柴油-甲醇组合燃烧技术在发电机组产品开发中的应用

对一台增压中冷柴油机进行改装,使其采用柴油-甲醇组合燃烧（Diesel-Methanol Compound Combustion,DMCC）方式运行。发动机台架以及装机运行试验的结果表明：发动机的双燃料模式平稳、可靠,动力性与原纯柴油相同,调速特性满足机组使用要求;与纯柴油相比,双燃料模式的燃料经济性在中高负荷时显著提升,在低负荷时较低;双燃料模式下的碳排放比在纯柴油工况下的碳排放降低约11.4%,PM和NO_x排放明显低于纯柴油模式,NO_x排放需要进一步优化;全工况下CO和HC排放量均大幅增加,所以为满足法规需要加装后处理系统;按照机组视在功率为300 kW运行时,双燃料模式的燃料经济性改善14.5%,大幅度降低发电成本。     

预混合气浓度和温度对DMCC发动机运行边界的影响

以大柴DEUTZ-BM6F1013发动机的燃烧室为原型,采用FORTé程序包建立了缸内燃烧的三维CFD模型.通过不同条件下模型计算值与试验值的对比验证了模型的正确性.基于纯柴油模式(1,000,r/min、100,N·m)工况点,计算了不同初始温度、初始甲醇混合气浓度下缸压的变化情况,结果表明:柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)模式随预混合气浓度和温度变化的运行边界可分为失火、爆燃和早燃3个区域.在失火和早燃区域,预混合气浓度的极限值均较低,热效率不高,且存在停转的风险,不利于发动机安全可靠的运行;在爆燃区域,预混合气浓度的极限值受最大爆发压力的限制,可以维持较高的数值,且该阶段燃烧稳定,发动机热效率高.因此,进一步提高DMCC模式的掺醇比,应考虑使发动机运行在进气的中高温范围.     

甲醇不同替代比率对DMCC排放影响的试验研究

对比研究了加装氧化型催化转化器后,甲醇对柴油的不同替代比率条件下柴油/甲醇组合燃烧(DM-CC)系统发动机排放的差异.试验结果表明,为使DMCC发动机的Nox、THC和CO的综合排放最优,在低负荷时,替代率不宜超过22%;中等负荷时,保持35%的替代比率较为理想;大负荷时,替代率可以增加,但不宜超过50%.研究发现,起燃温度较低的氧化催化转化器对全面改善DMCC发动机排放起着非常重要的作用.本研究结果为使DMCC燃烧方式实现低排放提供了重要途径.     

添加含氧燃料对正庚烷火焰特性的影响研究

利用定容燃烧弹系统,在定容、预混、理论空燃比的情况下研究正庚烷、MTBE/正庚烷和乙醇/正庚烷的预混燃烧过程.通过高速摄像系统拍摄了正庚烷、MTBE/正庚烷和乙醇/正庚烷的层流预混阶段火焰传播过程,通过对比燃烧火焰照片和对应的压力曲线,计算分析了3种燃料的滞燃期,层流火焰传播速度和马克斯坦长度等,并且分析比较它们之间的差异.结果表明,庚烷中加入MTBE和乙醇后,拉伸和无拉伸层流火焰传播速度加快,马克斯坦长度增加,火焰的稳定性增强.     

车用发动机气门间隙的确定与调整

本文根据发动机气门机构的工作特点,从物理意义出发,介绍了不同机构与气门间隙之间的关系及其气门间隙的精确计算与简略估算方法。按照这一关系及其计算方法,为发动机设计和维修人员在确定不同气门机构的气门间隙时提供一个参考。     

进气喷甲醇降低柴油机加速冒烟的研究

针对柴油机瞬态工况排放黑烟的现象,采用同步往进气道喷甲醇加以抑制的方法进行了研究.为此开发了一套根据发动机工况变化的甲醇喷射的电控系统.在一台高速非增压直喷柴油机上对进气喷甲醇和纯柴油的瞬态烟度排放两种情况进行了试验对比研究.结果表明,以城市公交车的起步加速和加载加速工况以及发动机高低转速下的增转矩瞬态工况为对象,进气喷甲醇的方法可以减少烟度排放达到50%以上,说明采用进气喷甲醇为柴油机解决冒黑烟问题提供了一种技术途径.     

铜基/钯基催化剂甲醇裂解气发动机性能

以一台点火式电控发动机为原型机,在其排气管上串接一甲醇裂解器,利用废气余热裂解甲醇制取裂解气,然后作为发动机燃料.在改造后的发动机上,分别进行了铜基和钯基催化剂作用下甲醇裂解为裂解气的应用性能研究.结果表明,铜基或钯基催化剂裂解气发动机动力性能够达到原机95％以上,裂解气发动机当量燃料消耗率较之汽油机下降了24％左右,在仅用前级催化转化器时发动机碳氢(HC)排放和一氧化碳(CO)排放仅为原机的10％左右,氮氧化物(NOx)排放为原机的20％左右.与铜基催化剂相比,钯基催化剂裂解气发动机性能更好,而且其催化裂解效率、可靠性、催化剂附着性等方面均优于前者.     

生物柴油/甲醇混合燃料对柴油机性能与排放的影响研究

在一台4缸直喷式柴油机上研究了超低硫柴油、生物柴油及后者与甲醇的混合燃料对发动机性能、气体及微粒排放的影响。生物柴油由餐饮废油制取,除单独使用外和甲醇按体积比90：10和80：20混合后使用。在最大扭矩转速1800 r.m in-1时,在5个不同负荷下,比较了不同燃料热效率及CO、HC、NOx以及微粒质量浓度,微粒的总数量及平均几何粒径。结果表明,和超低硫柴油相比,生物柴油及其和甲醇的混合燃料的热效率增加,NOx和微粒质量、数量浓度的排放降低,但HC、CO和NO2排放升高;同时,随着甲醇混合比例的增加,HC、CO和NO2的排放成比例增加,微粒的质量浓度及数量浓度进一步降低,热效率及NOx几乎保持不变。     

柴油机加速过程快速补气的电动增压器设计及其特性

为解决增压柴油机因传统增压器在加速时反应迟滞所带来的冒烟问题,研制了一台由高速无刷电动机独立驱动的电动增压器,转速范围从6．0～24．0 kr/min,最大流量达到0．1 kg／s。针对电动机的结构特点对电动增压器进行新颖的结构设计,使安装方便,简化了传统增压器所需的润滑措施。利用热线风速仪测定了其出口处在不同的转速下稳态时速度分布,分析稳态质量流量与增压比在不同转速下的变化趋势,并在不同的起动时间内(10 s,15 s,20 s,25 s)测定其瞬态响应,对其瞬态流量特性进行初步的研究,为柴油机在加速试验时与电动增压器匹配提供依据。研究结果表明,该电动增压器具有响应速度快、流量大、不受发动机工况所控制等特点,为降低其排放烟度、改善其加速性能提供一条可行的途径。     

用激光技术研究燃油喷雾的粒径分布

介绍用激光全息摄影技术研究130型直喷式柴油机的喷油咀针阀开启压力和高压油泵柱塞直径对低惯量喷油器燃油喷雾的影响,并用激光快速滴谱分析装置处理了该燃油雾场的油滴尺寸分布。研究结果表明,提高启喷压力和增大柱塞直径均可以改善燃油的雾化均匀度。在高启喷压力下,直径在15～30μm的油滴占了绝大部分,滴径分布较窄,而低启喷压力时分布较宽。相比而言,增大供油速率(柱塞直径由φ11mm增大至φ12mm)对雾化均匀度的改善程度不如启喷压力影响得大。