活化热氛围条件下甲醇压燃燃烧低温反应机理

利用化学反应动力学软件CHEMKIN对现有甲醇详细反应动力学机理进行研究和分析.计算结果表明,活化热氛围条件下,现有甲醇机理与缸内取样实测低温阶段甲醛体积分数变化历程存在差异.基于前期缸内取样试验数据及国外相关研究结果,对甲醇低温机理中的关键反应速率进行了修正.经验证,修正机理低温阶段甲醛体积分数历程及着火时刻与试验结果更为吻合.利用修正机理就关键物质体积分数对甲醇低温氧化过程的影响进行了模拟研究.计算结果表明,甲醛初始体积分数从0增加到2×10-6使着火始点提前了近3°CA,而从2×10-6增加到20×10-6时着火时刻提前不到1°CA,说明甲醛体积分数从"无"到"有"的变化将对甲醇低温氧化及后续着火产生明显的影响.     

基于缸内直喷的甲醇汽油混合燃料HCCI燃烧排放特性研究

在缸内直喷发动机上研究甲醇汽油混合燃料的HCCI燃烧排放特性,分析了其非常规排放的性能。试验中选用汽油、M10(甲醇体积分数10%)、M20(甲醇体积分数20%)3种燃料,并通过FTIR方法测量甲醇及甲醛等非常规排放。研究结果表明:在汽油中添加甲醇可以有效拓展HCCI燃烧的高负荷范围,M20燃料的高负荷范围比汽油提高近9%,指示燃油消耗率比汽油高5%～10%,但指示能量消耗率比汽油低2%～6%。CO、THC、NOx等常规排放随甲醇添加比例的增加而降低,而甲醇和甲醛等非常规排放随甲醇添加比例的增加而增加,并随负荷增高呈先增加后减少的趋势。     

乙醇/汽油发动机排气温度下乙醇氧化生成醛的特性

为了研究乙醇/汽油发动机排气温度下乙醇氧化产生甲醛和乙醛的特性,设计并搭建用于乙醇氧化的流反应器,借助汽油机排气温度对流反应器加热,配制乙醇标准气,研究了乙醇/汽油发动机排气温度下流反应器中乙醇的氧化特性.结果表明:利用乙醇标准气在流反应器中氧化得到了乙醇氧化、甲醛和乙醛生成与氧化的特性,研究了排气温度和流速对乙醇氧化、甲醛和乙醛生成及氧化的影响规律.乙醇质量分数随温度升高而降低,甲醛和乙醛质量分数随温度升高呈先增加后减小趋势,并拟合得出甲醛和乙醛生成与氧化的临界温度,临界温度处甲醛和乙醛质量分数最高,临界温度时乙醛最高质量分数约为甲醛质量分数的16倍.     

稀燃条件下甲醇汽油发动机燃烧和排放特性的试验研究

在一台汽油缸内直喷(GDI)增压发动机上,研究了稀燃条件下燃用不同甲醇汽油混合燃料的燃烧特性和排放特性。试验结果表明:稀燃条件下,随混合气浓度逐渐变稀,当量燃油消耗率呈现出先降低后升高的趋势,并且随着甲醇比例的增加,当量燃油消耗率增加,但均低于原机。在混合气逐渐变稀的过程中,燃烧时缸压峰值和燃烧温度总的变化趋势是逐渐降低,而燃烧持续期和循环变动率逐渐升高。稀燃条件下,CO排放量逐渐降低,碳氢化合物排放呈先降低后增加的趋势。NO_x排放量总的变化趋势是先增大后逐渐降低,随着甲醇体积分数的增加,NO_x的排放量逐渐降低,且3种甲醇、汽油混合燃料的NO_x和CO排放量都低于汽油燃料。     

富氧下甲醇发动机冷起动燃烧及非法规排放

在一台经过1130单缸柴油机改造的直喷火花点火甲醇发动机上,利用商用CFD模拟软件AVL-Fire耦合甲醇氧化反应机理,通过模拟计算分析了进气氧质量分数对缸内直喷点燃式甲醇发动机冷起动首循环燃烧、甲醛及未燃甲醇非法规排放的影响.模拟结果表明:在冷启动工况下,提高进气氧质量分数能够有效提高活性基团OH、O和H的摩尔浓度,从而促进甲醇燃烧"链式"反应,加快甲醇燃烧速度,降低缸内未燃甲醇质量分数;当进气氧质量分数由0.21增加到0.36时,由于后燃现象导致缸内燃烧温度增大;随着进气氧质量分数进一步的增大,导致后燃现象减小,从而降低了缸内的燃烧温度;随着进气氧质量分数的增大,缸内的燃烧中间产物甲醛的质量分数增加,当进气氧质量分数增大到0.36时,此时缸内的燃烧温度达到最高点,从而能够很好地促进甲醛的氧化,最终使得缸内甲醛质量分数有所降低.     

醇类燃料发动机醛排放产生机理

为研究醇类燃料(甲醇)发动机醛排放的产生机理,搭建了醇类燃料预混定压燃烧试验台和发动机试验台架,并利用气相色谱-氦离子化检测器快速检测方法测量排气中的醛排放浓度.理论和定压燃烧试验研究结果表明:甲醇在火焰前锋面前被急剧地氧化而不能穿越火焰面到已燃区,甲醛排放源自燃后区甲醇的后氧化.M 20(甲醇、汽油体积比为2∶8)发动机排气中未燃醇、醛沿程浓度变化进一步证明在排温环境下甲醇氧化生成了甲醛,并研究了排气中甲醇氧化、甲醛生成与氧化随排气温度的变化特性.     

聚甲氧基二甲醚-甲醇混合燃料的燃烧与排放特性研究

将甲醇按体积比0、10%、20%、30%分别掺混到聚甲氧基二甲醚(polyoxymethylene dimethyl ethers,PODE)中制备出PODE-甲醇混合燃料,并依次标记为M0、M10、M20和M30,在一台高压共轨发动机上研究了最大转矩转速不同负荷下混合燃料的缸内燃烧过程和排放性能。结果表明:在PODE中添加甲醇后,各负荷下缸内压力降低,滞燃期逐渐延长,放热始点推迟。低负荷和中负荷时甲醇体积比的增加会使放热率峰值先增加后减小,而高负荷下放热率峰值却逐渐升高。甲醇体积比较低时,各负荷下燃烧持续期缩短;当甲醇体积比为30%时,中低负荷下燃烧持续期延长,各负荷下燃烧重心(CA50)推迟。掺烧甲醇可以降低NO_x浓度,M30较M0降低幅度为28.1%;而随甲醇体积比的增加,各负荷下HC和CO排放量均呈上升趋势,烟度则先减小后增大。甲醇的低温氧化使混合燃料的甲醛排放量上升,同时NO_2排放量及NO_2占NO_x比例随甲醇体积比的升高而增加,与纯PODE相比,低负荷下M30的NO_2排放量和NO_2占NO_x比例增幅分别为65%和107%。     

醇类燃料HCCI发动机燃烧特性的实验研究

在Ricardo Hydra单缸四冲程发动机上利用内部废气再循环策略实现了4种醇类燃料(纯甲醇燃料、纯乙醇燃料、体积分数为50％的甲醇与汽油混合燃料和体积分数为50％的乙醇与汽油混合燃料)的HCCI燃烧．通过调整HCCI发动机的空燃比、转速和气门相位角,研究了醇类燃料HCCI发动机的燃烧特性．结果表明,醇类燃料的 HCCI燃烧不同于普通汽油,燃烧可以在较稀的混合气浓度范围区域内实现,使发动机的运行范围向小负荷和高转速方向拓展,其中纯乙醇可以向高低负荷两个方向拓展运行范围．醇类的着火时刻受化学反应特性和加热的共同影响,其中甲醇燃料的着火在所比较的范围内都是最早的,而且甲醇燃料的着火持续期短于乙醇燃料．除了纯甲醇以外,其他醇类燃料的平均指示压力都高于汽油．     

氧体积分数对低十六烷值混合燃料燃烧特性影响

在一台转速为1 600,r/min、喷油量为21,mg/cyc的4缸增压直喷式柴油机上,进行不同进气氧体积分数对正丁醇/汽油/柴油混合燃料低温燃烧方式燃烧和排放性能影响的试验.结果表明:对于纯柴油和掺混30%,汽油、30%,正丁醇和15%,正丁醇+15%,汽油的混合燃料,降低进气氧体积分数,缸内压力和缸内平均温度迅速下降,放热率始点推迟,滞燃期延长,当量燃油消耗率增加,NO_x排放大幅降低,CO排放增加.在进气氧体积分数较高(大于19%,)时,碳烟(soot)排放变化较小,进一步降低进气氧体积分数,soot排放急剧增加.在相同的进气氧体积分数下,掺混30%,汽油、15%,正丁醇+15%,汽油和30%,正丁醇的混合燃料与纯柴油相比,放热率峰值依次升高,滞燃期依次延长,NO_x排放无明显变化,CO排放增加,而soot排放大幅度降低.     

低比例甲醇汽油发动机冷起动非常规排放和燃烧特性研究

在电控进气道喷射汽油机台架上,分别使用汽油、M10、M20和M30 4种燃油在常温条件下模拟了NEDC测试循环中的前2个市区工况循环(ECE),对冷起动过程中催化剂前后的常规排放和非常规排放以及燃烧特性进行了研究。研究结果表明:随着燃油中甲醇比例的增大,4种燃油的CO、NOx排放量逐步减少,而甲醇、甲醛等非常规排放量逐步增多。THC排放量在冷起动初期随着甲醇比例的增大而增加,在发动机温度上升后随着甲醇比例的增大而减少。但是在常规三效催化剂起燃以后,催化剂后的常规和非常规排放基本上均能得到有效控制。随着汽油燃料中甲醇添加比例的增大,在冷起动过程中发动机燃烧持续期缩短,缸内平均指示压力略有升高,对发动机缸内燃烧有一定的改善作用。