柴油/甲醇组合燃烧发动机的燃烧特性与排放

对一台高速直喷式柴油机采用柴油/甲醇组合燃烧方式及其纯柴油燃烧方式的燃烧特性进行了研究.其结果表明,采用柴油/甲醇组合燃烧的发动机,燃烧始点晚于采用纯柴油时的燃烧起点,但是燃烧速度快,气缸峰值压力比燃烧纯柴油时高;与纯柴油的双峰放热规律不同,组合燃烧的放热率曲线呈单峰形;组合燃烧的最高燃烧温度比燃烧纯柴油时有所降低.进而从燃烧理论上解释了采用组合燃烧可以同时降低碳烟和NOx排放的原因.

发动机采用柴油／甲醇组合燃烧的性能研究

分别在增压和自然吸气式高速直喷柴油机上采用柴油／甲醇组合燃烧方式进行研究。试验结果表明,采用组合燃烧后发动机和纯柴油燃烧发动机相比,尾气中NOx和碳烟排放显著减少,消耗燃料的比能耗降低,组合燃烧用燃料的使用经济性优于原机;仅未燃碳氢和一氧化碳较原机有所增加,但是由于排气温度高于催化转换器起燃温度,可以通过催化转换器将其转化。

柴油/甲醇的组合燃烧对废气涡轮增压柴油机排放的影响研究

研究了在4102型废气涡轮增压柴油发动机上采用柴油/甲醇组合燃烧方式后对发动机各种排放的影响。试验结果表明,在比油耗降低的同时,碳烟、NOx 和CO2 的排放量也得到减少;虽然HC和CO排放有所升高,但是由于排气温度始终高于400 ℃,可以通过催化转换器将其转化。

柴油/甲醇组合燃烧增压共轨发动机的燃烧特性和排放特性

在增压共轨发动机上采用柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)方式进行燃烧特性分析和排放特性分析.对DMCC模式下放热率、缸内压力变化和p-V图的分析表明,DMCC模式具有吸热汽化、推迟着火时间、提高定容燃烧度、降低排气温度等优点,从而大幅度提高了燃料的燃烧效率.对M100(纯甲醇)和M90(含水10%的甲醇)的排放量进行检测,表明M90比M100更能降低甲醛、NOx、HC和CO排放.

柴油/甲醇组合燃烧尾气中甲醛排放特性研究

在一台经过改装的压燃式组合燃烧发动机上,采用柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)模式进行了台架试验,利用气相色谱分析技术检测了发动机在1800 r/min时尾气中甲醛的排放特性,研究了不同负荷、不同喷醇量对尾气中甲醛排放量的影响,同时研究了催化转化器对甲醛的转化效果。试验结果表明:在压燃式发动机上采用DMCC模式,低负荷运行时,尾气中甲醛含量随喷醇量的增大而增加,在甲醇对柴油的替代率为45%时,甲醛排放量达到170×10-6(体积分数);在中、高负荷运行时,甲醛排放量随喷醇量的变化趋势不是特别明显,在90×10-6以内。催化转化器对甲醛的转化效率与排气温度关系密切,当排气温度在290℃以下时,催化转化器可以有效降低甲醛排放量;当温度高于300℃时,催化后尾气中的甲醛排放量反而增加。

柴油/甲醇组合发动机燃烧压力特性研究

采用柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)方式对增压共轨发动机进行缸内燃烧压力特性研究。对比分析了DMCC模式和纯柴油模式下的缸内燃烧压力、压力升高率、最高燃烧压力和燃烧放热率。结果表明:DMCC模式大大改变了放热率的形式,使得着火始点较原机推迟很多;并且燃烧过程中的预混燃烧比例明显加大,扩散燃烧的比例减少。该研究结果为大幅度提高柴油机效率、减少有害气体排放提供了理论依据。

柴油机清洁燃用甲醇的组合燃烧法

提出了柴油机燃用甲醇的组合燃烧法,即在容易产生醛类有害排放的低负荷工况采用柴油,而中大负荷工况采用柴油和甲醇共燃的方式,达到柴油机清洁燃用甲醇的目的。试验结果表明,采用组合燃烧方式,不仅在燃烧甲醇时避免了醛类排放高的问题,而且使柴油机的碳烟和NOx排放大为降低。

应用柴油/甲醇组合燃烧降低增压中冷发动机排放

在增压中冷发动机上采用柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)方式进行排放特性的试验研究。结果表明:采用DMCC方式,增压中冷发动机的NOx和碳烟及微粒排放同时较大幅度下降,但HC和CO排放增加较多。加装氧化催化转化器后,HC和CO得到了大幅度的降低,微粒(PM)也进一步减少。按照国Ⅲ规定的检测方法,该机的NOx由6.49 g/(kW.h)降到4.33 g/(kW.h),微粒由0.11 g/(kW.h)降到0.05 g/(kW.h),HC由0.49 g/(kW.h)降到0.04 g/(kW.h),CO基本保持不变,使发动机仍在采用原有的泵管嘴燃油喷射系统的情况下,排放品质由国Ⅱ提升至国Ⅲ水平,测试结果显示了该方法具有进一步减少有害排放的潜力,而其燃料经济性与原机相当。

柴油-甲醇组合燃烧电控系统的控制策略

介绍了柴油-甲醇组合燃烧发动机的控制策略,阐述了电控单元如何采用MAP插值运算方法对甲醇喷射量进行精确控制.通过台架试验和整车道路试验对控制策略进行了验证.道路试验结果表明,组合燃烧甲醇对柴油替换比仅为1.67,替代率达到了36%,整车燃油经济性得到了大幅度的提高.同时,整车的动力性也有一定提高.

柴油/甲醇组合燃烧尾气中甲醛的检测

利用气相色谱分析技术检测了柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)尾气中的非常规排放物——甲醛.通过对不同采样方法和采样条件的比较,设计了采样系统,确定了用吸收液吸收的方法采集尾气中的甲醛.利用尾气中的甲醛与2,4-二硝基苯肼(DNPH)酸性饱和溶液反应生成甲醛腙的特性,通过检测甲醛腙的浓度来检测尾气中的甲醛含量.应用本方法检测一台采用DMCC燃烧模式的发动机尾气,结果表明,该方法可准确测量其尾气中的甲醛浓度.检测数据显示,当发动机运行DMCC燃烧模式时,相同转速下同一负荷时喷醇量越大,尾气中甲醛浓度越多;在相同的甲醇对柴油的替代率条件下,负荷越低尾气中甲醛浓度越高.

柴油/含水甲醇组合燃烧对柴油机性能的影响

为研究粗甲醇对柴油/甲醇组合燃烧发动机性能的影响,在纯甲醇中掺入100/0的水以模拟粗甲醇,通过进气管喷射甲醇以形成均匀预混和气,进入气缸由柴油引燃的组合燃烧方式进行了试验,并与燃用纯甲醇进行了对比.结果表明,组合燃烧含水100/0的甲醇对发动机性能的影响与组合燃烧纯甲醇的效果相差不多,但前者使用经济性较好.说明采用组合燃烧方式后,发动机对醇类燃料的适用性较强,这种方式可为柴油机燃用甲醇提供了一种技术途径.

固定柴油引燃量时不同甲醇替代率对DMCC发动机着火与燃烧特性的影响

为了使柴油甲醇组合燃烧(DMCC)发动机能够最大限度提高甲醇替代率以更好地满足应用要求,在一台电控单体泵的增压中冷柴油机上研究了固定柴油引燃油量同时通过改变甲醇喷射量来满足发动机对中低负荷响应需求,探究了该条件下柴油引燃甲醇混合气的双燃料的着火与燃烧特性。结果显示:在引燃柴油不变情况下,为了满足负荷的需要而增加甲醇混合气浓度时,双燃料燃烧时的缸内压力和压力升高率先缓慢上升而后急剧增加,燃烧放热规律从只有预混的单峰燃烧逐渐过渡到双峰燃烧,然后又变回到单峰。放热率的预混燃烧峰值随甲醇量的增加先增加而后趋缓,并且高于纯柴油模式,到了最大替代率时放热率几乎成为全预混燃烧。双燃料燃烧的着火滞燃期和燃烧持续期随着负荷增加呈现先延长后缩短的趋势;虽然双燃料模式滞燃期明显长于纯柴油模式,但是其放热中点明显早于纯柴油模式。

柴油/甲醇组合燃烧发动机的温度特性研究

在一台增压共轨发动机上采用柴油/甲醇组合燃烧(diesel/methanol compound combustion mode,DMCC)方式进行了温度特性研究。对DMCC模式下缸内燃烧温度、缸内燃烧最高温度、进气温度和排气温度与纯柴油模式进行对比分析,结果表明:DMCC模式下的进气温度比原机模式平均下降80%以上,同时也降低了缸内高温持续时间和缸内最高燃烧温度。

柴油/甲醇组合燃烧发动机的微粒排放及催化转化特性

在一台改造的自然吸气高速柴油机稳态工况下,试验分析了柴油/甲醇组合燃烧模式对发动机的燃烧特性、烟度、微粒(PM)质量排放、微粒中可溶性有机物(SOF)、微粒的数量浓度和尺寸分布的影响。同时,对微粒的氧化行为进行了观察。结果表明,柴油甲醇组合燃烧使得发动机烟度、微粒质量和数量排放大幅降低但是增加微粒中SOF的比例。经过催化转化后,烟度、微粒的质量排放和数量排放量进一步降低,微粒中SOF的比例亦降低,微粒的几何平均直径(GMD)略有所增加。

提高柴油/甲醇组合燃烧尾气排放质量的研究

对原机、柴油/甲醇组合燃烧,以及带氧化催化转化器的柴油/甲醇组合燃烧3种情况下的尾气排放进行了比较和研究.针对柴油/甲醇组合燃烧可以使NOx、烟度大幅度下降,但同时PM、CO和HC的排放浓度与原机相比反而增加的现状,通过加装氧化催化转化器,对废气进行处理后,发现HC、CO和PM排放明显减少.与原机相比,不仅可以实现大幅度降低NOx,而且PM排放也有较大幅度下降.采用透射电子显微镜观察发现,与原机相比,柴油/甲醇组合燃烧的PM排放中干炭烟(DS)减少,但是可溶有机物(SOF)增加.经过氧化催化转化器处理后,尾气的PM中大量SOF和HC化合物被消除,致使PM的质量明显减少.

柴油/甲醇组合燃烧增压中冷发动机的甲醛及常规排放特性

为了研究柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)方式对发动机排放性能的影响,在增压中冷发动机上采用DMCC方式,对甲醛排放特性进行研究,另外在DMCC模式下对加装氧化催化转换器前后常规排放进行对比.结果表明:在各负荷下,甲醛排放均随着甲醇喷射量的增加而升高;在甲醇喷射量不变的情况下,甲醛排放随着负荷的增加明显降低.增压中冷发动机的NOx和碳烟及微粒排放同时大幅度下降,但HC和CO排放增加较多.加装氧化催化转化器后,HC和CO排放得到了大幅度降低,微粒排放也进一步减少.

柴油/甲醇组合燃烧在增压柴油机上的应用

在4102增压柴油机上采用柴油/甲醇组合燃烧方式(在柴油机的一部分工况采用现有的扩散燃烧方式,另一部分工况采用柴油引燃醇燃料均质混合气的组合燃烧方式)进行试验;试验结果表明,采用组合燃烧后柴油机的NOx排放和燃料的消耗率较原机有显著减少。

柴油-甲醇组合燃烧碳烟排放模型

采用柴油-甲醇组合燃烧模式可以大幅度降低柴油机碳烟排放.由于组合燃烧模式碳烟排放机理与传统柴油机不同,因此对采用组合燃烧的柴油机进行性能预测,需要建立新的碳烟排放模型.在试验研究的基础上对广安博之的两步碳烟排放模型进行修正,提出了一个新的碳烟生成模型.该模型考虑到了甲醇对碳烟生成的影响.模拟结果与试验结果对比分析表明,该模型计算结果与实测结果一致性良好,能够用来预测柴油-甲醇组合燃烧发动机的碳烟排放.

不同喷射方式对柴油/甲醇组合燃烧尾气中甲醛排放的影响

在一台经过改装的压燃式柴油机上进行了柴油/甲醇组合燃烧试验,对比了甲醇的不同喷射方式(顺序喷射与连续喷射)对组合燃烧尾气中甲醛排放的影响.试验结果表明,顺序喷射方式下尾气中的甲醛浓度要低于连续喷射尾气中的结果,在低负荷工况时,顺序喷射最大降低量达32%,在中高负荷工况下,两种喷射方式的甲醛排放相差不大.对比甲醇对柴油相同替代率时,两种喷射方式均表现在低负荷时的甲醛排放最多,而且甲醛排放差值也较大.此外,试验结果还表明,顺序喷射的燃料经济性要优于连续喷射.

应用柴油/甲醇组合燃烧降低增压发动机排放的研究

在4102增压发动机上采用柴油/甲醇组合燃烧方式进行试验研究.结果表明,采用组合燃烧后增压发动机的NOx和碳烟排放较原机有显著减少.但是,HC和CO较原机有所增加,由于排气温度高于400℃,可以通过催化转化器将其消除.