混合草酸酯与柴油共混燃料燃烧及排放特性的试验研究

为了缓解柴油机燃用化石燃料带来的不可再生能源消耗及环境污染问题,本文开发了一种可用于柴油机共混燃烧的新型含氧燃料——混合草酸酯(mMAO)。以TBD234V6型船用柴油机为研究对象,分别配置mMAO体积分数为0%、10%、20%和30%的mMAO/柴油共混燃料,探究共混燃料在不同运行特性下对船用柴油机燃烧及排放特性的影响。试验结果表明:在不同运行特性下,mMAO掺混后改善了燃料的雾化质量,燃烧速度提高,缸内燃烧更充分,使柴油机的缸内最高燃烧压力有不同程度的升高。与纯柴油相比,共混燃料燃烧还可以改善柴油机的经济性。以100%负荷工况为例,相较于M_(0),共混燃料中的M_(20)的缸压峰值略有升高,碳烟和CO排放分别降低了51.22%和25.07%,NO_(x)和HC排放分别增加了5.65%和35.95%;综合考虑柴油机的燃烧、经济及排放性能,M_(20)可以作为该负荷下的最佳掺混比。该研究为mMAO作为柴油替代燃料在船舶发动机领域的推广应用潜力的评估提供了理论依据。

柴油机燃用乙醇柴油燃料的燃烧与排放特性

对燃用多种比例乙醇柴油的柴油机燃烧与排放特性进行了试验研究。测试了 5 %～ 2 5 %乙醇柴油燃料以及柴油和乙醇的基本物理性质 ,在ZS1 1 0 0柴油机上对各种比例的乙醇柴油测试了发动机在主要工况下的性能与排放特性 ,并用光学可视化方法研究了柴油、1 5 %乙醇柴油、1 5 %乙醇柴油加十六烷值改进剂的燃烧过程。

柴油和碳酸二甲脂混合燃料对柴油机性能的影响

碳酸二甲酯(DMC)具有含氧量高、沸点低、与柴油互溶性好等特点,适合作为柴油机的燃料添加剂。在轻型直喷式柴油机上对柴油机燃用柴油和碳酸二甲脂混合燃料后,柴油机的燃烧特性、传热特性、排放特性进行了研究。结果表明:燃用柴油和碳酸二甲酯混合燃料后,柴油机的碳烟排放大幅度下降,缸内辐射传热量减少,热效率提高。

柴油机燃用柴油/二甲氧基甲烷混合燃料的性能与排放研究

开展了柴油机燃用柴油/二甲氧基甲烷混合燃料的性能与排放研究。研究结果表明,随着燃料中二甲氧基甲烷掺混比例的增加,有效燃油消耗率有所增加,但折算成当量柴油的有效燃油消耗率降低,有效热效率增加。在同一工况下,发动机排气碳烟随二甲氧基甲烷的加入而降低,NOx则无明显的上升;CO排放也随着二甲氧基甲烷的增加而降低。

柴油机燃用F-T柴油与0号柴油混合燃料时的性能与排放

开展了直喷式柴油机燃用F-T柴油与0号柴油混合燃料时性能与排放的研究,试验用燃料为0号柴油、含25%和50%F-T柴油的混合燃料以及100%F-T柴油。结果表明,在相同工况下,随着混合燃料中F-T柴油比例的增加,滞燃期缩短,预混燃烧放热峰值降低,扩散燃烧放热峰值增大,最高燃烧压力略微降低,发动机的燃油消耗率和有效热效率得到改善。在负荷特性上,发动机的CO_2、HC、CO、NO_x和碳烟排放随着F-T柴油的加入而降低,其中CO和碳烟在中高负荷时降低幅度最为显著。当F-T柴油掺混比例由0增至25%时,碳烟排放降低效果最为明显,此后随着F-T柴油的继续增加,碳烟排放降低幅度减少。

EGR率对燃用生物柴油的重型柴油机排放特性影响

研究了EGR率对燃用生物柴油的重型柴油机排放特性影响,并用气相色谱-质谱仪分析了燃用柴油和生物柴油时的SOF成份的差异。研究结果表明:燃用生物柴油结合EGR技术可以同时大幅度降低PM和NOx排放,未出现一般柴油机中NOx和PM之间此消彼长的关系;生物柴油同柴油的SOF组分无本质区别,主要成分均为烷烃,但生物柴油SOF中的酯类物质多一些。为进一步降低碳烟,在生物柴油的基础上配制了一种含氧混合燃料,结合采用EGR技术,在不使用排气后处理装置的情况下达到了我国重型柴油车第Ⅳ阶段排放法规的要求。

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。

柴油-丙烷发动机不同喷油提前角时的燃烧和排放特性

在一台单缸直喷式柴油机上开展了不同喷油提前角下燃用柴油和柴油-丙烷混合燃料时的燃烧和排放特性研究.研究结果表明:柴油-丙烷混合燃料的燃烧与排放参数随喷油提前角的变化趋势与燃用纯柴油时基本相同;对于给定的平均有效压力,柴油-丙烷混合燃料的放热率峰值和NOx排放随喷油提前角的推迟而减小,而总燃烧持续期、CO、HC和碳烟排放随喷油提前角的推迟而增加;对于给定的平均有效压力和喷油提前角,放热率峰值和NOx排放随混合燃料中丙烷含量的增加而增大,而总燃烧持续期、CO、HC和碳烟排放随丙烷含量的增加而减小.

燃料特性对车用柴油机有害排放的影响

研究了车用柴油机燃用不同品质燃油时,其排气烟度、颗粒PM、氮氧化物NOx、碳氢HC和一氧化碳的排放特性,采用了五种不同硫含量、芳烃含量和十六烷值的柴油,进行了发动机台架实验和模拟整车NEDC循环实验。结果表明,随着燃油硫含量的减少,柴油机排气烟度、HC、CO、SO2排放有所下降;模拟整车NEDC循环的PM排放显著降低;NOx排放的变化幅度很小。随着燃油芳烃含量的降低,柴油机排气烟度、PM、NOx、HC、CO排放的降幅显著。随着燃油十六烷值的升高,柴油机的排气烟度大都呈持续下降趋势;PM、HC排放显著降低;NOx、CO排放的变化幅度较小。

一种新型含氧燃料燃烧与排放性能研究

开展了柴油机燃用柴油／乙二醇单丁醚混合燃料的燃烧与排放性能研究。试验结果表明：在柴油机中加入一定比例的乙二醇单丁醚（NBE），柴油机热效率得到明显提高，着火略有延迟，燃烧速度加快，燃烧持续期缩短。烟度和CO排放大幅度降低。加入159／5～25％NBE时，烟度下降43．9％～759／5，CO排放在高负荷下降46．5％～56％，HC排放也不同程度降低，NOx排放稍有下降。试验结果显示了柴油机燃用乙二醇单丁醚在降低排放方面的优越性。

乙二醇单丁醚-柴油混合燃料对柴油机燃烧和排放性能的影响

在一台TY1100轻型直喷式柴油机上研究了添加15%、25%(体积分数)的乙二醇单丁醚(NBE)的柴油混合燃料对柴油机在转速为1,400,r/min和2,000,r/min下燃烧和排放性能的影响.试验结果表明:NBE可与柴油实现良好的互溶;在不改变柴油机结构参数的条件下,燃用柴油-乙二醇单丁醚燃料时,着火略有延迟,燃烧速度加快;缸内最大压力下降,下降程度在低负荷时不显著,高负荷大,压力升高率有所推后且稍有增加;NBE有效热效率比柴油相对提高了1.2%～8.1%,且可以显著降低柴油机的碳烟排放和CO排放,烟度下降43%～75%,CO排放下降46%～56%.可使HC的排放有一定程度的降低,其排放规律具有波动性,NOx排放稍有下降.

新型复合含氧燃料对柴油机燃烧和排放特性的影响

分析了自行配制的新型复合含氧燃料FHYJ和F10(体积比例为10%的FHYJ和柴油的混合燃料)的理化特性,在车用BJ493Q柴油机上进行了燃用F10的试验,比较和分析了燃用柴油和F10时柴油机的动力性、经济性、燃烧特性和排放特性。结果表明:在柴油机不做任何改动的条件下,与原机相比较,燃用F10时动力性变化不大;能量消耗率略有改善,改善程度在低负荷时较中、高负荷大;缸内压力、压力升高率、放热率峰值略有下降,出现位置后移2°CA^4°CA左右;滞燃期和预混合燃烧期延长,扩散燃烧期和燃烧持续期缩短;碳烟排放显著降低,最大降幅达83.1%,CO和NOx排放略有改善,HC排放基本相同。

供油提前角对柴油/甲醇混合燃料燃烧排放性能的影响

添加助溶剂并使用超声波振动形成混合均匀的柴油/甲醇混合燃料,通过柴油机台架试验,分析供油提前角变化对柴油/甲醇混合燃料燃烧排放的影响。试验结果表明:供油提前角提前,柴油/甲醇混合燃料的有效燃油消耗率降低。随着供油提前角减小,混合燃料滞燃期缩短,供油提前角为21°CA时,混合燃料的燃烧持续期最短,增加或减少供油提前角都将延长燃烧持续期。供油提前角变化对柴油/甲醇混合燃料的排放有较大影响,推迟供油,混合燃料的烟度排放和CO排放增加,NOx排放与HC排放降低。

柴油机掺烧不同比例甲醇混合燃料的试验研究

对一台4102QB型直喷式柴油机分别燃用柴油及甲醇-柴油混合燃料时的动力性和排放特性进行了对比试验。试验结果表明,在柴油机参数和基本结构不作任何改动的情况下,随着混合燃料中甲醇添加比例的增加,柴油机的动力性有所下降,烟度和CO的排放量明显降低,HC和NOx的排放量有所增加,但变化幅度不大。

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。

喷油正时和压力对混合燃料燃烧影响的试验

在一台4缸柴油机上对比研究喷油策略对柴油/汽油/正丁醇混合燃料燃烧和排放特性的影响.试验中发动机转速固定为1,600,r/min,使用的4种燃料为纯柴油(D100)、柴油/汽油混合燃料(D70G,30)、柴油/正丁醇混合燃料(D70B30)和柴油/汽油/正丁醇混合燃料(D70B15G15).结果显示:与D100相比,3种混合燃料的soot排放大幅降低,其中D70B30最低.汽油或正丁醇的混入导致缸内压力峰值、放热率峰值和最大压力升高率(MPRR)增大,滞燃期延长,主燃烧放热时刻(CA,50)推迟,燃油经济性恶化.然而,CO排放升高,喷油时刻提前,可以明显削弱这一现象.D100与混合燃料的NOx排放之间基本没有差异.并且,混合燃料的soot排放对喷油策略的敏感程度远低于D100.但推迟喷油能够大幅度抵消掺混汽油或正丁醇所引起的MPRR升高趋势.此外,喷油压力对soot排放的影响大于喷油正时.

柴油/聚甲氧基二甲醚混合燃料的柴油机性能与排放试验

试验研究了燃用不同掺混比的聚甲氧基二甲醚PODE2-4混合燃料时柴油机的动力、经济和排放特性。试验在未经改动的R180柴油机上进行，转速1200、1600、2400r／min，负荷20％～100％，使用了3种混合燃料，添加PODE纠的体积百分比为5％、10％和20％。结果表明：随着PODE2。掺混比的增大，柴油机功率和转矩下降，燃油消耗率和热效率增加。当掺混比达20％时，柴油机外特性功率和转矩下降5．3％，有效燃油消耗率增加13．6％，有效热效率增加1．8％。在各种转速、负荷时，随着掺混比的增大，HC和CO排放下降，排气温度和NOx排放增加，消光系数明显下降。因此，在低比例掺混条件下，PODE州适合作为柴油的添加组分使用。

空燃比对柴油/丙烷混合燃料发动机燃烧和排放的影响

在单缸直喷式柴油机上,研究了燃用柴油和柴油/丙烷混合燃料时,空燃比对发动机燃烧和排放特性的影响。结果表明:发动机转速一定时,燃烧持续期随空燃比和丙烷比例的增加而缩短;缸内最高燃烧压力随空燃比的增大而减小,随丙烷比例的增加而增大;NOx和碳烟排放随空燃比的增大而降低,HC排放在小空燃比时随空燃比的减小而大幅度增加,而在大空燃比时随空燃比的增大而稍有增加;在小空燃比时CO排放随空燃比的减小而增加,在大空燃比时变化不大;燃用柴油/丙烷混合燃料可同时降低CO、HC和碳烟排放,但NOx排放增加。

燃料设计改善发动机燃烧和排放的研究(2)——对柴油机燃烧与排放影响的分析

根据本文第一部分提出的含氧燃料设计思想与方法,以碳酸二甲脂(DMC)为例,研究了较宽比例范围内的DMC柴油混合燃料对柴油机的燃烧与排放特性的影响。在一台高速柴油机上测量了各种混合燃料在最高转速下的负荷特性和速度特性,以及主要工况下的示功图,并对燃烧特性进行了分析。试验结果发现:在柴油中加入一定比例的DMC后,由于物性参数的变化和喷雾特性的改善,混合燃料能够改善柴油机的燃烧与排放———热效率得到明显的提高,尤其在低转速下改善显著;烟度和氮氧化物排放同时降低,外特性线上的一氧化碳降低,碳氢排放仍然很低。对燃烧特性的分析发现:DMC柴油混合燃料的着火延迟延长,燃烧速率加快,燃烧持续期缩短。

发动机燃用不同硫含量柴油的排放特性研究

研究了1台轻型柴油机燃用5种不同典型硫含量柴油时的排放特性。结果表明,随燃油硫含量的降低,柴油机颗粒质量和烟度排放均明显下降,低负荷下燃油硫含量对柴油机烟度值的影响较大,表明燃油硫含量对柴油机排气颗粒和烟度有直接影响。柴油机氮氧化物排放随燃油硫含量降低的变化很小,而一氧化碳和未燃碳氢排放则降幅明显。二氧化硫排放随柴油机负荷增加显著上升,随燃油硫含量降低而显著下降,表明了燃油硫含量与柴油机二氧化硫排放之间的高度相关性。