柴油机燃用新型戊醇混合燃料的燃烧和排放特性

戊醇是一种能量密度较高的新一代生物质燃料,与低碳醇相比,具有与柴油更好的互溶性和较高的十六烷值.在一台单缸柴油机上研究对比了不同喷油时刻下3种不同掺混比例的戊醇、生物柴油和柴油混合燃料的燃烧和排放特性.结果表明:与柴油相比,添加戊醇后,混合燃料的最高放热率升高,燃烧持续期缩短,热效率提高.戊醇混合燃料的碳烟排放显著降低,其中戊醇-生物柴油-柴油混合燃料的碳烟排放降低效果最佳,最高降幅为85.7%;且NOx排放下降,最大减少了11.2%,即采用戊醇混合燃料可实现碳烟和NOx排放的同时降低.     

基于废气再循环的丁醇/柴油混合燃料的燃烧特性

在单缸柴油机上研究了柴油掺烧体积分数为40%的丁醇(即B40混合燃料)在不同废气再循环(EGR)和喷油时刻下的燃烧特性.结果表明,在1,400,r/min、平均指示压力为1,MPa时,EGR率增加到某一"拐点"值,最大燃烧压力和指示热效率迅速降低,HC和CO排放明显升高;与纯柴油相比,B40混合燃料"拐点"对应的EGR率更小在"拐点"前的EGR率正常变化范围内,B40混合燃料的最大燃烧压力和压力升高率高于纯柴油,滞燃期更长,放热速率更快,NOx排放略高,而指示热效率稍低于纯柴油.喷油过早,会导致压力升高率显著增大,EGR率正常变化范围变窄;喷油过迟,会造成燃烧重心推迟,指示热效率下降,"拐点"对应的EGR率显著变小.采用适当的喷油时刻,结合中等比例的EGR率,保证燃烧重心在上止点后7°CA附近,可以实现高效低污染的丁醇-柴油混合燃料燃烧.     

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。     

供油提前角对含水乙醇-生物柴油发动机性能的影响

在对含水乙醇和生物柴油互溶性研究的基础上,进行了不同供油提前角下B90A10混合燃料柴油机经济性与排放特性的对比试验研究。试验结果表明:生物柴油和含水乙醇具有良好的互溶性;柴油机原机供油提前角为18°CA BTDC时,B90A10有效燃油消耗率较低,供油提前角增大或减小都使燃油经济性不同程度地恶化;低负荷工况下,16°CA,18°CA,20°CA BTDC供油提前角时的CO排放水平相当;中、高负荷工况下,随着供油提前角的减小,CO排放量依次增大。随着供油提前角的增大,碳烟排放降低,而NOx排放上升,呈现折中(Trade-off)的关系;HC排放对供油提前角的变化不敏感,总体排放量接近。对B90A10混合燃料的台架试验结果分析表明,多组分B90A10混合燃料是一种较为理想的柴油机代用燃料。     

喷油正时和压力对混合燃料燃烧影响的试验

在一台4缸柴油机上对比研究喷油策略对柴油/汽油/正丁醇混合燃料燃烧和排放特性的影响.试验中发动机转速固定为1,600,r/min,使用的4种燃料为纯柴油(D100)、柴油/汽油混合燃料(D70G,30)、柴油/正丁醇混合燃料(D70B30)和柴油/汽油/正丁醇混合燃料(D70B15G15).结果显示:与D100相比,3种混合燃料的soot排放大幅降低,其中D70B30最低.汽油或正丁醇的混入导致缸内压力峰值、放热率峰值和最大压力升高率(MPRR)增大,滞燃期延长,主燃烧放热时刻(CA,50)推迟,燃油经济性恶化.然而,CO排放升高,喷油时刻提前,可以明显削弱这一现象.D100与混合燃料的NOx排放之间基本没有差异.并且,混合燃料的soot排放对喷油策略的敏感程度远低于D100.但推迟喷油能够大幅度抵消掺混汽油或正丁醇所引起的MPRR升高趋势.此外,喷油压力对soot排放的影响大于喷油正时.     

柴油-乙醇-四氢呋喃混合燃料的燃烧与排放特性

在一台6缸增压柴油机上开展了无水乙醇、四氢呋喃(THF)与柴油混合燃料对柴油机燃烧和排放影响的研究,所用燃料为纯柴油、体积分数为15％THF和85％柴油的柴油-THF混合燃料及10％乙醇、5％THF和85％柴油的柴油-乙醇-THF混合燃料.结果表明:添加5％THF可以明显改善柴油-乙醇混合燃料的互溶性,添加THF使发动...     

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.     

柴油机掺烧不同比例生物柴油的试验研究

将体积分数为10%2、0%、30%的生物柴油掺混到柴油里组成3种混合燃料,并连同纯柴油共4种燃料,在一台四缸增压中冷柴油机上进行性能、燃烧和排放特性的试验研究.结果表明,柴油机燃用生物柴油与柴油混合燃料的折合油耗率与燃用纯柴油时基本相当;燃用混合燃料的缸内最大爆发压力和压力升高率较低,着火时刻较晚;混合燃料的NOx和碳烟排放与燃用纯柴油时相比均有不同程度的降低,但混合燃料的HC和CO排放只是在1 500r/min时才较纯柴油低,当转速在2 300 r/min时,混合燃料的HC和CO排放更高.     

多次喷射策略对正戊醇-柴油混合燃料燃烧及有害排放影响的模拟研究

为了揭示含氧燃料与喷油策略耦合对发动机燃烧、性能和排放特性影响的机制,基于三维仿真软件CONVERGE,耦合化学反应动力学机理,研究了正戊醇—柴油混合燃料在不同喷射策略下燃烧与有害排放物的生成过程。结果表明,正戊醇促进了燃烧过程,燃用正戊醇—柴油混合燃料时,缸内最高燃烧压力和燃烧放热峰值增大,发动机平均指示压力（indicated mean effective pressure,IMEP）升高,CO、总碳氢化合物（total hydrocarbons,THC）和碳烟排放降低,但NOx排放升高。采用大比例预喷射策略可以促进主喷燃烧过程,提高缸内温度,增大IMEP,但导致CO及THC排放升高,而小预喷间隔会导致碳烟排放增加。后喷射策略导致发动机IMEP降低,但可以降低NOx排放。在小后喷间隔下碳烟排放显著降低,但在大后喷间隔下碳烟排放明显升高。研究表明,正戊醇柴油混合燃料采用大预喷间隔及小后喷间隔的3次喷油策略,能够获得最高的IMEP及最低的有害物排放。     

汽油/柴油混合燃料发动机小负荷工况的燃烧及排放特性仿真研究

针对汽油/柴油混合燃料发动机,在均质压燃(HCCI)模式,利用缸径100 mm单缸柴油机,控制喷油量在每循环9.4 mg,转速在2 000 r/min,进气压力在0.2 MPa时,选取不同汽油/柴油比例掺烧、在不同喷油时刻进行数值模拟研究,结果表明,汽油/柴油混合燃料随汽油比例增大,喷油时刻提前,缸内平均压力呈先增后减,燃料燃烧速度先减后增,缸内平均温度呈上升趋势,喷油时刻提前,可大幅度降低CO,NO,喷油时刻在止点后-30°曲轴转角(CA)到-40°CA之间时,增大汽油比例能有效降低碳烟(Soot);G50燃料会随喷油时刻提前,燃油混合气雾化效果变好,CO,NO会进一步降低,而Soot排放呈先减后增规律,整体排放降低的最优喷油时刻在上止点后-35°CA。     

EGR对生物柴油/异丁醇混合燃料燃烧与排放的影响

在一台四缸四冲程水冷高压共轨柴油机上研究了生物柴油/异丁醇混合燃料在不同EGR率下的燃烧及排放特性.试验结果表明:随EGR率的升高,缸内压力和放热率峰值降低,燃料滞燃期延长,燃烧持续期先缩短后延长,NO排放与核模态颗粒物数密度降低;当EGR率小于6%时,CO和HC污染物的排放都保持在较低水平.相较于生物柴油,燃用混合燃料降低CO污染物的排放;随异丁醇掺混比例的增加,缸内压力与放热率峰值逐渐升高,CO排放降低,但HC与NO的排放逐渐升高,核模态颗粒物数密度升高,积聚态颗粒物数密度和颗粒物质量浓度有不同程度的下降.     

含水乙醇在内燃机的应用研究

在摩托车发动机和车用柴油机上进行了含水乙醇的使用研究，当含水乙醇用于汽油机时，它是直接与汽油混合后使用而未对发动机进行任何改造；而当含水乙醇用于柴油机时则在柴油机的进气系统上安装含水乙醇的喷射系统，含水乙醇喷入进气歧管后蒸发并与进入的空气混合，然后在进气过程中进入气缸。试验结果显示，发动机的动力性都没有受到影响，燃料的能耗率都有所降低，柴油进气预混含水乙醇可大量降低其炭烟排放但导致HC和CO排放的增加；含水乙醇与汽油混合燃烧可降低其CO排放而可能导致NOx排放的增加。综合比较的结果，汽油机中应用含水乙醇比在柴油机中有更大的优势。     

乙醇与柴油混合燃料燃烧特性及排放特性的试验研究

在一台YC4112ZLQ增压柴油机上进行了不加任何助溶剂和着火改进剂的情况下,无水乙醇与柴油混合对柴油机燃烧过程影响的研究。试验结果表明,随着混合燃料中乙醇比例的提高,滞燃期延长,放热峰值增大,缸内最大爆发压力和最大压力升高率升高。与柴油相比,E10和E20有效热效率与原机相当,E30在高速大负荷工况热效率降低,NOx和碳烟排放明显降低;但HC和CO排放随着混合燃料中乙醇比例的增大,发动机转速为1500 r／min时,HC排放和CO排放均降低,发动机转速为2300 r／min时,HC排放和CO排放均有所升高。     

柴油/丙烷混合燃料发动机燃烧和排放特性研究

比较了柴油和丙烷的主要理化性能;在一台单缸直喷式柴油机上开展了燃用柴油和柴油/丙烷混合燃料时的发动机燃烧和排放特性研究.研究结果表明：在相同工况下,与燃用柴油相比,燃用柴油/丙烷混合燃料时的有效热效率增加,柴油/丙烷混合燃料的有效热效率随丙烷比例的增加而稍有增加,混合燃料的滞燃期和燃烧持续期随丙烷比例的增加而缩短;缸内最大压力,最大燃烧放热率,最高平均燃烧温度随丙烷比例的增加而增加.燃用丙烷柴油混合燃料可同时降低CO、HC和碳烟排放,但NOx排放有所增加.     

掺混比例和喷油压力对柴油/正丁醇低温燃烧的影响

将正丁醇、正庚烷分别与柴油以20∶80和40∶60体积比掺混,在100、130,MPa两个喷油压力下进行柴油机直喷燃烧试验,研究喷油压力和掺混比例对柴油/正丁醇低温燃烧特性和碳烟排放的影响,结果表明:提高喷油压力能够改善柴油/正丁醇掺混燃料高比例EGR燃烧相位滞后问题,在更大EGR率范围实现高效燃烧.随喷油压力提高,十六烷值和含氧对降低碳烟的作用增强,沸点等其他特性作用变小.提高掺混比例,正丁醇对燃烧的影响更明显,燃烧放热始点明显推迟、燃烧反应速度加快,在一定的EGR率范围内热效率提高.掺混比例从20%提高到40%,各燃料特性对碳烟排放的降低作用都显著增大,沸点等其他特性作用成为降低碳烟排放的重要因素,十六烷值的作用更加显著.     

乙醇/柴油/甲酯混合燃料的燃烧与排放特性

对燃料甲酯作为乙醇／柴油混合燃料助溶剂的可行性进行了研究,并对比了柴油机分别使用柴油、乙醇／柴油／甲酯混合燃料、乙醇／甲酯混合燃料和纯甲酯燃料时的燃烧与排放特性。结果表明,燃料甲酯可用作乙醇／柴油的助溶剂。与原机相比,含氧燃料可以大幅度降低柴油机在中高负荷时的烟度,其中E30M70燃料的烟度最小。但当使用含有乙醇的混合燃料时,着火延迟,THC排放增加,且在中高负荷时的压力升高率大,NOx排放较高。     

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。     

改装直喷式柴油机中生物柴油喷雾燃烧过程试验研究

利用可视化装置,分析比较了直喷式柴油机燃用生物柴油与常规柴油的喷雾燃烧过程.研究结果表明:生物柴油的喷油时刻较早,着火时刻提前,着火滞燃期缩短,在早期预混燃烧阶段的燃烧速度大于柴油,而在扩散燃烧阶段的燃烧速度比柴油低.通过分析燃料性质、转速和喷油压力这3种因素对生物柴油燃料喷雾燃烧过程的影响,从而得出影响规律为:混合燃料喷油始点、着火时刻均有所提前,滞燃期变短,B5混合燃料的最高燃烧压力最高且出现稍早;生物柴油在高转速工况时的燃烧速度大,且最高燃烧压力也略高;随着喷油压力的提高,滞燃期缩短,燃烧持续期相应缩短,最高燃烧压力升高.     

柴油机燃用不同比例菜籽油生物柴油和乙醇柴油的对比试验研究

在一台S195直喷柴油机上进行燃料燃烧对比试验,试验结果表明,燃用生物柴油和乙醇柴油会使柴油机的动力性有所下降,其中菜籽油生物柴油的动力性接近纯柴油燃料的动力性,乙醇柴油的动力性相对较差。生物柴油和乙醇柴油的油耗率都比纯柴油要高,生物柴油的油耗率要高于乙醇柴油。但随负荷的增大,这种差距呈下降趋势。生物柴油和乙醇柴油在较大工况范围都可以保持比纯柴油燃料较低的CO排放量。低负荷状态下改善不明显,甚至会增大;高负荷工况下,混合燃料的CO排放比纯柴油降低较多。绝大部分工况下,生物柴油和乙醇柴油燃料的HC排放都比纯柴油高。绝大部分工况下,生物柴油和乙醇柴油的NOx排放和碳烟排放都比纯柴油低,其中生物柴油的表现优于乙醇柴油。     

喷油参数对丁醇/柴油混合燃料燃烧及排放影响

针对高压共轨柴油机,研究了不同喷油压力和主预喷间隔角度下,正丁醇/柴油混合燃料对压燃式发动机燃烧及颗粒物排放的影响规律.结果表明:柴油中掺混正丁醇后,滞燃期延长,预混合燃烧量增加,燃烧持续期缩短,碳烟及颗粒物排放大幅降低,微粒粒径减小,核态微粒比例增加,NO_x排放变化不大.喷油压力由80MPa提高至100MPa,混合燃料消光烟度明显降低,继续提高喷油压力不但对碳烟排放降低作用减弱,还会进一步造成NO_x排放增加,同时核态微粒数量明显增加.主预喷间隔角度过小会造成主预喷燃油燃烧重叠,使碳烟排放增加,随主预喷间隔角度增加,总微粒、积聚态微粒数量浓度明显降低,核态微粒比例增加,当主预喷间隔角度增大到20°CA后,继续增大主预喷间隔角度对碳烟排放降低作用不明显.