柴油引燃乙醇均质混合气的二元燃料燃烧特性

在一台单缸增压中冷试验柴油发动机上,研究了不同转速和负荷下乙醇在进气道形成均质混合气,然后在气缸内由柴油引燃的二元燃料燃烧特性.结果发现:采用柴油引燃乙醇混合气的二元燃料燃烧方式,在高负荷时预混燃烧量明显增加,扩散燃烧大幅度减少;在低负荷以及整个低速工况下都实现了单峰快速放热.另外,采用这种燃烧模式能够降低绝大部分工况的最高燃烧温度,并缩短高温持续时间.研究还发现,这种二元燃料燃烧大部分工况的最高爆发压力和压力升高率都比原机高,燃烧持续期短于原机,在中高负荷时能大幅度地减少柴油消耗并提高发动机热效率.与原柴油机相比,采用二元燃料燃烧的指示热效率最高提高了11.09%.

柴油喷射压力对柴油/甲醇二元燃料发动机燃烧和排放影响的试验研究

在一台增压中冷电控共轨柴油机上,研究了柴油喷射压力对柴油/甲醇二元燃料(DMDF)燃烧和排放特性的影响。研究表明:柴油喷射压力较低时,DMDF模式压缩冲程的缸压要低于纯柴油模式,降幅随着甲醇替代率的增大而增大;而柴油喷射压力较高时,降幅较小,甲醇替代率为20%时的最大缸压要略高于纯柴油模式,且对应的最大放热率明显高于纯柴油模式和甲醇替代率为40%时。DMDF模式的NO_x排放量随着甲醇替代率的增加而降低,相同替代率时随着柴油喷射压力的增加而增加。CO和总碳氢(THC)排放量随柴油喷射压力的增加略有降低,随替代率的增加几乎线性增加。在低柴油喷射压力下,DMDF模式可以明显降低烟度,且排放量随着替代率的增加而减小,最多可减少约35%的碳烟排放。其他柴油喷射压力时,烟度随着甲醇替代率的增加而基本保持不变。

机车中速柴油机应用柴油/甲醇二元燃料的燃烧特性研究

在一台机车中速柴油机上,采用进气歧管喷射甲醇的方式,研究了不同转速与负荷下柴油/甲醇二元燃料燃烧特性。研究结果表明:随着甲醇喷射量的增加,滞燃期延长,燃烧持续期缩短,中低负荷时燃烧呈单峰快速放热,高负荷下预混燃烧比例有所提高,但仍保持双峰放热规律;同时,二元燃料燃烧方式下的最高燃烧压力与压力升高率均高于原机,最高燃烧温度也随着甲醇喷射量的增加而升高;此外,二元燃料燃烧的热效率与负荷密切相关,在600r/min时有效热效率随着甲醇的喷入而降低,且随着替代率的升高其降幅加大,在33%替代率时下降了9.06%,但在1000r/min标定负荷时有利于热效率的提高,升幅达到0.36%。

柴油/甲醇二元燃料发动机缸内燃烧数值模拟

为研究柴油/甲醇二元燃料的缸内燃烧过程,基于对二元燃料燃烧特征的分析,发展了湍流耦合反应动力学的柴油/甲醇二元燃料缸内燃烧机理和燃烧模型.基于一个已有的甲醇/正庚烷二元燃料燃烧机理,进一步提高了机理的预测精度,燃烧模型通过计算混合时间尺度和化学反应时间尺度来衡量燃烧的受控因素,其中化学反应时间尺度以熵增率衡量.通过发动机试验对模型进行了标定和验证,结果表明:该燃烧机理和燃烧模型能够很好地对纯柴油和柴油/甲醇二元燃料燃烧过程进行预测,包括随着甲醇比例的增加,滞燃期延长,甲醇火焰传播预混燃烧放热峰值逐渐明显.采用直接求解化学反应而不考虑湍流的燃烧模型,对燃烧进程的预测结果则随着甲醇量的增加而逐渐高于试验值.

船用柴油机应用柴油/甲醇二元燃料的性能特性研究

在柴油/甲醇二元燃料(DMDF)燃烧模式下,研究了不同负荷下甲醇替代率对船用柴油机性能的影响,以及不同喷油时刻对DMDF燃烧的影响。试验结果表明:不改变原机喷油定时的情况下,发动机25%负荷率时最大替代率为57. 8%,50%负荷率时最大替代率为59. 6%,100%负荷率时最大替代率为36. 7%;受喷醇流量的限制,在75%和90%负荷率时,甲醇替代率分别只做到49. 1%和39%。据试验情况分析,限制甲醇替代率提高的因素有发动机失火和发动机最高燃烧压力过高等,因此,除受试验条件限制的负荷区域(50%～90%负荷率)外,将DMDF在船用柴油机上的非稳定运行的区间分为失火限制区和最高燃烧压力限制区,分别对应的负荷率范围大致为0～50%和90%～100%。另,喷油时刻太靠后会限制甲醇替代率提升,其主要原因是发动机易失火;而喷油时刻太靠前则因最高燃烧压力升高限制了甲醇替代率的提升。

正庚烷/甲醇二元燃料层流火焰特性的数值模拟

利用PREMIX程序对预混层流正庚烷/甲醇一维自由传播火焰进行了数值模拟。计算了不同初始压力、初始温度以及不同甲醇掺混比例下正庚烷/甲醇二元燃料的层流火焰速率。研究表明:正庚烷/甲醇二元燃料的层流火焰速率随初始压力的升高而减小,随初始温度的升高而增大,随甲醇掺混比例的升高而增大,但增幅较小。研究对关键组分进行进一步分析,从化学反应动力学角度揭示了层流火焰速率变化的原因。

NH3/CH4混合燃料层流火焰速度的数值分析及其反应机理的优化

NH3作为一种无碳燃料,且具有较长的应用历史、较高的市场成熟度和较完整的产业链,因此在推动全球低碳发展中具有很大的发展前景。为了解决NH3在燃烧时火焰传播速度较慢的问题,可行的方法是将NH3与CH4混合燃烧。针对NH3/CH4混合燃烧的数值模拟研究时采用的反应机理比较多样且都存在相对误差的问题,对NH3/CH4混合燃料的层流燃烧速度进行模拟并通过反应灵敏度等方法分析了重要影响因素。结果表明燃料CH4的添加可有效使NH3的层流火焰速度线性增加,燃烧强度显著提升。同时发现层流火焰速度在很大程度上受火焰中自由基O、H、OH数量以及基元反应H + O2 O + OH反应速率的影响,随CH4加入火焰中的O、H、OH的摩尔分数也随之增大,因此进一步提高NH3的层流火焰速度。此外通过敏感性分析以及火焰结构分析发现基元反应的参数设置是各个机理模拟产生差异的根本原因,因此本研究基于模拟表现最好Okafor机理,根据其他常用机理的参数设置和实验数据形成了优化机理Okafor-Modified,与实验结果的平均相对误差在10%内。

柴油/甲醇二元燃料燃烧特性及烟度排放研究

在一台增压中冷的电控单体泵柴油机上采用柴油/甲醇二元燃料燃烧的方式开展燃烧特性与烟度排放试验研究.结果表明:采用二元燃料燃烧方式后最大气缸压力,最大放热率和最大压力升高率都增加,且随着甲醇对柴油替代率的增加而增加,烟度排放随着甲醇对柴油替代率的增加而降低;燃油消耗率随着甲醇替代率的增加而增加,但有效热效率在高负荷时候明显提高且排气温度降低.

柴油/甲醇二元燃料发动机的非常规排放特性研究

在一台电控单体泵增压中冷柴油机上,利用FTIR研究柴油/甲醇二元燃料发动机不同甲醇替代率下的非常规排放特性.结果表明,柴油/甲醇二元燃料燃烧模式下的非常规排放物甲醛、未燃甲醇、1,3-丁二烯及N_2O的比排放与纯柴油模式相比均有不同程度的增加,且均随着甲醇替代率的增加而增加;甲醛、未燃甲醇及N_2O的比排放随着负荷的增加逐渐降低;随着转速的增加,未燃甲醇的比排放趋势相差不大,排放量也无明显差别;CO_2的比排放随着甲醇替代率的增加而下降.

甲醇柴油比对二元燃料燃烧与排放特性的影响

在六缸电控单体泵增压中冷重型柴油机进气管上面布置电控甲醇喷嘴,采用柴油引燃甲醇均质混合气的二元燃料燃烧模式,开展了高甲醇柴油比的二元燃料燃烧特性与排放特性试验研究。研究结果表明;随着醇柴比的增加,二元燃料的滞燃期增加,放热率峰值、最大缸内压力和压力升高率峰值都变大;未燃HC和CO排放上升,NO_x排放则先下降后上升;烟度与颗粒物浓度排放都下降,低负荷下醇柴比为4.0时效果尤其显著;大负荷时二元燃料燃烧时热效率明显提高。

柴油/甲醇二元燃料重载柴油机的进排气分析与燃料效率

在一台重载柴油机上,对柴油/甲醇二元燃料燃烧不同甲醇替代率下发动机的进气成分、气体排放特性和燃料效率进行了研究。结果表明,随着甲醇替代率的增加,发动机进气流量、NO_x排放和折合当量燃油消耗率依次减小,而发动机过量空气系数、HC和CO排放以及有效热效率持续增加。在甲醇替代率达到30%时,NO_x排放和燃料效率同时取得最优效果;NO_x平均下降了34.51%,折合当量燃油消耗率最低仅为181.85 g/(kW·h),整体平均下降了6.03%,有效热效率平均提高了6.40%。

不同压缩比下柴油机燃用二元煤基燃料的循环变动特性

通过改变压缩比,进行柴油机燃用二元煤基燃料发动机台架试验,研究了3种压缩比下甲醇均质混合气F-T柴油引燃燃烧模式的循环变动特性。结果表明:平均指示压力(pi)和最高压力(pmax)相关系数最高达0.90;转速为1 200 r/min时,提高压缩比会降低pi和pmax的循环变动系数,转速为1 600 r/min和2 000 r/min时,提高压缩比会增大循环变动;中等负荷,转速为2 000 r/min,压缩比为16.90时,pi分布离散度较高,发动机出现爆震;利用离散时间Fourier变换能够准确判断发动机循环变动程度,并且可以对频域内正弦波分量进一步研究,探索信号内在影响因素。

烷烃/正庚烷和醇/正庚烷二元燃料低温着火特性的模拟研究

二元燃料燃烧技术作为一种应用替代能源的技术已经被广泛应用,为了深入地理解天然气、液化石油气和醇类等被引燃燃料对柴油低温着火的推迟影响,本文对二元燃料低温着火过程进行了模拟研究。结果表明,在初始温度小于1000 K时,被引燃燃料推迟正庚烷着火的能力由高到低的顺序为:乙烷>丙烷>正丁烷>正戊烷>正己烷,从正戊烷开始,被引燃燃料对正庚烷着火的抑制作用开始消失。甲醇和乙醇几乎没有低温反应活性,它们将活泼的OH转化为了稳定的H_2O_2;醛类和烯醇的生成反应是醇类燃料推迟正庚烷着火能力强于对应烷烃燃料的原因。

La_(1-x)Al_xFeO_3催化剂降低甲醇/柴油二元燃料发动机非常规排放研究

采用喷雾热分解法制备了一系列钙钛矿型催化剂La_(1-x)Al_xFeO_3(x=0、0.3、0.5、0.7),采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜,表征了La_(1-x)Al_xFeO_3相组成和微观形貌,评价了催化剂表面化学形态和催化活性指标.在发动机试验台架上,对甲醇/柴油发动机尾气中的甲醛、甲醇、1,3-丁二烯和N_2O进行了催化降解试验.结果表明:在La_(1-x)Al_xFeO_3中掺杂适宜量的Al有助于提高催化剂活性,改善催化剂比表面积和孔容积.当Al掺杂量为0.5时,所制备的La_(0.5)Al_(0.5)Fe O_3催化剂对甲醇、甲醛、丁二烯和N_2O的起燃温度(T50)分别为192、172、180和212℃,完全转化温度(T90)分别为227、205、240和324℃,呈现了良好的低温催化活性.对甲醇、甲醛、1,3-丁二烯和N_2O最大比排放分别为5.2×10~3、0.6×10~3、0.02和11.23 mg·k W^(-1)·h^(-1).与原发动机比排放相比,转化率达到了92%以上.表明La0.5Al0.5Fe O_3为适宜用于甲醇/柴油发动机尾气中非常规排放物低温催化降解的催化剂.

ZS195柴油机燃用二甲醚(DME)—柴油混合燃料的试验研究

二甲醚粘度低,会使高压供油系统产生泄漏及早期磨损。在二甲醚中添加低比例的柴油(简称二元燃料),其柴油既参与燃烧,又相应提高了混合燃料的粘度。首先对二甲醚添加低比例的柴油进行优化并对柴油机供油量、供油提前角和针阀开启压力进行优化匹配,然后对ZS195柴油机燃用二元燃料进行试验研究。结果表明:在ZS195柴油机上燃用二元燃料,其功率和转矩略优于原柴油机,发动机在全负荷范围内接近无烟排放,NOx大幅度下降。试验还表明,采用这种二元燃料可使供油系统长期稳定地工作。

进气温度对DMDF发动机燃烧特性和烟度排放的影响

在一台电控单体泵增压中冷发动机上,研究在固定柴油和甲醇供给时刻和供给量条件下,进气温度变化对柴油甲醇二元燃料燃烧特性的影响.结果表明：相同工况下,进气温度从40,℃变化到70,℃可以使爆发压力相差4,MPa,着火时刻相差15°,CA;进气温度的升高,不仅会造成滞燃期缩短、最大爆发压力和压力升高率增大,而且最大爆发压力出现的时刻变早、燃烧相位前移;在部分工况,变化进气温度还伴随燃烧模式的转变.温度变化还表现出柴油甲醇二元燃料燃烧和发动机转速的极大关联：在低速、较大负荷时,进气温度升高会导致输出扭矩下降和当量比油耗升高;在高速时,进气温度升高能提高输出扭矩并降低当量比油耗,但过高的进气温度会使大量甲醇在上止点之前燃烧,降低输出扭矩并提高当量比油耗.进气温度对碳烟排放也有较大影响：随进气温度降低,碳烟排放降低.综合研究结果表明,柴油甲醇二元燃料燃烧进气温度控制在50~70,℃时,可以获得最佳的经济和排放性能.

高原状态下甲醇替代率对柴油机燃烧与排放的影响

模拟了10 m、700 m及2400 m海拔压力,通过试验探究不同海拔对柴油/甲醇二元燃料发动机缸内燃烧与排放的影响,试验工况为1800 r/min下25%、50%和75%负荷。结果表明:发动机在25%负荷下,2400 m海拔及40%甲醇替代率时会导致缸内出现失火,使峰值压力降低,滞燃期延长,扩散燃烧缩短;在50%与75%负荷下,海拔高度与甲醇替代率的增加使缸内峰值压力明显上升,各工况燃烧持续期随着甲醇替代率的增加而缩短,随海拔的增加而延长。相比于10 m海拔纯柴油模式,在各海拔及甲醇替代率下,发动机的滞燃期最大延长27.01%,最大缩短28.99%;燃烧持续期最大延长22.79%,最大缩短43.20%;CA50前移8.55%~21.82%,缸内平均燃烧温度上升1.45%~23.83%。在50%和75%负荷下,发动机有效热效率随海拔的升高而降低、随甲醇替代率的增加而升高;在25%负荷下,呈现出更复杂的变化规律。污染物排放中,随着甲醇替代率的增加,同一负荷下NOx与烟度同时降低,但HC与CO同时增加;而随着海拔增加,常规污染物排放几乎都呈上升趋势。本研究内容可以为高原地区柴油/甲醇二元燃料发动机缸内燃烧与排放提供参考价值。

用后处理装置减少DMDF发动机的有害排放

在一台增压中冷电控单体泵的四缸柴油机上采用柴油/甲醇双燃料(DMDF)燃烧方式进行台架实验,研究了甲醇替代率和不同后处理装置对有害气体、烟度和微粒排放特性的影响。结果表明:在排气管加装柴油机氧化催化转化器(DOC)耦合微粒催化转化器(POC)可以大幅降低双燃料燃烧产生的THC和CO,基本可以实现零排放;与催化前相比,微粒的总数量浓度和总质量浓度均有大幅度降低,平均降幅分别为91.7%和88.1%;烟度排放得到改善,平均降幅为21.9%;同时,该后处理装置对DMDF发动机的NO_x排放无明显影响。与之不同,双DOC耦合的后处理装置对THC和CO的催化效率略优于DOC+POC,但在大部分工况下会导致NO_x和烟度排放的同时增加。

重载柴油机采用非SCR和DPF实现国Ⅳ排放研究

在1台电控高压共轨重载柴油机上采用柴油/甲醇二元燃料(DMDF)燃烧方式,后处理采用氧化催化转化器(DOC)紧耦合微粒氧化催化器(POC),对其排放特性开展了试验研究.结果表明:DMDF模式可以同时减少NOx和炭烟排放,且随着甲醇掺烧比例的增加降低效果更加显著;在80%负荷时当甲醇掺烧比例为50%时,NOx和炭烟排放分别减少了25.3%和69.3%;DOC+POC对HC、CO和甲醛排放的催化效率均超过了98%,优于原机水平;经ETC、ESC和ELR检测,柴油机采用DMDF模式结合后处理器DOC+POC可满足国Ⅳ排放要求.

DMDF电控单体泵柴油机结合简单后处理装置实现国Ⅴ排放的研究

在一台原机为满足国Ⅲ排放法规的增压中冷电控单体泵四缸发动机上采用柴油/甲醇双燃料(DMDF)燃烧方式,结合废气再循环(EGR)技术及不同后处理装置进行台架试验.结果表明:加装DMDF系统并经过精细标定,在不添加任何后处理器的情况下,仅结合EGR,氮氧化物(NO_x)和颗粒物(PM)的排放即可满足国V规定法规,但总碳氢化合物(THC)和一氧化碳(CO)排放高于法规限值;增加采用氧化催化转化器(DOC)或DOC+颗粒氧化催化转化器(POC)简单的后处理装置可以使电控单体泵DMDF发动机排放全面满足国V排放标准要求.其中,仅采用DOC的方式,THC和CO十三点加权比排放与后处理之前相比的降幅可分别达98.0%和99.8%,且分别仅为国V限值的35.2%和2.4%,采用DOC+POC的方式,HC和CO十三点比排放较原机的降幅分别达99.2%和99.9%,且分别仅为国V限值的13.5%和1.2%.