2,5-二甲基呋喃的燃烧性能及排放特性的研究

目前由于一种新的合成方法的发明,国际上对于2,5-二甲基呋喃(DMF)作为代用燃料更为关注.在分析比较DMF与乙醇、商用汽油理化性能的基础上,全面地对比研究了各燃料在DISI汽油机( Direct - Injection Spark - Ignition Engine)上的工作特性.初步研究结果表明DMF是很有发展前景的生物燃料,它的一些理化性能与汽油相似且优于乙醇(体积能量密度、研究法辛烷值均高于乙醇等等),并且DMF的层流燃烧速度与汽油接近.在发动机性能试验中,DMF的指示热效率、最高缸内燃烧温度等特征参数以及排放特性大体与汽油相似,稍差于乙醇.     

2-甲基呋喃/汽油发动机燃烧和排放特性

基于一台点燃式发动机,研究了燃用2-甲基呋喃(MF)及其体积分数为10%和20%低比例汽油混合燃料的发动机燃烧和排放特性,并与纯汽油进行对比.结果表明:MF及混合燃料抗爆性优于汽油,高负荷下允许发动机使用更加提前的点火时刻.单独燃用或掺混MF使滞燃期、燃烧持续期相对汽油缩短,循环波动系数降低,同时缸内峰值压力、最高平均温度相对升高.较高的燃烧温度及含氧量使MF及混合燃料HC和CO排放相对汽油降低,使用20%混合燃料时最高降低比例分别约为10%和3%.但燃用MF及混合燃料的NOx排放相对汽油升高.     

DMF-柴油发动机燃烧和排放特性的试验

2,5-二甲基呋喃(DMF)是一种适用于内燃机的新型生物质燃料.在一台压燃发动机上,主要研究了DMF-柴油混合燃料(D40)在不同EGR率下的燃烧和排放特性,并与汽油-柴油混合燃料(G40)做了对比.结果表明,D40滞燃期较长,指示热效率较高,但最大压升率较高.在整个EGR区间,Soot排放一直接近于零,不存在传统燃烧的NOx和Soot之间的"trade-off"关系.虽然DMF的理化特性与汽油相似,但主要由于滞燃期不同,G40与D40在燃烧与排放特性上差别较大;相比G40,D40的氮氧和THC排放略高,但Soot排放极低.滞燃期是柴油机燃用D40和G40燃烧和排放差异的主要原因.     

DMF/柴油和汽油/柴油混合燃料对柴油机燃烧和排放特性的影响

在一台共轨柴油机上,通过向柴油分别掺混30%体积比的2,5-二甲基呋喃(DMF)和汽油,研究了含氧燃料和低十六烷值燃料对柴油机燃烧过程和排放特性的影响机理。研究结果表明:D30的滞燃期最长,G30次之,纯柴油最短,表明十六烷值是影响着火滞燃期的关键因素。混合燃料的挥发性、硫和芳香烃含量对碳烟排放影响较小,扩展的着火延迟期和增加的燃料氧(原子氧)是降低低温燃烧过程中碳烟生成的两个关键因素。柴油掺混DMF,通过采用中等强度EGR率(低于40%),能显著扩展低排放区域(NOx排放0.4g/(kW·h),碳烟排放0.01g/(kW·h))并保持较好的燃油经济性。相比汽油/柴油混合燃料,DMF/柴油混合燃料对碳烟的降低效果更显著,表明DMF作为一种低十六烷值的新型生物质含氧燃料,其与柴油混合后的理化特性更适合于柴油机低温燃烧的排放控制。多次喷射试验表明:在柴油中掺混DMF或汽油,喷油控制策略对碳烟生成影响减小。综合来看,石化柴油与低十六烷值含氧燃料混合,通过燃料改性与中等强度EGR率(低于40%)耦合并合理控制CA50,是在简化喷油控制策略下实现现代柴油机高效、清洁低温燃烧的一项有效技术途径。     

生物柴油/DMF混合燃料对柴油机低温燃烧的影响

在生物柴油中分别掺入体积分数20%和50%,的2,5-二甲基呋喃(DMF)组成DMF20和DMF50混合燃料,在一台单缸柴油机上对柴油、生物柴油和生物柴油/DMF混合燃料开展低温燃烧试验研究.结果表明,生物柴油和柴油燃烧特性相近,生物柴油含氧特性在一定程度上可以改善低温燃烧的碳烟排放;增大生物柴油中DMF掺混比例,混合燃料十六烷值降低,滞燃期延长,燃烧速率加快,预混放热峰值升高,最大压力升高率增大,DMF50即使在高负荷下也呈现典型的预混单峰放热.在低负荷时,掺混燃料热效率并没有优势,随负荷增大,掺混燃料在热效率方面逐渐表现出优势,特别是DMF50在高负荷时优势明显,指示热效率提高到46.5%(此时柴油和生物柴油分别为43%和43.3%).掺混DMF对碳烟改善明显,在高负荷、低温燃烧、低氧浓度条件下DMF50仍可基本实现无碳烟排放,同时提高DMF掺混比例对改善高负荷低温燃烧的CO和HC排放作用显著.     

汽油机燃用含氧混合燃料时燃烧特性和碳氢排放的研究

开展了汽油机燃用含氧混合燃料时燃烧特性和碳氢排放的研究 ,分析了质量燃烧率和发动机碳氢排放。基于实测示功图的计算结果表明 ,与汽油相比 ,燃用汽油 乙醚混合燃料可明显缩短火焰发展角和快速燃烧角。当汽油中加入的醇类燃料比例较小时 ,与燃用汽油相比 ,可缩短火焰发展角和明显缩短快速燃烧角 ;而当汽油中加入的醇类燃料比例较大时 ,反而会增加火焰发展角和快速燃烧角。试验结果表明 ,与燃用汽油相比 ,燃用含氧混合燃料可降低发动机碳氢排放量 ,燃用汽油 乙醚混合燃料比燃用汽油 醇类混合燃料具有更低的碳氢排放。     

2,5-二甲基呋喃对柴油机低温燃烧与排放的影响

在一台改造的单缸柴油机上研究了柴油掺入2,5-二甲基呋喃(DMF)后对燃烧、性能和排放的影响。研究结果表明:柴油中加入DMF后着火滞燃期延长,预混合比例增加,缸内最高燃烧压力及最大压升率增大,碳烟排放明显降低,其中加入DMF比例为40%(DMF40)时,在试验的EGR率区间内碳烟排放几乎为零;但NOx排放有所增加,若增大EGR率可保证在不增加碳烟的前提下明显减小NOx排放,当EGR率大于50%时,DMF40的碳烟和NOx接近于零排放。与纯柴油相比,混合燃料的THC和CO排放有一定增高,通过对混合燃料燃烧相位的优化,可以在保证高热效率的同时,有效降低最大压升率和NOx排放,但会导致THC和CO排放升高。     

2-甲基呋喃及其与异辛烷掺混燃料燃烧特性的可视化

由于2-甲基呋喃(MF)的喷雾与燃烧特点与汽油类似,其作为替代燃料的潜力受到广泛重视.利用光学发动机和高速摄影技术,结合热力学分析,对MF以及其与异辛烷掺混燃料的湍流火焰传播特性进行了研究.结果表明:与异辛烷相比,MF有更高的燃烧爆发压力和较短的滞燃期,同时其火焰面积扩展速率也高于异辛烷.研究发现火焰传播面积与已燃质量分数(MFB)的2/3次方呈线性关系.MF的湍流火焰传播速度明显大于异辛烷,二者的差别比这两种燃料层流火焰传播速度的差异更加明显.混合气的物理化学特性是影响湍流火焰传播速度的最大因素.     

废弃油脂生物柴油掺水微乳化燃料燃烧和排放性能研究

利用废弃油脂制备生物柴油不仅具有可观的经济效益,而且具有良好的社会效益和环境效益．为研究生物柴油掺水微乳化的燃烧和排放性能,在同一台双缸四冲程直喷式柴油机上进行了对比试验,测量燃料的燃烧压力和排放浓度．研究结果表明：与生物柴油相比,生物柴油掺水微乳化燃料的峰值燃烧压力的相对高低随发动机负荷变化．在排放特性中,生物柴油掺水微乳化燃料的烟度和NOx排放量显著降低,这证明掺水微乳化燃料能够改善燃烧状况,控制柴油机主要污染物排放．     

电喷汽油机燃用醇汽油混合燃料的试验研究

研究了多点电喷汽油机燃用醇汽油混合燃料的性能。研究结果表明:在汽油机参数未做任何调整的情况下,醇汽油混合燃料发动机的动力性与汽油机相比有所降低,燃料经济性改善,有效热效率提高。随醇类燃料体积分数的增大,CO排放明显改善,THC排放略有升高,NOx排放的变化不明显。醇汽油混合燃料发动机的醛类排放物明显升高,汽油机的未燃甲醇排放较高,未燃乙醇排放变化不明显。     

甲醇在二冲程点燃式内燃机中的应用研究

为了开发石油代用能源,许多国家正在研究在四冲程内燃机上燃烧甲醇和甲醇-汽油混合燃料的问题。本文对二冲程汽油机以煤制甲醇作燃料时的功率、燃料消耗率、燃烧稀薄混合气的能力和排放特性进行了试验研究。二冲程汽油机改烧甲醇后,功率和热效率都有提高,尤其是提高压缩比后,最大功率和热效率都可提高近1/3。在排气成分方面,与燃烧汽油时相比,排气中NO_x和CO含量都有所下降。但是,由于扫气过程中有一部分甲醇未经燃烧而直接排出,以致排气中甲醇和甲醛含量都大大增加。经初步使用钯催化剂进行催化反应后,排气申甲醇和甲醛排放量可降低到燃烧汽油时的水平。     

《内燃机学报》2007年总目次

第1期25-001 HCCI发动机燃烧多维数值模拟(Ⅰ)——模型的建立和比较贾明，解茂昭(1)25-002 HCCI发动机燃烧多维数值模拟(Ⅱ)——运行工况向高负荷扩展方法的探讨贾明，解茂昭(9)25-003汽油和柴油混合燃料均质压燃(HCCI)的试验研究钟绍华，张永红，金国栋，等(16)25-004乙醇与柴油混合燃料燃烧特性及排放特性的试验研究邢元，尧命发，张福根，等(24)25-005乙醇燃料HCCI发动机燃烧特性研究张岩，何邦全，谢辉，等(30)25-006斜轴涡流对汽油机低速低负荷燃烧过程影响的试验研究刘瑞林，马康，温永继，等(37)25-007直喷式柴油机燃用生物柴油燃烧特性的研究袁银南，张恬，梅德清，等(43)25-008柴油机燃用乙醇—甲酯—柴油时PM排放特性的研究陈虎，陈文淼，王建昕，等(47)25-009 LPG点燃式发动机冷起动首循环进气富氧试验研究断栗工，乔信起，李理光，等(53)25-010基于数字图像处理的LPG喷雾特性试验研究许伯彦，齐运亮(60)25-011 LPG小型点燃式发动机怠速工况下微粒排放特性研究翟鸿宾，李理光，刘志敏，等(66)25-012甲醇发动机排放特性的研究汪洋...     

甲醇-汽油双燃料火花点火发动机试验研究

基于一台由缸内直喷汽油机改装而成的高压缩比双燃料汽油机,研究了甲醇-汽油双燃料喷射方式(M-G,是指进气道喷射甲醇,缸内直喷汽油)和汽油-甲醇双燃料喷射方式(G-M,是指进气道喷汽油,缸内直接喷甲醇)两种双燃料双喷方式对火花点火发动机燃烧排放特性、热效率和爆震抑制的影响。在试验过程中甲醇的喷射比例范围为0~100%。试验结果表明:相比于汽油单燃料发动机,两种双燃料喷射方式(M-G和G-M)都能够显著提高经济性、抑制爆震同时降低微粒排放;G-M双燃料喷射方式相比M-G双燃料喷射方式在抑制爆震、降低微粒排放上效果更加显著。     

大众汽车公司的直喷式汽油机

鉴于CO排放问题已有所缓和,降低油耗就显得特别重要。本文介绍采用汽油直喷式燃烧方法、汽化冷却、两级传动的中冷增压汽油机,在提高行驶舒适性的条件下,能够达到与柴油机相近的油耗。该直喷式汽油机还带有发电机及氧化催化器,试验是在大众汽车公司的未来型试验汽车上进行的。     

甲醇/乙醇/汽油HCCI燃烧和排放特性对比

在Ricardo单缸四冲程汽油机上采用内部废气再循环策略,实现了汽油、乙醇和甲醇的HCCI燃烧,并对比了这3种燃料HCCI的燃烧和排放特性。结果表明:在HCCI燃烧模式下,醇类燃料与汽油相比有更多的燃料参与了低温反应,有利于化学动力学反应的进行,因此醇类燃料提前着火时刻,缩短燃烧持续期,降低发动机的燃烧温度;在相同的发动机转速和空燃比条件下,醇类燃料可以极大地降低发动机的NOx排放,特别是甲醇的NOx排放最低可达2×10-6;并且醇类燃料更有利于稀燃,适用于中高速的发动机工况。     

车用汽油机颗粒物生成机理及排放特性研究进展

汽油机是中国、美国和日本等国家乘用车和轻型货车的主流动力.随着汽车排放法规加严,汽油机颗粒物(PM)和可挥发性有机物(VOCs)排放以及在大气中形成雾霾等问题广受关注.围绕直喷(GDI)汽油机缸内碳烟生成机理、GDI汽油机和进气道喷射(PFI)汽油机的一次颗粒物排放特性以及汽油机尾气排放生成二次颗粒物机理等的国内外研究进展进行综述.已有研究表明:GDI汽油机碳烟排放主要来源于附壁油膜的池火燃烧和缸内局部浓区的燃烧,燃油喷射策略和混合气组织方式对缸内碳烟生成有重要影响;GDI汽油机颗粒物的排放水平要远高于PFI汽油机以及装有颗粒过滤器(DPF)的柴油机,但GDI和PFI汽油机排放颗粒物粒径分布特征总体相近;汽油机排放生成二次颗粒物质量要远高于其生成的一次颗粒物,二次颗粒物有相当一部分来源于汽油机尾气中VOCs生成的二次有机气溶胶(SOA).     

加氢催化生物柴油对GCI发动机燃烧与排放影响

汽油压燃(GCI)发动机具有较高的热效率及较低的排放,但使用商用高辛烷值汽油存在低负荷工况下着火困难、燃烧稳定性差的难题.将高十六烷值的加氢催化生物柴油(HCB)按照不同体积比例添加到95号汽油中,通过一台共轨单缸柴油机,研究在小负荷工况下加氢催化生物柴油体积分数对发动机燃烧与排放特性的影响.结果表明:随着加氢催化生物柴油体积分数的增加,燃料的着火性能显著改善,有效降低燃烧爆压.同时,不同活性燃料的掺混比例应与运行工况匹配才能获得较为合适的燃烧相位,进而提高发动机性能.排放方面,掺混燃料在降低颗粒物排放方面有着巨大的潜力,随着生物柴油体积分数的增加,虽然颗粒物排放有所增加,但可以有效地降低CO及未燃碳氢化合物(UHC)排放.掺混燃料中生物柴油掺混比例对NO_x排放的影响在不同负荷下表现出不同的趋势.     

双燃料对汽油机HCCI燃烧与排放的影响北大核心CSCD

采用双燃料喷射系统在进气道分别喷入汽油和正庚烷,结合优化动力技术手段,实现了4缸汽油机的均质混合气压燃(HCCI)稳定燃烧。研究了在不同EGR条件下,燃料比例对汽油机HCCI燃烧和排放的影响。研究结果表明:随着汽油比例的增加,燃烧相位推迟,燃烧持续期延长,HC和CO排放随之增加,最优工况点对应的EGR率降低。提高正庚烷的比例,HCCI燃烧对EGR敏感性降低,可以提高EGR率上限。在同一燃料比例下,随着EGR率的变化,CA10与CA50有线性关系,其斜率与燃料中汽油比例正相关。     

不同含氧调合汽油燃料的整车及排放性能试验研究

将甲醇、乙醇、正丁醇和2,5-二甲基呋喃(DMF)分别与市售编号为92号汽油按照体积比为1∶9的比例混合,连同纯汽油组成M10、E10、B10、F10、G100 5种燃料,在一辆缸内直喷(GDI)乘用车上研究不同燃料对整车性能的影响。试验结果表明,在新欧洲驾驶循环(NEDC)下,丁醇混合燃料的百公里体积油耗和去除热值影响的当量油耗均是被测5种燃料中最低的,其余3种含氧燃料掺混后的百公里体积油耗和当量油耗均高于纯汽油燃料;除M10的CO排放比汽油低外,含氧汽油的CO和THC排放均高于汽油;掺混3种醇类燃料均能够降低NO_x排放,F10的NO_x排放与纯汽油相当;4种含氧汽油大幅降低了颗粒物质量和数量排放。向汽油中添加含氧燃料能够降低汽车在中高车速稳定运行时的油耗和排放,但添加含氧燃料后的汽油比纯汽油更加不适应低车速和起动工况。在动力性方面,4种含氧汽油均缩短了汽车的加速时间。     

汽油机燃用乙醇／汽油混合燃料的研究进展

总结了目前在汽油机上已经开展的有关乙醇/汽油混合燃料的试验研究,主要包括:燃用乙醇/汽油混合燃料对发动机的动力性、燃油经济性和排放性能的影响;催化转化器、过量空气系数(φat)以及压缩比和点火时刻对燃用乙醇/汽油混合燃料时发动机的燃烧和排放特性的影响.最后对其发展和研究方向做出展望.