甲醇-柴油混合燃料对发动机燃烧及排放特性的影响

在一台YTR3105直喷式柴油机上进行了小比例甲醇-柴油混合燃料发动机的燃烧及排放特性试验研究。结果表明:在相同的平均有效压力和转速下,随着甲醇含量的增加,燃料着火延迟相应增大,使得燃烧过程向上止点后移动。混合燃料的滞燃期比柴油长,预混燃烧放热率峰值增大,燃烧持续期缩短,缸内最大爆发压力和压力升高率增加。与纯柴油相比,甲醇-柴油混合燃料HC排放有所升高,但NOx和碳烟排放降低。大负荷时,CO排放显著下降。     

空气和甲烷/空气氛围中喷油压力对柴油燃烧特性的影响

利用高速摄像的方法,在定容燃烧弹内对比了柴油在空气(AA)和在甲烷/空气(MAA)氛围中的燃烧过程和碳烟生成特性.结果表明:两种氛围中喷油压力对柴油着火和燃烧影响规律一致;当喷油压力从40,MPa升高到160,MPa时,柴油在空气和甲烷/空气氛围中滞燃期分别由2.6,ms和2.8,ms缩短至2.0,ms和2.1,ms,燃烧持续期分别由5.2,ms和4.9,ms缩短至3.3,ms和3.2,ms;火焰浮起长度增加,燃烧压力更快达到峰值,放热率曲线上升始点提前,放热率峰值增大;空间综合自然发光度(SINL)和时间积分自然发光度(TINL)均大幅度降低.但在甲烷/空气氛围中与在空气中相比,柴油滞燃期平均延长0.18,ms,燃烧持续期平均缩短0.15,ms;火焰浮起长度增加,燃烧压力和放热率升高始点均推迟,放热率峰值升高;SINL和TINL均有所降低.     

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。     

柴油在甲醇/空气高温热氛围中的着火和燃烧特性

在定容燃烧弹上进行了柴油分别在空气和在甲醇/空气预混均质混合气中着火燃烧的实验研究.结果表明,与空气热氛围相比,甲醇混合气热氛围延长了柴油的滞燃期和加长了火焰浮起高度.采用正庚烷-甲醇的详细化学反应机理,利用数值模拟的方法计算了零维模型中正庚烷及正庚烷加甲醇的燃烧反应过程和中间产物历程.其结果表明,甲醇的加入使得正庚烷的高低温放热反应开始时刻后移,滞燃期延长,低温放热反应峰值明显下降,且无明显的负温度系数区,高温反应放热峰值高于其在空气氛围中,归其原因在于甲醇大量消耗着火的OH自由基,并将其转化为低温氧化中不活跃的H2O2,使得系统着火前反应活性减弱.实验和计算结果均表现出甲醇具有抑制柴油及其参比燃料着火的作用.     

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/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。     

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.     

柴油-甲醇微乳化燃料的制备及燃烧特性研究

本文根据乳化和微乳化理论选择油酸作为表面活性剂配制了多种配比的柴油 甲醇微乳化燃料。微乳化燃料获得了与柴油相近的发动机动力性和热效率,NOX排放比燃用柴油时高,碳烟排放比燃用柴油时低。随供油提前角的推迟,NOX排放快速下降,碳烟排放变化不大,推迟供油可使甲醇混合油获得更好的排放水平。由于甲醇汽化潜热大、乳化燃料具有微爆效应,故在小负荷时混合燃料滞燃期比柴油时大,而在大负荷时两者较接近。随混合油含醇率的增加,预混燃烧峰值也随之增加。     

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。     

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．     

柴油中溶入甲烷对发动机燃烧排放特性的影响

设计了几种不同甲烷含量的甲烷／柴油混合燃料,在实用柴油机上对它们的燃烧和排放特性进行了试验研究。研究结果表明,根据柴油中甲烷含量的不同,溶气对比油耗和热效率有正反两方面的影响;溶有甲烷的柴油与纯柴油相比有较长的着火滞燃期和较低的最大放热率;柴油中甲烷的溶解量越大,滞燃期越长,最高放热率越低;与纯柴油相比,溶有甲烷柴油的NOx排放降低,HC排放增加;在较高的甲烷溶解度时,NOx和烟度排放能够同时降低。     

进气氧浓度和喷油正时对柴油机低温燃烧特性影响的试验研究

在一台四缸增压直喷式柴油机上进行不同进气氧浓度和喷油正时对柴油燃料低温燃烧特性影响的试验研究。研究结果表明:降低进气氧浓度,缸内压力和放热率峰值迅速下降,放热率始点推迟,滞燃期延长,有效燃油消耗率增加,氮氧化物(NO_x)排放大幅降低,CO排放增加。当进气氧浓度较高时,碳烟排放变化较小,而随着进气氧浓度的进一步下降,碳烟排放急速增加。在相同的进气氧浓度下,随着喷油正时的提前,滞燃期先减小后增大,CA50逐渐向上止点靠近,最大压力升高率增大,燃油消耗率下降,NO_x和碳烟排放增大,CO排放减小。     

燃料着火性对小型柴油机燃烧特性的影响

应用自行开发的柴油机瞬态工况控制系统,研究了燃料着火性对小型柴油机稳态及恒转速增转矩瞬态工况下燃烧特性的影响规律.结果表明,在稳态和恒转速增转矩瞬态工况下,燃料十六烷值对燃烧参数的影响具有类似的规律.随燃料十六烷值的降低,着火始点延迟,滞燃期增加,燃烧速率加快,燃烧持续期减小,但预混燃烧期和预混合燃烧量增加,缸内压力峰值、放热率峰值及压力升高率升高.     

正丁醇和异丁醇对柴油机燃烧与排放特性的影响

通过一台V6发动机研究了柴油中掺混正丁醇和异丁醇在不同转速、不同EGR率和喷油时刻下对燃烧与排放性能的影响.结果表明:正丁醇-柴油燃料比异丁醇-柴油混合燃料着火滞燃期短,异丁醇缸内峰值压力和预混放热率比正丁醇高.柴油中掺混正丁醇和异丁醇可以明显降低碳烟排放,使得碳烟随着EGR率变化变得平缓.同时掺混正丁醇对碳烟降低的效果更明显,而且掺混丁醇对NOx排放影响不大,一氧化碳与碳氢排放保持在较低水平.最后柴油机燃用丁醇可以达到同时降低碳烟和NOx的效果.     

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。     

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.     

汽油和乙醇预混对柴油机燃烧与排放影响的试验

基于一台单缸柴油机,分别采用进气道喷射汽油和乙醇的预混方式,通过调节不同负荷下喷射汽油/柴油和乙醇/柴油燃料比例,以研究其对发动机燃烧与排放的影响.结果表明,低负荷下采用汽油或者乙醇预混,缸内最高燃烧压力降低,实现较为缓和的燃烧放热,均可以同时降低碳烟(Soot)和NOx,但HC和CO排放增加.较高负荷下随着预混比例增大,放热更加剧烈,缸内最大爆压升高.滞燃期随燃油预混比例增大而增大,但增大幅度随负荷增大而逐渐减小.与汽油预混方式相比,采用乙醇预混的方式滞燃期增大更加明显,且燃烧温度较低,在较高负荷下仍能实现较为缓和的燃烧放热,表明采用乙醇预混的方式有利于向高负荷拓展.     

直接/间接煤制油对重型柴油机燃烧和排放的影响

在一台高压共轨重型柴油机上,通过试验研究煤直接液化(DCL)燃油及煤间接液化(ICL)燃油对柴油机燃烧和排放的影响.结果表明,在小负荷时,相比柴油燃料,DCL滞燃期较长,预混燃烧比例较高,最大压力高升率较大,而ICL滞燃期较短;预混燃烧比例较低,最大压力升高率较小,在扩散燃烧阶段两种煤制油的放热率均高于柴油,燃烧持续期均短于柴油.随着负荷增大,不同燃料的燃烧特性差异逐渐减小.两种煤制油的有效热效率低于柴油,其中DCL的有效热效率略高于ICL.煤制油均可获得较低的NOx和碳烟排放,但煤制油的HC和CO排放稍高于柴油.对于ESC循环加权结果,DCL和ICL的有效热效率相对柴油分别降低2.6%和3.4%;ICL在降低NOx方面强于DCL,相对柴油降低2.5%,在降低碳烟方面稍差于DCL,DCL的碳烟降幅63.1%大于ICL的53.7%;对于ICL,其HC增大幅度为17.1%,CO增大幅度为9.1%,均分别小于DCL的32.4%和29.5%.     

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.