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。     

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。     

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。     

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.     

柴油机TR燃烧系统实现低温预混合燃烧的研究

为了验证TR燃烧系统降低发动机排放、实现低温预混合燃烧的能力,在一台经过改造的单缸135柴油机上进行了降低压缩比、燃用柴油-乙醇混合燃料和推迟供油的试验研究.结果表明,压缩比ε降低后,着火推迟,最大放热率增加,缸内最高压力和最高温度降低,NOx排放也降低.但是中高负荷时燃烧速率降低,有效油耗率增加.当燃用乙醇体积含量20%的乙醇-柴油混合燃料时,与燃用柴油燃料相比,着火延迟期延长,烟度大幅度降低.小负荷时缸内最高压力、最高温度、最大放热率和燃烧速率都降低,NOx降低较多;中高负荷时最大放热率高于后者,燃烧速率提高,NOx降低得较少.当供油定时从15°CA BT-DC推迟到13°CA BTDC后,烟度基本不变.     

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。     

直喷式柴油机燃用生物柴油燃烧特性的研究

研究了柴油机燃用0#柴油和生物柴油的燃烧放热规律。通过对燃烧特征参数的计算分析,发现生物柴油的燃烧始点有所提前,滞燃期缩短;燃烧初期放热尖峰出现时刻对应的曲轴转角有所提前,瞬时放热率峰值下降;燃烧持续期延长。同时还比较了柴油机燃用生物柴油和0#柴油的经济性和排放特性,发现燃油消耗率上升12％左右,而各种排放污染物除NOx略有上升外,CO、HC和颗粒物(PM)均显著下降。     

柴油在甲烷氛围及在甲醇氛围下的着火燃烧特性

为了解不同着火性质燃料之间的相互作用,在定容燃烧弹上结合高压燃油共轨系统,通过高速摄像光学系统,研究了柴油分别在两种不同的单碳高辛烷值燃料氛围下的着火和燃烧行为.结果表明:降低环境温度和增加预混甲烷的浓度均延长柴油着火滞燃期,增大燃烧放热率峰值,且较低的环境温度和高的甲烷浓度有利于减少碳烟的生成;相比于甲烷,甲醇对柴油着火的抑制作用更强,具有较长的滞燃期,为油气混合赢得更多的时间,预混燃烧部分增加,因此柴油在甲醇氛围下的放热率峰值略高于甲烷氛围,同时产生碳烟的扩散燃烧比例降低,生成的碳烟减少.     

EHN添加对柴油-正丁醇混合燃料燃烧和排放特性的影响

在柴油-正丁醇混合燃料(正丁醇体积含量为40%)中添加了2%的硝酸异辛脂(EHN),并与柴油、柴油-正丁醇燃料做了燃烧和排放特性的对比。研究结果表明:EHN的添加可缩短滞燃期,降低缸内最高燃烧压力,燃烧噪声与纯柴油达到同一水平。在高废气再循环(EGR)率下,NOx排放增加,NO2所占比例升高。和纯柴油相比,碳烟排放峰值降低了80%,即EHN添加解决了低十六烷值含氧燃料在压燃发动机上的燃烧噪声和碳烟排放这一新的矛盾。EHN添加对CO和THC排放影响的规律相似,高EGR率时CO和THC排放都增加,且CH4比例急剧升高。     

燃料设计改善发动机燃烧和排放的研究(2)--对柴油机燃烧与排放影响的分析

根据本文第一部分提出的含氧燃料设计思想与方法，以碳酸二甲脂(DMC)为例，研究了较宽比例范围内的DMC柴油混合燃料对柴油机的燃烧与排放特性的影响。在一台高速柴油机上测量了各种混合燃料在最高转速下的负荷特性和速度特性，以及主要工况下的示功图，并对燃烧特性进行了分析。试验结果发现：在柴油中加入一定比例的DMC后，由于物性参数的变化和喷雾特性的改善，混合燃料能够改善柴油机的燃烧与排放——热效率得到明显的提高，尤其在低转速下改善显著；烟度和氮氧化物排放同时降低，外特性线上的一氧化碳降低，碳氢排放仍然很低。对燃烧特性的分析发现：DMC柴油混合燃料的着火延迟延长，燃烧速率加快，燃烧持续期缩短。     

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.     

生物含氧燃料成分对柴油机性能影响的试验研究

将占体积比80％的柴油分别掺混20％乙醇、20％生物柴油以及10％乙醇和10％生物柴油的混合物,连同纯柴油组成E20、B20、E10810和柴油共4种燃料,在一台4缸柴油机上进行燃烧、性能及排放特性试验研究。结果表明：含氧燃料成分的不同对折合油耗率基本不产生影响,但对燃烧和排放特性影响较大。发动机燃用E20的缸内最大爆发压力较柴油要大,B20、E10810较柴油要小;含氧燃料中生物柴油的加入使最大压力升高率减小,燃烧变得柔和;含氧燃料的放热时刻均落后于柴油的放热时刻。含氧燃料成分在中低负荷下对HC和CO的排放影响较大,随着含氧燃料中乙醇比例的增加HC和CO排放增加,在中高负荷下,3种含氧燃料的HC和CO排放基本相当;除了在2300r／min的中低负荷下含氧燃料的HC和CO排放较柴油高以外,其它工况下含氧燃料的HC和CO排放较柴油要低。含氧燃料成分不同对NOx排放的影响很小,3种含氧燃料的NOx排放都比柴油低。3种含氧燃料的碳烟排放较柴油要低,而且随含氧燃料中乙醇比例的增加,碳烟排放减小。     

基于放热率分析的乙醇柴油燃烧特性的研究

对高速轻型车用柴油机燃用乙醇柴油燃料的放热率和燃烧特性进行了研究,并对多种比例乙醇柴油的排放特性进行了考察。研究表明:在乙醇柴油的十六烷值恢复到原柴油的条件下,乙醇柴油的预混燃烧延长,扩散燃烧缩短,总的燃烧持续期缩短;高负荷下的着火延迟接近柴油,但在中低负荷仍然与柴油有较大的差距;乙醇柴油的最大瞬时放热率低于柴油。在排放方面,乙醇柴油能够同时降低烟度和NOx排放,但在中低负荷下的CO和HC略有上升。     

Effects of variable O2 concentrations and injection pressures on the combustion and emissions characteristics of the petro-diesel and hydrotreated vegetable oil-based fuels under the simulated diesel engine condition

This experimental research investigates the effects of variable O₂ concentrations and injection pressures on the combustion and emissions characteristics of the diesel (B7) and the hydrotreated vegetable oil (HVO)-based fuels. The O₂ concentrations included 21%, 15% and 10% O₂, while the injection pressures were 80 and 120 MPa. The experimental fuels were the diesel fuel (B7), the neat HVO, the 20%, 50% and 80% HVO (by mass fraction) blended with the diesel. The experiments were carried out in a rapid compression-expansion machine (RCEM) under the direct injection (DI) diesel combustion condition. The analysis was undertaken using the two-color method. The experimental results indicated that the ignition delay, the heat release rate, the flame temperature, the soot density-KL factor, the NO_x and soot-out emissions were inversely correlated to the HVO fraction in the blend. In addition, the findings revealed the similar flame profiles in which the higher flame temperature region and the darker KL density were concentrated around the spray flame upstream, regardless of the HVO mixing ratio. Besides, the decrease in the O₂ concentration resulted in the lower heat release rate, integral heat release, flame temperature, KL factor and NO_x emissions but the longer ignition delay and higher soot concentration, with the highest soot concentration observed under the 15% O₂ environment. Nevertheless, the higher pressure differential (i.e. between the injection pressure and the ambient pressure) contributed to the shorter ignition delay, higher heat release rate, early peak of the flame temperature, wider combustion area, faster soot oxidation rate and higher NO_x production.     

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%。