柴油微乳化对柴油机性能影响研究

基于亲油-亲水平衡(HLB值)理论和微乳化原理,选择OP4/OP7复配的表面活性剂配置柴油、表面活性剂、水的质量比为15∶2∶1的微乳化柴油,研究该微乳化柴油在柴油机上的应用。在增压中冷型柴油机上进行微乳化柴油的性能台架试验,并与柴油进行对比分析。结果表明:与柴油相比,中小负荷时微乳化柴油的压力曲线和放热率曲线均向后移,燃烧始点滞后,燃油消耗率明显增加,而在大负荷时两者的上述参数较接近;由于水分强化燃烧,微乳化柴油燃烧持续期缩短、燃烧更加完全、放热更加集中;发动机燃用微乳化柴油的有效热效率在中高负荷时高于原柴油机,在低负荷时低于原柴油机。发动机燃用微乳化柴油时,NOx和烟度排放均降低,而CO和HC的排放量有不同程度的上升。微乳化柴油可直接用于增压中冷型发动机,但需调整中低负荷的标定参数。     

葡萄糖水溶液乳化柴油在发动机上的试验研究

使用复配乳化剂通过适当的乳化工艺制备了不同配方的葡萄糖水溶液乳化柴油,并与纯柴油在135柴油机上做了一系列对比试验,研究了发动机燃用不同燃料的燃油经济性和排放特性.试验结果表明:在柴油机参数不作改变的情况下,燃用葡萄糖水溶液乳化柴油可降低发动机的当量燃油消耗率和碳烟排放,在中低负荷时NOx排放量也显著降低,大负荷时CO排放量略有减少,但HC排放在所有负荷工况下都增加;添加助燃剂二茂铁后可进一步改善发动机的燃油经济性和排放特性.     

甲醇柴油对增压中冷柴油机燃烧与排放性能的影响

针对在增压中冷柴油机上燃用不同比例甲醇柴油对发动机燃烧和排放性能的影响进行了研究。结果表明：随着混合燃料中甲醇含量的增加,发动机动力性略有降低,使用经济性提高,缸内最大压力和温度降低,NOx和碳烟排放降低,HC排放增加;CO排放小负荷下大幅增加而在大负荷下略有降低。     

高压共轨柴油机燃用乳化柴油的燃烧特性

对某高压共轨柴油机上燃用E0纯柴油和3种不同配比的乳化柴油的燃烧特性进行了试验研究。测得不同转速和负荷下,燃用E0纯柴油和3种不同配比乳化柴油的缸内压力、压力升高率、瞬时放热率、累积放热率以及燃烧持续期的曲线。结果表明：乳化柴油的燃烧特性与E0纯柴油类似;在2000r·min^-1、50％负荷和3200r·min^-1、50％负荷工况下,燃用乳化柴油的缸内最高压力更高,在试验所测的其它工况下,乳化柴油的缸内最高压力相比E0纯柴油均没有明显下降;乳化柴油的瞬时放热率峰值和累积放热率曲线均高于E0纯柴油,ED乳化柴油的瞬时放热率峰值最高;燃用乳化柴油后,燃烧持续期缩短。     

重型车用柴油机燃用乳化柴油的燃烧与排放特性试验研究

在不改变发动机任何参数的情况下,对高压共轨重型车用柴油机分别燃用柴油和乳化柴油的燃烧与排放特性进行了对比试验研究。试验结果表明:与纯柴油相比,乳化柴油在试验工况下着火滞燃期延长,瞬时放热率峰值提高,燃烧持续期变短;缸内最高压力在低负荷时较柴油高,但在高负荷时较柴油低;在全负荷下,相比于柴油,燃用乳化柴油有效功率平均降低了16.90%,但发动机有效热效率平均提高了2.42%;燃用乳化柴油在常用转速1 800 r/min的负荷范围内时,NOx和碳烟排放分别比柴油平均降低了12.77%和58.90%,改善了NOx和碳烟排放的权衡曲线关系;高负荷时,燃用乳化柴油的CO排放减少,但HC排放增加。     

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。     

微乳化燃油的粘温特性及燃烧过程

为对比分析柴油机燃用微乳化燃油的燃烧特性,采用旋转粘度计测量燃油在各种温度下的粘度以及利用发动机台架和燃烧分析仪,测录燃烧压力随曲轴转角的变化关系,研究微乳化燃油的粘温特性和燃烧过程。结果表明:燃油微乳化后粘度增大;但随着温度的升高,微乳燃油的粘度显著减小,50℃时减至柴油水平。微乳化柴油中掺水或表面活性剂质量分数越高,粘度越大。燃料特性对柴油机缸内压力的影响与转速明显相关,含水质量分数为5.6%微乳化柴油M5.6D、生物柴油和含水质量分数为10%的微乳化生物柴油M10B的最大爆发压力均略高于柴油;在相同工况时,柴油和M5.6D、生物柴油和M10B的放热规律形态差异主要在燃烧前期。燃油微乳化后,预混合燃烧期略微增延长,预混合燃烧占整个燃烧放热比例显著增大,扩散燃烧期明显缩短。与燃用柴油相比,柴油机燃用M5.6D、生物柴油和M10B时,燃烧重心向上止点靠近。     

推进特性试验下生物乳化柴油对柴油机性能的影响

在柴油机上进行柴油、三种生物乳化柴油(E10、E15和E20)和生物柴油的推进特性试验,就其燃烧特性、动力性、经济性及常规排放特性进行对比。试验结果显示:高转速时,生物乳化柴油的缸内燃烧压力和放热率略低于柴油,缸内燃烧温度有所降低;动力性相比柴油略有下降,仅E10的燃油消耗率比柴油低,B100最高;烟度和NOx排放均有显著降低,且随水和丁醇掺混比例增加而降低; CO和HC排放与柴油基本无差别,整体增加不多。表明:生物乳化柴油作为替代燃料能保证柴油机运行的稳定性,可同时降低柴油机的烟度和NOx排放,具有良好的环境效益和经济效益。     

柴油机燃用低比例小球藻生物柴油-柴油混合燃料的试验研究

以野生小球藻生物柴油(Chlorella Biodiesel Fuel,CBF)-柴油作为混合燃料,利用186FA柴油机进行台架试验。在CBF的掺混比例分别为0%,3%,5%(B0,B3,B5)时,对柴油机的动力性、燃料燃用的经济性和燃烧及排放特性进行了比较分析。试验分析表明:柴油机燃用混合燃料时,与燃用纯柴油相比,随着CBF掺混比例的增加,其扭矩和功率略有下降,最大降幅均为4%;柴油机的油耗率和能耗率略有上升,且在高、中负荷时更为明显;柴油机的缸内压力、放热率峰值稍有减小,而压力升高率峰值稍有增大,缸内压力峰值最大降幅为3.4%,放热率峰值最大降幅为12.8%,压力升高率峰值最大增幅为13.7%;柴油机滞燃期缩短了0.5~1.0°CA、燃烧持续期延长了1.0~2.0°CA,缸内压力、压力升高率和放热率峰值的出现时刻均提前了1.0~2.0°CA,燃烧速度加快;HC,CO和碳烟的排放均有所降低,而NOX的排放逐渐增多,全负荷时HC和碳烟排放的最大降幅分别为14.1%和31.7%,NOX排放的最大增幅为9.7%,CO排放的降幅为6%~12%。     

CLZ微乳化乙醇柴油混合燃料的发动机性能研究

基于亲油-亲水平衡(HLB值)理论和乳化原理,研究了单试剂和复合试剂作为乳化剂对乙醇柴油混合燃料体系的乳化效果和稳定性的影响,开发了一种以生物油、蓖麻油以及其他几种单试剂复配而成的CLZ复配型乳化剂,结果表明:CLZ复配型乳化剂较好地解决了E10乙醇柴油体系在较宽广温度范围内的物理稳定性问题,对E15乙醇柴油混合体系有较强的乳化能力,能使乙醇柴油混合燃料长期保持良好的物理稳定性.通过试验对比研究了乙醇柴油燃料对柴油机性能的影响,结果表明:燃用乙醇柴油混合燃料后,当量燃油消耗率降低,有效热效率提高,CO排放量低负荷时升高、高负荷时下降;NOx排放量略低于燃用纯柴油水平;THC排放量高于燃用纯柴油水平,碳烟排放量相比纯柴油大幅度下降.     

不同海拔下VGT对含氧燃料柴油机性能的影响

利用大气压力模拟装置,试验研究了可变几何截面涡轮增压器(VGT)对高压共轨柴油机分别燃用纯柴油和生物柴油-乙醇-柴油(BED)含氧燃料的经济性、排放特性及燃烧特性的影响。结果表明:随着海拔的升高,柴油机经济性恶化,氮氧化物(NO_x)排放降低,而一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)排放及烟度升高。燃用纯柴油与含氧燃料,随着VGT喷嘴环开度的增大,柴油机的经济性均有不同程度的恶化,而CO、HC排放及排气烟度也都有不同程度的升高。在高海拔地区,燃用纯柴油的经济性优于含氧燃料,但使用含氧燃料有助于改善柴油机的CO、HC排放及烟度。在中等负荷工况下,NO_x排放随着VGT喷嘴环开度的增大呈现先减小后增大的趋势;在高负荷工况下,放热率峰值和最高气缸压力均随着VGT喷嘴环开度的增大而降低,从而降低了NO_x排放。     

气道喷水和废气再循环对重型柴油机性能和排放影响的优化匹配试验研究

在一台高压共轨重型柴油机上开展了气道喷水结合高压废气再循环(EGR)的试验研究。基于世界统一稳态测试循环(WHSC)各工况点探索引入高压EGR和气道喷水技术对柴油机排放和燃油经济性的影响;在此基础上对各工况的燃烧相位进行优化,得到WHSC各工况点下基于喷水和EGR的优化策略。结果表明:综合考虑排放和燃油经济性,低负荷工况宜单独引入高压EGR,并通过提前喷油时刻(start injection timing,SOI)优化燃烧相位;中高负荷工况宜少量喷水并引入适当EGR,满负荷则应单独采取气道喷水策略。WHSC加权结果表明,在保持较低的HC、CO和碳烟排放前提下,优化后的加权NOx比排放降低7.71g/(kW·h),降幅约45.2%,有效燃油消耗率降低约1.20g/(kW·h)。     

甲醇/柴油双燃料发动机的性能

在一台柴油机基础上，采用气道口电控喷射甲醇，缸内柴油引燃甲醇的方式，开发了电控甲醇／柴油双燃料样机，并通过发动机台架实验，研究了柴油／甲醇双燃料燃烧模式在燃烧特性、燃油经济性及排放性能方面的特点．与原发动机相比，双燃料模式的最高爆发压力下降，压力升高率上升，排烟和NOx大幅度下降，但THC和CO排放均升高．该方法能使甲醇喷射量得到精确控制以便燃烧达到最佳状态，是甲醇／柴油双燃料发动机可行的技术方案．     

可控掺水燃烧降低柴油机排放的燃烧分析

在不改变柴油机结构的1135柴油机上进行了掺水比例可控的燃油乳化试验研究。使用自制的一套不需加乳化剂的在线乳化装置进行台架试验,探索不同负荷下油耗、NOx及碳烟排放随掺水比例增加的变化规律,并从燃烧特性方面对降低排放的原因作了分析。燃烧分析说明:掺水比例可变的在线乳化燃油和乳化油燃烧特性基本一致;掺水比例随负荷变化,能够实现小负荷时工作稳定,大负荷时大幅度降低NOx和碳烟排放的目标。     

乳化油在1135柴油机上的应用

乳化油作为一种代用燃料，既可以减少燃料消耗又可以控制排放，作者采用HLB值法筛选和复配乳化剂，在1135柴油机上进行了该乳化柴油的台架试验，结果表明该型乳化油与0＃柴油相比平均节同率不低于10％，主要排放物NOx、碳烟降低40％以上，同时排温和最高燃烧压力降低。还分析了影响乳化油燃烧效果的两个主要因素：含水率和喷油提前角。     

生物制气-柴油双燃料发动机放热规律试验研究

采用气化炉热解气化各种农林废弃的生物质,产生可燃生物制气,用作为以柴油引燃的双燃料发动机的主要燃料。测量生物制气-柴油双燃料发动机气缸压力,计算分析放热规律。双燃料发动机与燃用纯柴油时的发动机相比,燃烧始点延迟,最大燃烧压力降低,最大放热率和排气温度增加,后燃较严重。负荷增大时,双燃料发动机燃烧始点提前,最大燃烧放热率增高,最高燃烧温度升高,后燃较严重。供油提前角提前时,后燃减小,燃烧过程明显改善。     

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。     

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。     

新型复合柴油微乳液的制备及应用研究

采用超声波分散法,制备新型复合(甲醇-柴油乳化剂-柴油-水)体系柴油微乳液,并与0号柴油性能进行对比。试验结果表明,随着柴油乳化剂用量的增加,体系的最大增溶水量也增加;超声频率及超声时间对柴油微乳液的稳定时间有较大影响,从节约时间及成本的角度来看,超声频率选为28kHz、超声时间选为30min,即可达到较好的稳定性;随着水含量及柴油乳化剂含量的增加,体系的运动黏度增加;水含量的增加导致体系的燃烧值降低,而随着柴油乳化剂的增加,体系的燃烧值升高,当水含量为17%、柴油乳化剂含量为22%时,体系的燃烧值与0号柴油相当。应用结果表明,甲醇含量越高,尾气中CO和碳氢化合物含量就越高,因此需要严格控制配方中的甲醇含量。与0号柴油相比,柴油微乳液氮氧化合物的排放量较高,可以通过降低有机胺类物质的用量,达到降低碳氧化合物的目的。