不作变动的条件下,随着二甲氧基甲烷在柴油中添加比例的增加,排气烟度逐步下降,有效燃油消耗率有所增加,但折算成当量柴油的有效燃油消耗率降低,热效率增加.同一工况下,发动机排气碳烟和CO排放随二甲氧基甲烷的加入而降低,NOx则无明显的上升,HC排放随着二甲氧基甲烷的增加略有增加.混合燃料的放热规律与纯柴油相比预混燃烧量增加,扩散燃烧速率加快,发动机最高燃烧压力、放热率偏高.柴油掺混30%DMM的混合燃料能够取得较好的燃油经济性和排放水平.     

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号柴油混合燃料的燃烧特性

根据实测的喷油器针阀升程和示功图,开展了直喷式柴油机燃用F-T柴油与0号柴油混合燃料时燃烧特性的研究．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,喷油延迟角增大,而喷油持续期变化不大．滞燃期随着F-T柴油比例的增加而缩短,其中当F-T柴油的比例由0增至25%时,滞燃期缩短最为明显,此后进一步增加F-T柴油的比例,滞燃期缩短幅度减小．随着混合燃料中F-T柴油比例的增加,预混燃烧放热峰值降低,扩散燃烧放热峰值增大,燃烧持续期略有延长,缸内最高燃烧压力和气体最高平均温度降低,最大压力升高率显著下降,发动机的燃烧噪音和机械损失减小,有效燃油消耗率和有效热效率得到改善．     

预燃室式柴油-天然气双燃料船用发动机热效率优化燃烧控制策略仿真研究

基于CONVERGE软件建立了预燃室式柴油、天然气双燃料船用二冲程发动机的三维计算流体动力学(CFD)模型,研究了压缩比、引燃柴油质量、喷射压力及引燃柴油喷射角度对燃烧过程的影响,探索了提高柴油、天然气双燃料船用发动机热效率的燃烧策略。结果表明:提高压缩比可以提高缸内的最高燃烧压力,从而有效提高热效率,但受发动机机械强度的限制,压缩比为12.5时可以获得较佳的效果;适当增大引燃油量和喷射压力,可以增加射流火焰的着火点,增强点火能量,对热效率略有改善;调节引燃柴油的喷射角度,将引燃油喷射到CH₄浓度较高区域可以获得更好的引燃效果,降低指示燃料消耗率;提高压缩比至12.5结合推迟喷油策略可以明显地改善热效率。     

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。     

柴油机燃用柴油/甲醇混合燃料时的性能与排放研究

通过添加助溶剂形成一种稳定的柴油／甲醇混合燃料，并开展了柴油机燃用此混合燃料的性能与排放研究。研究结果表明：发动机热效率和柴油等热值燃油消耗率随混合燃料中甲醇含量的增加而改善，这是由于预混燃烧量的增加，燃料富氧以及扩散燃烧的改善所致。适当增加供油提前角可使柴油／甲醇混合燃料发动机热效率提高。燃用柴油／甲醇混合燃料可显著降低发动机CO和烟度，而对碳氢排放影响不大；在相同平均有效压力的条件下，N0x随甲醇含量的增加而增加，添加甲醇对N0x的影响在大负荷下更为明显。柴油／甲醇混合燃料燃烧时存在一个较为平坦的N0x／烟度关系曲线。     

DME/柴油混合燃料HCCI燃烧与排放特性的试验研究

在单缸柴油机上采用轴针式喷嘴进气道燃油喷射方式,开展了二甲醚(DME)/柴油混合燃料预混均质压燃(HCCI)燃烧及其排放特性的试验研究,探讨了喷油嘴启喷压力、进气温度以及进气掺混不同比例CO2对混合气制备率和发动机性能的影响.结果表明:低沸点液相DME在进气道喷射过程中所具有的闪急沸腾效应,可有效强化柴油/DME混合燃料的雾化与蒸发,减少燃油撞击壁面而出现的进气歧管壁湿现象,从而改善柴油HCCI发动机均质混合气的形成与燃烧,拓宽发动机的运行工况范围.进气掺混0~30%的CO2能使HCCI发动机的正常工作范围从0.32MPa提高到0.5MPa,实现高负荷工况下同时降低NOx和碳烟的排放,但CO和未燃HC排放有所增加.     

正丁醇对柴油机低温燃烧和排放的影响

在一台改造的单缸柴油机上,研究了柴油中掺入正丁醇燃料在不同EGR率、进气压力下对燃烧、性能和排放的影响.结果表明,柴油中添加正丁醇燃料使着火滞燃期延长,缸内最大爆发压力和燃烧温度下降,低温燃烧"失火"的EGR率降低,指示油耗减少,燃油经济性改善;正丁醇可明显降低碳烟排放,使烟度随EGR率变化趋势更加"平坦",烟度峰值对应的EGR率,变低,正丁醇比例越高,烟度越低;正丁醇对气体排放的影响与进气压力有关,正丁醇可以有效降低NOx排放,进气压力越大,正丁醇降低NOx的效果越明显;进气压力为0.15 MPa时,正丁醇比例越大,CO排放越低,但进气压力为0.24 MPa时,B20燃料CO排放最高;正丁醇对THC排放影响不大,但B20燃料在高EGR率条件下,其THC排放明显增大.因此,柴油燃料添加正丁醇是降低低温燃烧烟度和NOx排放,改善低温燃烧性能的有效途径.     

PODE_n-天然气双燃料的燃烧和排放特性研究

天然气双燃料模式与火花点火模式相比,可以获得更高的热效率,但存在小负荷工况下总碳氢化合物(THC)、CO排放较高,大负荷工况下燃烧粗暴、天然气替代率不足等问题.聚甲氧基二甲醚(PODE_n)是一种高十六烷值、高含氧质量分数的煤基燃料,笔者尝试用其替代柴油引燃天然气,以改善柴油引燃天然气燃烧不完全的问题.结果表明:PODE_n引燃天然气可以使THC、CO排放明显降低,获得较高的热效率,同时可以获得较低的颗粒物(PM)和NO_x排放,证明PODE_n是一种更加适用于天然气双燃料燃烧模式的引燃燃料.     

生物柴油/DMF混合燃料对柴油机低温燃烧的影响

在生物柴油中分别掺入体积分数20%和50%,的2,5-二甲基呋喃(DMF)组成DMF20和DMF50混合燃料,在一台单缸柴油机上对柴油、生物柴油和生物柴油/DMF混合燃料开展低温燃烧试验研究.结果表明,生物柴油和柴油燃烧特性相近,生物柴油含氧特性在一定程度上可以改善低温燃烧的碳烟排放;增大生物柴油中DMF掺混比例,混合燃料十六烷值降低,滞燃期延长,燃烧速率加快,预混放热峰值升高,最大压力升高率增大,DMF50即使在高负荷下也呈现典型的预混单峰放热.在低负荷时,掺混燃料热效率并没有优势,随负荷增大,掺混燃料在热效率方面逐渐表现出优势,特别是DMF50在高负荷时优势明显,指示热效率提高到46.5%(此时柴油和生物柴油分别为43%和43.3%).掺混DMF对碳烟改善明显,在高负荷、低温燃烧、低氧浓度条件下DMF50仍可基本实现无碳烟排放,同时提高DMF掺混比例对改善高负荷低温燃烧的CO和HC排放作用显著.     

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.     

直喷柴油机燃用生物柴油/柴油混合燃料适应性研究

在AVL标准试验台架上研究了掺混不同比例生物柴油混合燃料对DW10TD四缸电控柴油机动力性、经济性及排放性的影响.研究结果表明,发动机在不作任何改动的前提下,可实现稳定运转;发动机燃用B10的动力与原柴油机相当,燃用B20,B30时动力与燃用B0时相比下降幅度在3%以内.随着柴油中生物柴油添加比例的增大,发动机有效燃油消耗率增大,但发动机燃烧有效热效率有所改善.发动机燃用掺混生物柴油混合燃料对发动机碳烟排放有显著的改善作用;CO和NOx排放在中小负荷与原柴油机相当,大负荷时CO排放随着混合燃料中生物柴油添加比例的增高而减少,而NOx排放则随着生物柴油添加比例的增大而升高;THC排放在中小负荷随着生物柴油添加比例升高而下降.大负荷下燃用各种燃料THC排放基本相当.     

松油掺混燃料的喷雾及燃烧排放特性试验

为探究松油作为柴油机替代燃料的可行性,在定容弹中结合高速摄影技术对松油掺混比例为20%,、40%,和50%,的柴油/松油混合燃料在不同喷射压力及背压下的宏观喷雾特性进行可视化研究;同时基于一台4缸涡轮增压柴油机,研究掺混燃料在不同负荷下的燃烧和排放特性.结果表明:随喷射压力及背压的改变,4种燃料喷雾特性的变化规律一致;相同条件下松油掺混燃料的喷雾锥角、贯穿距及油束面积均比柴油大,且松油掺混比越大,雾化效果越好.在试验负荷范围内,松油掺混燃料的有效燃油消耗率、最大压力升高率比柴油略大;在全负荷工况下50%,掺混燃料的转矩较柴油仅降低2%,表明松油可提供与柴油相当的动力输出.掺混燃料在低负荷时的NO_x、CO和THC排放均高于柴油,中、高负荷时掺混燃料的CO及THC排放低于柴油,NO_x排放与柴油差别不大;通过增加松油掺混比例可以大幅降低碳烟的排放.     

柴油机燃用菜籽油-柴油混合燃料的试验研究北大核心CSCD

文章在一台双缸直喷柴油机上开展了燃用菜籽油-柴油混合燃料时的发动机性能、燃烧和排放特性研究,并与燃用柴油时相比较。研究结果表明:当菜籽油的掺混比(体积分数)不大于20%时,混合燃料的运动粘度和密度接近于柴油;在低负荷工况下,燃用混合燃料时的燃烧开始时间与柴油几乎相同,但缸内压力峰值和放热率相对较高;在高负荷工况下,燃用混合燃料时的燃烧开始时间略早于柴油,特别是VD50;在低负荷工况下,燃用VD50时的燃油消耗率最高,有效热效率最低;随着发动机负荷的逐渐增加,燃用混合燃料与柴油时的燃油油耗率差异逐渐减小,有效热效率也不断提高;在低负荷工况下,燃用混合燃料时的碳烟排放量较高,高负荷时则与之相反;在低负荷工况下,燃用混合燃料时的NOx排放量略低于柴油,高负荷时则几乎相同;在整个负荷范围内,燃用混合燃料时的CO和HC排放量均较高。     

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.     

VGT叶片开度对二级增压柴油机高海拔燃烧特性与性能的影响

通过可调二级增压柴油机高海拔燃烧与性能模拟试验,研究了不同海拔条件下二级增压器与柴油机的匹配特性、柴油机燃烧特性和动力经济性能随可调二级增压系统调节参数(VGT叶片开度)的变化规律.结果表明:不同海拔下,可变截面的涡轮增压器(VGT)叶片开度对高压级增压器特性参数(涡前压力、压比和转速)影响较大,而对低压级增压器特性参数影响较小;随VGT叶片开度减小,柴油机进气流量增大,联合运行线向阻塞线方向移动,缸内最高燃烧压力和最高瞬时放热率增大,预混燃烧瞬时放热率峰值减小,滞燃期缩短,燃烧重心向上止点方向偏移;海拔为5.5,km、VGT叶片开度从80%降低到50%,有效功率提高了2.5%,有效热效率提高了2.4%.     

生物油/柴油乳化燃料用于柴油机的试验研究

为研究生物油/柴油乳化燃料作为柴油机燃料的性能,通过添加适量乳化剂配制成乳化燃料并在柴油机上燃用,分析了乳化燃料的燃烧特性、经济性、排放特性及对柴油机的影响.结果表明:生物油与柴油可以通过乳化形成较稳定的乳化燃料且可将其用于柴油机,但燃油消耗率比柴油高,热效率比单一柴油低;CH和CO排放增加,NO_x排放降低;使用一段时间后,供油管路中的橡胶密封件出现溶胀效应,排放因喷油器被磨蚀而随时间呈非正常变化.试验对进一步研究生物油在柴油机上的应用具有重要意义.     

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.     

供油提前角对柴油/水煤浆混合燃料燃烧排放性能的影响

通过柴油机台架试验,分析了供油提前角变化对柴油/水煤浆混合燃料燃烧排放的影响.试验结果表明:当供油提前角调定为18 ℃A时,柴油/水煤浆混合燃料的有效燃油消耗率降低,热效率升高,燃烧持续期最短,增加或减少供油提前角都将延长燃烧持续期;供油提前角变化对柴油/水煤浆混合燃料的排放有较大影响,逐步增大供油提前角(由17到18 ℃A,再到19 ℃A),混合燃烧的烟度排放降低,Nox的排放先降低再升高,CO的排放先升高再降低,HC排放升高.     

EGR率对乙醇/生物柴油混合燃料燃烧及排放特性的影响

在一台经过深度改装的四缸直喷水冷柴油机上,燃用乙醇与生物柴油的混合燃料,研究了EGR率与燃料特性对柴油机燃烧及排放的影响.结果表明:EGR系统的介入以及乙醇的掺混均可减小燃烧过程中缸内压力和放热率峰值.燃用同种掺混比的燃料,随着EGR率的增大,滞燃期和燃烧持续期出现了不同程度的延长,当量燃油消耗率升高,有效热效率降低.EGR率不变时,燃用不同掺混比的混合燃料,随乙醇质量分数的增加,滞燃期与燃烧持续期逐渐延长,当量燃油消耗率逐渐降低,有效热效率逐渐升高.NO_x的排放量在EGR引入后出现了显著下降,HC排放量升高.相同EGR率下,随着乙醇掺混比的提高NO_x排放量略微下降,HC排放量表现出先减小后升高的趋势.相比纯生物柴油,乙醇的掺混可以显著减少大粒径颗粒物的数量.EGR率的变化对核模态粒子的数量影响不明显,但聚集态粒子的数量会随着EGR率的提高出现较为明显的增多.将乙醇、生物柴油和EGR系统三者相耦合可改善柴油机的燃烧及排放特性.