EGR技术对生物柴油混合燃料发动机性能的影响研究

为缓解柴油掺烧生物柴油导致的NO_(x)排放过高问题,将4190ZLC船用中速柴油机作为试验台架,通过AVL_FIRE软件建立燃烧室模型,并验证该模型准确性。设置生物柴油掺混比0~40%等4组变量,EGR率0~12.5%等4组变量,进行柴油机燃烧、性能和排放分析。结果表明,掺烧适量生物柴油能够降低柴油机缸内温度,降低Soot排放,但同时会导致NO_(x)排放明显升高;EGR的引入能够实现低温燃烧,显著降低NO_(x)排放,但EGR率过高会增加Soot排放。生物柴油掺混比B40、EGR率12.5%组合NO排放比原机降低47.7%,Soot排放质量分数比原机降低98.13%。本文结果将为柴油掺混生物柴油燃烧并结合EGR技术提供一定的研究方向。

掺混乙醇对菜籽油/柴油混合燃料燃烧及排放特性的影响

为改善发动机燃用高比例生物质混合燃料的性能,在中等比例的菜籽油/柴油混合物(VD50)中分别添加10%、20%和30%体积比的乙醇,在助溶剂的作用下制备了菜籽油/柴油/乙醇混合燃料(VD50E10、VD50E20和VD50E30),并对其主要性能进行测试。在1 800 r/min不同负荷条件下,研究乙醇掺混比对中等比例菜籽油/柴油混合燃料燃烧和排放特性的影响,并将其与柴油进行对比。结果表明,在低负荷时,随着乙醇掺混比的增加,混合燃料的燃烧开始时间延迟,缸内峰值压力和瞬时放热率峰值逐渐减小,其中VD50E30最小;在高负荷时,混合燃料的瞬时放热率峰值增加,VD50E30的缸内峰值压力略高于其他试验燃料,柴油的缸内峰值压力最小。随着乙醇体积分数的增加,混合燃料CO和HC的排放量增加,而碳烟和NOx的排放量减小。在某些负荷工况下,VD50E30的碳烟排放量甚至低于柴油。

不同配比乙醇柴油混合燃料的经济性和排放性

为了研究乙醇柴油混合燃料的经济性和排放性,该文在双缸直喷式柴油机和在用的柴油轿车上分别进行了发动机台架试验和整车底盘测功机试验。结果表明,在不调整柴油机条件下,使用乙醇柴油混合燃料能够在一定程度上改善发动机燃油经济性和降低排气烟度和NOX排放,但HC排放增加。适当减小供油提前角有利于改善乙醇柴油混合燃料发动机经济性和排放特性。对于试验车辆,燃用E10有利于降低汽车在中、高速时的等速工况燃料消耗量和常温下冷起动后PM、NOX排放量。该研究结果对于改善乙醇柴油混合燃料的燃油经济性和排放性具有实用价值。

乙醇柴油混合燃料的制备工艺和废气的排放特性

为降低柴油机排放对环境造成的污染 ,用乙醇部分替代柴油 ,探索了乙醇柴油混合燃料的制备方法 ,研究了掺混乙醇及助溶剂对柴油机排放的影响 .结果表明 :无水乙醇可以和柴油以任意比例混溶 ,但痕量水 ( 0 2 %)的添加即导致混合物分层 ,合成的有机助溶剂可保证乙醇 柴油 痕量水体系的稳定性 .基于台架实验 ,考察了掺混1 0 %、2 0 %、3 0 %乙醇对燃料排放性能的影响 .乙醇的最佳掺混比为 2 0 %.在额定工况点 (功率为 1 3kW ,转速为1 5 40r/min)时 ,掺混 2 0 %乙醇的混合燃料可降低烟度 5 5 %,降低HC排放 70 %,降低CO排放 45 %.不添加助溶剂时 ,乙醇的掺混导致排放尾气中产生乙醇、微量乙醛等有机物 .而添加非金属离子助溶剂可使HC、乙醇。

乙醇-柴油混合燃料对柴油机性能及排放的影响

通过对乙醇含量分别为500、1000、1500和2000的混合燃料及纯柴油5种油品的对比实验,研究了燃用乙醇 柴油混合燃料时,柴油机燃油经济性、功率及排放特性的变化规律.实验结果表明,燃用乙醇 柴油混合燃料,柴油机的能量消耗率在乙醇含量为1500时最佳,功率有所下降,但由于乙醇添加量较小,总体来说对发动机性能影响不大.在排放特性方面,NOx的比排放量基本随着乙醇掺烧比例的增加而减少;HC、CO的比排放量基本上随着乙醇掺烧比例的增加而增加;随着乙醇掺入比例的增加,发动机的可见烟度和滤纸式烟度均有显著的降低,干碳烟(DS)的比排放量也呈下降趋势.

乙醇/柴油混合燃料的相溶性及对发动机性能影响的研究

利用助溶剂解决乙醇/柴油的相溶性问题,讨论了混合燃料中乙醇和助溶剂添加量对相溶性的影响,并使用助溶剂体积分数为1.5%、乙醇体积分数分别为5%、10%、15%的混合燃料及-20号纯柴油(分别表示为E5、E10、E15和E0)在发动机台架上进行了性能和排放试验。研究结果表明,柴油的烃组成是决定相分离温度的决定性因素;对全部测试油品,乙醇体积分数在10%、助溶剂添加体积分数为1.5%时,混合燃料相溶性较好。台架试验显示,随着混合燃料中乙醇掺烧比例的增加,发动机的燃油消耗率逐渐增加,而发动机的额定功率和最大扭矩逐渐降低,但最大扭矩降低的幅度较小;此外,随着乙醇掺烧比例的增加,CO比排放量减少,HC、NOx和PM的比排放量逐渐增加,但NOx和PM的比排放量增加幅度不大。10%体积分数的乙醇添加量是乙醇/柴油的最佳掺烧比。

汽/柴油混合燃料对柴油机燃烧与排放特性影响的试验研究

系统地研究了不同比例汽/柴油混合燃料对柴油机燃烧与排放特性的影响。研究结果表明:随着汽油比例的增加,滞燃期增长,燃烧持续期缩短,有利于燃烧等容度的提高,同时最大压力升高率也升高;随着汽油比例的增加,碳烟排放大幅度降低,NO排放有所升高,同时指示热效率基本保持不变;随着汽油比例的增加,发动机喷油时刻可变范围变窄。综合考虑燃烧噪声、热效率和排放,在转速1 400r/min、喷射压力80MPa工况下,最佳汽油掺混比例应控制在50%左右;在废气再循环条件下,与纯柴油相比,燃用汽/柴油混合燃料能够同时降低NO排放和烟度,在实现低温燃烧上具有优势。

柴油机供油提前角对乙醇/柴油混合燃料经济性的影响

该文对比分析了乙醇、柴油混合组成乙醇柴油混合燃料的方法,采用生物质作助溶剂配制了乙醇柴油混合燃料。在单缸柴油机上分别使用纯柴油和乙醇柴油混合燃料,进行了改变供油提前角对发动机燃料经济性影响的试验。结果表明:使用乙醇柴油混合燃料时,供油提前角的改变对燃料经济性的影响比较敏感,且相对使用纯柴油,适当减小供油提前角对提高燃料经济性有利。

压燃式发动机燃用汽油/柴油混合燃料瞬变工况下燃烧及微粒排放特性分析

针对压燃式发动机燃用汽油/柴油混合燃料稳态及瞬态工况下的燃烧及微粒排放粒度分布特征进行了试验研究,分析了汽油掺入比例及EGR对发动机稳态及不同瞬变率的恒转速增转矩瞬变工况超细微粒数量排放的影响规律.结果表明：在大负荷工况下采用高汽油掺入比例的汽油/柴油混合燃料能够在不引起NOx显著增加的前提下进一步降低排气烟度,有助于拓展预混合燃烧过程负荷工况范围;但较高汽油掺入比例易导致油气过度混合,对HC及CO排放有不利影响,尤其会导致小负荷工况下CO排放显著增加.综合考虑不同负荷工况下运行情况,认为汽油掺入比例在40%,～50%,左右较为适宜.燃用汽油/柴油混合燃料时排气颗粒物更趋于细化,其微粒几何平均粒径较柴油明显降低.瞬变工况增负荷过程中,各模态微粒数量浓度均有所升高,随汽油掺入比例增大积聚态微粒数量增加程度变缓,当汽油掺入比例达到50%,时,在高瞬变率工况时积聚态微粒数量无明显增加.高比例EGR条件下,瞬变过程中积聚态微粒数量浓度在增负荷初期便急剧增加,燃用汽油/柴油混合燃料有利于缓解瞬态工况积聚态微粒数量急剧增加的程度.

GTL/柴油混合燃料对直喷式柴油机排放特性的影响

应用自行开发的柴油机瞬态工况测控系统和微粒采集系统,试验研究了GTL/柴油混合燃料对小型直喷式柴油机稳态及恒转速增转矩瞬态工况下排放特性的影响规律。研究结果表明:与普通柴油相比,添加GTL燃料有利于降低柴油机排放,对消光烟度及微粒排放降低效果更明显。在稳态工况下,随GTL添加比例的增加,有害排放物均有所降低,当GTL添加比例超过20%后改善效果不明显。在恒转速增转矩瞬态工况下,当GTL添加比例小于20%时,NOx排放降低,PM排放变化不明显,当GTL添加比例增加到60%时,PM、DS排放显著降低,但NOx却有所升高。

生物柴油/柴油混合燃料喷雾特性

为了研究生物柴油及其与柴油混合燃料的雾化质量,在燃油雾化质量评价理论的基础上,采用高分辨率数码照相机对纯柴油、纯生物柴油以及两者混合燃料的喷雾特性进行了对比研究;计算分析了喷雾锥角、喷雾油滴的尺寸数目分布、尺寸累计体积分布、平均直径、特征直径和发散边界。结果表明:随着生物柴油掺混比的增大,喷雾锥角减小,喷雾油滴的平均直径增大,油滴尺寸数目分布曲线和累计体积分布曲线向大颗粒方向偏移,发散边界减小;大颗粒油滴数目增多和油滴的发散程度缩小,说明混合燃料中生物柴油的掺混比越大,雾化质量越差。

喷油定时对汽/柴油混合燃料燃烧影响的可视化研究

通过一台光学发动机,利用高速摄影技术,对纯柴油和汽油体积掺混比为60%汽/柴油混合燃料(G 60)在不同喷油定时下进行了燃烧特性试验.结果表明:G 0和G 60燃料均呈单峰放热规律;与纯柴油相比,G 60燃料最高燃烧压力pmax对喷油定时变化更为敏感.随着喷油定时提前,纯柴油和G 60燃料的滞燃期呈线性增大,着火时刻逐渐提前,着火点分布于视窗边沿,G 60燃烧图像中高亮火焰面积逐渐减少,柴油扩散燃烧比例降低,累计放热量为5%(CA 5)至累计放热量为50%(CA 50)对应燃烧持续期逐渐缩短.相对于柴油,G 60燃料滞燃期延长,着火时刻滞后,在稀燃状况下,CA 5至CA 50的燃烧持续期延长.

DME／柴油混合燃料HCCI燃烧与排放特性的试验研究

在单缸柴油机上采用轴针式喷嘴进气道燃油喷射方式，开展了二甲醚（DME）／柴油混合燃料预混均质压燃（HCCI）燃烧及其排放特性的试验研究，探讨了喷油嘴启喷压力、进气温度以及进气掺混不同比例CO2对混合气制备率和发动机性能的影响。结果表明：低沸点液相DME在进气道喷射过程中所具有的闪急沸腾效应，可有效强化柴油／DME混合燃料的雾化与蒸发，减少燃油撞击壁面而出现的进气歧管壁湿现象，从而改善柴油HCCI发动机均质混合气的形成与燃烧，拓宽发动机的运行工况范围。进气掺混0～30％的CO2能使HCCI发动机的正常工作范围从0．32MPa提高到0．5MPa，实现高负荷工况下同时降低NOx和碳烟的排放，但CO和未燃HC排放有所增加。

供油提前角对LPG／柴油混合燃料发动机的影响

通过测试燃烧压力,计算瞬时燃烧放热率和燃烧循环变动率,研究供油提前角变化对液化石油气(LPG)/柴油混合料发动机燃烧特性和燃烧循环变动的影响。试验结果表明:供油提前角增大,最高燃烧压力和最大瞬时燃烧放热率增大,所对应的曲轴转角提前;随着供油提前角的增大,混合燃料的滞燃期延长;在较低转速时,供油提前角为22°CA BTDC时,混合燃料的燃烧持续期最短,在较高转速时,供油提前角对燃烧持续期的影响与发动机的负荷有关;供油提前角和负荷对混合燃料发动机最高燃烧压力循环变动率的影响没有明显的规律;转速增加,循环变动率略有增大。

废气再循环对丁醇/柴油混合燃料发动机的影响

对按特定比例混合制得的具有不同着火性的丁醇/柴油混合燃料的燃烧及排放特性进行了试验研究,分析了丁醇掺混比例、废气再循环量等参数对发动机燃烧和排放的影响规律。试验结果表明:随着丁醇比例的增大,发动机滞燃期延长,预混合燃烧量增大,燃烧定容性有所改善;混合燃料配合使用废气再循环能够实现NOx和烟度的同时降低,但在一定程度上会导致发动机的动力性和燃油经济性变差。通过合理调整燃烧相位与废气再循环(EGR)率的匹配关系,能够在较低的总体排放水平下,恢复因燃用醇类燃料造成的动力性损失,提高发动机效率及燃油经济性。

汽油／柴油混合燃料对压燃式发动机预混燃烧及排放的影响

对一台高压共轨增压中冷压燃式发动机燃用汽油/柴油混合燃料的预混合燃烧特性进行了试验研究,分析了汽油掺入比例、EGR以及喷油参数对发动机燃烧过程和排放的影响规律。结果表明:汽油/柴油混合燃料可有效延长燃烧过程的滞燃期,缩短燃烧持续期,有利于增大预混合燃烧量;提高汽油掺入比例,可有效拓展发动机实现预混压燃的负荷范围,能够在不引起NO_x增加的前提下显著降低排气烟度。采用汽油/柴油混合燃料配合EGR技术有利于同时降低NO_x及排气烟度,随着EGR的引入,NO_x排放呈线性下降趋势,且在低进气氧浓度条件下可实现较好的烟度排放。大负荷工况下,利用EGR和两段喷射协同控制策略,并合理匹配预喷参数,可在不降低热效率的情况下,进一步改善发动机的排放特性。

柴油机燃用生物质燃油—柴油混合燃料燃烧特性的研究

在测定生物质燃油物理性能的基础上,将生物质燃油和柴油做各种配比,最后筛选出了生物质燃油:柴油(体积比)=1∶9的混合燃料与纯柴油进行了台架对比试验.结果表明:在发动机结构不变的情况下,燃用混合燃料1和混合燃料2是可行的,与纯柴油相比节油效果显著,节油率可分别达11.7%和6.6%,并有效降低了柴油机的排放污染,CO2含量分别降低了7.1%和4.5%.

汽柴油混合燃料的混合比例对燃烧特性影响可视化研究

在一台电控高压共轨光学发动机上,利用高速摄影机和缸压数据采集系统,研究不同比例的汽柴油混合燃料缸内直喷对发动机燃烧特性的影响。研究结果表明:随着汽油比例的增加,汽柴油混合燃料的滞燃期和燃烧持续期增加,燃烧瞬时放热率、缸压峰值降低,峰值出现时刻均推迟,着火点亮度降低,着火点面积增大,燃烧火焰亮度降低,出现大范围蓝焰。

LPG/柴油混合燃料喷雾特性的试验研究

采用高速摄影技术,对液化石油气(LPG)、柴油以及两种LPG/柴油混合燃料(LPG质量分数分别为30%及50%)的喷雾特性进行了对比实验研究,探讨了混合燃料成分、启喷压力、喷孔直径和喷射背压等参数对喷雾贯穿和喷雾形状的影响规律.研究结果表明,在相同的喷射条件下,纯LPG的喷雾贯穿距离最短,蒸发气化速度最快;四种燃料喷雾的贯穿距离均随背压的升高而减少,而其喷雾锥角则随背压的升高而增大;当背压大于LPG的临界压力时,两种混合燃料的喷雾贯穿距离和喷雾锥角均随喷射压力的上升、喷孔直径的增大而增大;背压对贯穿距离、喷雾锥角的影响均大于启喷压力.

生物柴油/柴油混合燃料喷油提前角优化

为了得到使用生物柴油/柴油混合燃料的最佳喷油提前角,对不同角度混合燃料的燃烧和排放特性进行了研究。结果表明:喷油滞后(提前),燃烧压力、压力升高率与瞬时燃烧放热率降低(增加),曲线后移(前移)。NOx排放降低(增加),且随着负荷的增加,降低(增加)的幅度增大。原机条件下混合燃料烟度最低,喷油提前和滞后都会引起烟度的增加。喷油适当滞后(降低3°)可以在烟度增加不多的情况下有效控制生物柴油/柴油混合燃料的NOx排放,同时压力升高率的降低会使发动机工作更加柔和。