富氧燃烧对柴油机排放特性的影响

柴油机因其废气中的碳烟排放高而被排除在清洁发动机之外。减少碳烟排放的一种方法是增加缸内空气的氧含量，使燃烧更彻底充分进行。本文介绍了在S195柴油机上进行富氧燃烧试验。对其排放特性进行比较与分析，通过试验研究，找到在富氧条件下同时降低碳烟和NOx排放的方法。     

柴油机富氧燃烧技术研究

降低柴油机的NOx与碳烟排放是内燃机进一步发展的重要举措。应用膜法富氧燃烧能够提高柴油机燃烧性能,降低排放。本文介绍了膜法富氧技术的原理及其参数设计要求,并以柴油发动机为例,建立内燃机燃烧模型和排放模型,通过针对模型的分析研究膜法富氧技术在柴油机上应用的可行性。     

柴油机富氧进气燃烧的研究进展

简述了富氧进气对柴油机燃烧过程的影响,综述了柴油机富氧进气燃烧动力性、经济性、排放特性和降低NO排放的研究现状与进展,介绍了柴油机富氧进气燃烧技术的应用研究情况,最后提出了柴油机富氧进气燃烧研究几个值得关注的方向。     

膜法富氧试验及富氧燃烧

介绍膜法富氧的原理和作者进行的富氧试验,阐明富氧燃烧的意义及工程应用的特点。     

柴油机应用富氧空气对燃烧及排污的影响

1引言“柴油机应用富氧空气的探讨”(见《内燃机》1988年第6期)一文,就富氧空气对柴油机的指示功率、机械效率和燃油消耗率的影响做了探讨。结果表明:富氧空气对提高柴油机的指示功率、机械效率及降低燃油消耗率起到了积极作用。至于对柴油机的燃烧过程及其排污的影响未作深入探讨,本文仅就这两个方面作些浅析。     

高比率冷EGR与进气富氧对柴油机燃烧及排放特性的影响

对普通增压中冷柴油机,采用富氧进气与高比率冷EGR相结合的技术,实现缸内富氧燃烧。未经优化的情况下使用富氧燃烧,NO排放随氧浓度的上升而大幅增加。富氧进气与高比率冷EGR相结合,可以显著降低碳烟的排放并抑制NO的过度增长,同时保证发动机的燃烧热效率和输出功率不降低。将不同浓度的氧气、EGR废气及空气三者充分混合,冷却后引入气缸参与燃烧;调整掺氧浓度和EGR率,考察发动机在各种掺比下的燃烧及排放特性。试验结果表明:在1 600 r/min全负荷工况,进气内通入20%~30%的EGR废气及23%的氧气,可有效抑制NO及碳烟排放,并能保证发动机具有良好的动力性。     

富氧燃烧对柴油机工作特性影响的试验研究

在一台增压柴油机上进行了富氧进气的试验研究,并在此基础上采用EGR技术,研究不同进气氧浓度下EGR率对柴油机排放特性的影响,以期改善柴油机NOx和碳烟的权衡关系。研究表明:富氧进气柴油机在同一进气氧浓度下,其有效燃油消耗率随着负荷的增加而明显减小;同一负荷时有效燃油消耗率随着氧浓度的升高而稍有降低。在富氧燃烧的基础上,引入EGR可以实现柴油机的烟度和NOx排放的同时降低,其关键是在一定的工况点匹配与之相适合的EGR率。当2 200 r/min全负荷工况下,进气氧浓度21%与EGR率20%组合、氧浓度22%与EGR率50%组合,烟度和NOx排放降低比例分别达到20.0%和14.8%、6.7%和19.2%。     

EGR与富氧进气控制柴油机排放的机理探讨

通过试验研究，考察了废气再循环加富氧进气同时控制ＮＯＸ和碳烟排放的可行性。试验中通过逐步增加ＣＯ２及Ｏ２流量，查明了进气成份变化对ＮＯＸ，碳烟，ＣＯ，ＨＣ等有害排放物以及有效燃油消耗率ｂｃ，平均有效压力ｐｃ，滞燃期，绝热指数的影响，然后用ＫＩＶＡ程序对燃烧火焰温度和ＮＯ浓度进行了模拟计算。     

反应炉富氧燃烧特性研究

针对常规燃烧和富氧燃烧两种工况,对反应炉辐射室中的燃烧过程进行了数值模拟,富氧燃烧时空气中氧气摩尔分数为0.34%。模拟结果与实际测量浓度相近,验证了计算模型的有效性。研究结果表明:富氧燃烧能满足管内化学反应对温度控制的要求,与理论混合比燃烧相比,采用富氧燃烧节约燃料12.66%,NOX排放量有所增加。在维持温度场均匀的前提下,提出了燃烧器优化配置方案。     

富氧燃烧与EGR对船用柴油机NO-碳烟排放和燃烧特性的影响

针对一台满足TierⅡ排放标准的船用柴油机,采用富氧燃烧与EGR相结合实现NO-碳烟排放同时降低并保证发动机功率没有损失,并探讨了实现TierⅢ排放标准的技术路线.AVLFire软件被用于建立仿真模型.研究表明,当单独使用富氧燃烧时,观察到较短的燃烧持续期、较高的缸内温度和指示功率,碳烟排放减少而NO排放恶化,而单独使用EGR时出现相反的趋势.研究发现,当发动机运行在1 350 r/min,75%负荷工况下,进气氧浓度为21%～24%,EGR率为0～25%时,上述范围内的4种组合可以实现低NO-碳烟排放且指示功率与原机基本持平.正如预期,通过富氧燃烧与EGR优化组合,可得到同时降低NO-碳烟排放低于原机的最佳优化区域.同时也发现,当超过15%的EGR率与较低的氧浓度结合时,可将NO排放降低至TierⅢ标准.     

进气初始条件对柴油机低温燃烧及PAHs排放特性的影响

应用三维CFD模型耦合化学动力学模型的方法,研究了进气初始条件对柴油机低温燃烧及多环芳香烃(PAHs)排放特性的影响规律。结果表明:进气温度降低,滞燃期延长,同时由于进气密度增大,使柴油机的循环进气量增多,空燃比升高,燃油在缸内燃烧更充分,在较低的进气温度工况时缸内生成PAHs各组分相对较低;进气压力升高,PAHs各组分的生成时刻提前,并且PAHs各组分的含量依次减少。燃烧起始阶段,苯(C6H6)主要分布在燃烧室凹坑附近。在燃烧中期与后期,其主要分布在凹坑壁面附近。     

Direct injection diesel engine performance,emission, and combustion characteristics using diesel fuel,nonedible honne oil methyl ester,and blends with diesel fuel

Honne oil methyl ester (HOME) is produced from a nonedible vegetable oil, namely, honne oil, available abundantly in India. It has remained as an untapped new possible source of alternative fuel that can be used for diesel engines. The present research is aimed at investigating experimentally the performance, exhaust emission, and combustion characteristics of a direct injection diesel engine (single cylinder, water cooled) typically used in agricultural sector over the entire load range when fuelled with HOME and diesel fuel blends, HM20 (20% HOME + 80% diesel fuel)–HM100. The properties of these blends are found to be comparable with diesel fuel conforming to the American and European standards. The combustion parameters of HM20 are found to be slightly better than neat diesel (ND). For other blend ratios, these combustion parameters deviated compared with ND. The performance (brake thermal efficiency (BTE), brake‐specific fuel consumption, and exhaust gas temperature) of HM20 is better than ND. For other blend ratios, BTE is inferior compared with ND. The emissions (CO and SO) of HM20–HM100, throughout the entire load range, are dropped significantly compared with ND. Unburned hydrocarbon emissions of HM20–HM40, throughout the entire load range, is slightly decreased, whereas for other blend ratios, it is increased compared with ND. NO_x emissions of HM20, throughout the entire load range, is slightly increased, whereas for other blend ratios, it is slightly decreased. The reductions in exhaust emissions together with increase in BTE made the blend HM20 a suitable alternative fuel for diesel fuel and thus could help in controlling air pollution. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

柴油机高压共轨喷射系统参数对燃烧和排放性能影响的研究

利用AVL-FIRE软件建立TBD234柴油机高压共轨燃烧过程仿真计算模型,通过仿真计算,系统分析了喷射系统主要参数对柴油机高压共轨燃烧和排放性能的影响。最后进行了试验验证,结果表明,仿真值与试验值基本吻合。研究结果为柴油机高压共轨喷射系统参数的优化设计提供了可靠依据。     

Effects of Fischer-Tropsch diesel fuel on combustion and emissions of direct injection diesel engine

Effects of Fischer-Tropsch (F-T) diesel fuel on the combustion and emission characteristics of a single-cylinder direct injection diesel engine under different fuel delivery advance angles were investigated. The experimental results show that F-T diesel fuel exhibits shorter ignition delay, lower peak values of premixed burning rate, lower combustion pressure and pressure rise rate, and higher peak value of diffusion burning rate than conventional diesel fuel when the engine remains unmodified. In addition, the unmodified engine with F-T diesel fuel has lower brake specific fuel consumption and higher effective thermal efficiency, and presents lower HC, CO, NO _x and smoke emissions than conventional diesel fuel. When fuel delivery advance angle is retarded by 3 crank angle degrees, the combustion duration is obviously shortened; the peak values of premixed burning rate, the combustion pressure and pressure rise rate are further reduced; and the peak value of diffusion burning rate is further increased for F-T diesel fuel operation. Moreover, the retardation of fuel delivery advance angle results in a further significant reduction in NO _x emissions with no penalty on specific fuel consumption and with much less penalty on HC, CO and smoke emissions. __________ Translated from Chinese Internal Combustion Engine Engineering, 2007, 28(2): 19–23 [译自: 内燃机工程]     

Numerical simulation of biodiesel fuel combustion and emission characteristics in a direct injection diesel engine

The effect of the physical and chemical properties of biodiesel fuels on the combustion process and pollutants formation in Direct Injection (DI) engine are investigated numerically by using multi-dimensional Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation. In the current study, methyl butanoate (MB) and n-heptane are used as the surrogates for the biodiesel fuel and the conventional diesel fuel. Detailed kinetic chemical mechanisms for MB and n-heptane are implemented to simulate the combustion process. It is shown that the differences in the chemical properties between the biodiesel fuel and the diesel fuel affect the whole combustion process more significantly than the differences in the physical properties. While the variations of both the chemical and the physical properties between the biodiesel and diesel fuel influence the soot formation at the equivalent level, the variations in the chemical properties play a crucial role in the NO_x emissions formation.     

高原地区柴油机燃用生物柴油混合燃料排放特性研究

在高原环境（81kPa）下,对4100QBZL型柴油机燃用不同配比生物柴油混合燃料后的排放特性进行了实验研究。实验结果表明：与燃用柴油相比,各工况下,HC、CO和碳烟的排放均有不同程度的降低（分别平均下降4．5％～38．4％、15．4％～43．9％和12．5％～65．5％）,高负荷低转速工况下效果尤为明显;NOx的排放也得到明显改善,只有纯生物柴油的NO。排放较柴油上升了0％～2．1％,其他指标均下降（平均下降4．4％～4．9％）。综合考虑,燃用掺混比为30％以内的生物柴油混合燃料,能同时有效地降低HC、CO、NOx和碳烟的排放。     

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%。     

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。     

进气中氮气的体积分数对柴油机着火与燃烧影响的研究

在一台可以拍摄缸内混合气形成和燃烧过程的发动机上，用高速摄像机研究了在进气加入不同体积分数的N2后柴油机的油束发展，混合气形成，着火以及燃烧过程，同时还采用了三基色法对高速摄像机拍摄出的燃烧火焰的照片进行了温度场分布的计算分析，拍摄的图像和计算结果表明，加入N2后，对燃油束的喷雾及混合气体形成过程没有影响，对着火滞燃期的影响也不大，但对火焰的燃烧最高温度和燃烧室的平均温度影响很大，N2的加入量越大，燃烧温度下降越多，燃烧过程的结束也就越早。     

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.