甲醇替代率对两段喷射F-T柴油/甲醇双燃料发动机排放的影响

以一台高压共轨柴油机为基础,在进气歧管处加装甲醇喷射系统,同时缸内两段直喷(预喷+主喷)煤制费托合成柴油(F-T柴油),搭建F-T柴油/甲醇(F/M)双燃料发动机试验台架,在转速为2 000 r/min,负荷为25%,50%,75%和100%的工况下分别探究甲醇替代率对发动机排放性能的影响,同时为实现F-T柴油/甲醇反应活性控制压燃模式探寻理论基础。研究结果表明:在中高负荷下,F/M双燃料发动机的燃油经济性较好;与单燃料压燃模式相比,F/M双燃料燃烧模式的HC,CO,Soot,甲醇和甲醛排放量均有所增加,且随着甲醇替代率的增大而增加,随着负荷的升高而下降;CO_(2),NO_(x)和NO的排放量随着甲醇替代率的增大而减小,随着负荷的升高而增加;NO_(2)的排放量随着甲醇替代率和负荷的增大而增加。

预喷油量对甲醇-柴油双燃料发动机燃烧特性影响试验

【目的】通过一台高压共轨直列四缸柴油发动机改造的甲醇-柴油双燃料发动机进行试验,研究预喷油量对甲醇-柴油发动机燃烧特性的影响。【方法】选取1800r/min,30%和70%负荷,20%~40%掺烧比工况,调节不同预喷油量,采集各个仪器的实时数据,分析缸内平均压力、压力升高率、瞬时放热率、滞燃期和平均温度随预喷油量的变化。【结果】30%负荷,CCR超过30%,预喷量增大,主喷滞燃期延长,主喷燃烧阶段前期受柴油雾场燃烧主导,此负荷下引入预喷能有效改善发动机工作噪声,但预喷量的影响不高;70%负荷,CCR超过30%,预喷量的增大,主喷滞燃期明显缩短,主喷燃烧阶段前期受甲醇-空气均质压燃主导。【结论】30%和70%负荷,大掺烧比的工况尽量不采用预喷或采用较小的预喷柴油量来降低NOx的排放。

甲醇替代率对甲醇/柴油双直喷发动机性能的影响

为了实现甲醇/柴油双燃料发动机的高热效率和低排放,在一台单缸柴油机上搭建了独立的双直喷系统,开展了甲醇/柴油双直喷发动机运行范围的试验研究。结果表明:在低负荷率工况下,随着甲醇替代率的增加,发动机热效率降低;在中、高负荷率工况下,甲醇的加入有利于提高发动机热效率。在负荷率为79.5%、甲醇替代率为52.4%的工况下,发动机指示热效率达到最大值(43.4%)。同时,随着甲醇替代率的增加,发动机NOx和碳烟排放降低,而HC和CO排放呈现出增加的趋势。此外,在全负荷工况下,探究了最大甲醇替代率及其对发动机热效率的影响,发现双直喷发动机的最大甲醇替代率可以达到96.0%。随着甲醇替代率的增加,发动机指示热效率呈现出先提高后降低的趋势,最高指示热效率发生在甲醇替代率为50.0%的工况下。该研究结果可为甲醇/柴油双直喷发动机性能和排放特性的进一步优化提供试验和数据支持。

甲醇喷射正时对柴油/甲醇双燃料HCCI发动机燃烧及排放特性的影响研究

文章利用CFD仿真软件Converge研究了甲醇喷射正时对柴油/甲醇双燃料HCCI发动机燃烧和排放特性的影响。研究结果表明:随着甲醇喷射正时提前,缸内混合气质量提高,缸压峰值和压力升高率均升高,缸内温度分布更加均匀;当甲醇喷射正时提前角度较小时,缸内混合气存在明显的浓度梯度,使得燃烧始点前移;随着甲醇喷射正时提前,SOOT,HC和CO的排放量显著减少,当甲醇喷射正时为150℃A BTDC时,HC排放量最低;甲醇喷射正时的提前也减弱了甲醇汽化潜热对缸内温度的影响,导致NOx排放量升高。

喷油策略对甲醇/PODEn双燃料压燃燃烧特性的影响

为提高直喷柴油发动机的缸内燃烧效率,降低污染物的排放,研究了不同喷油策略下的甲醇/PODEn混合燃料燃烧、排放特性。基于计算流体动力学(CFD)和仿真分析软件Converge,对某款预混压燃燃烧(PCCI)的直喷柴油发动机进行三维建模;在发动机转速为1200 r/min,在进气压力100kPa、进气温度340.6 K的低负荷初始工况下,进行了仿真计算。结果表明:采用单次喷油时,提前喷油能够大幅提升缸压峰值和比放热峰值,使燃油利用率增加,且主要污染物显著减少;但过早喷油,反应速率加快,污染排放增多。采用2次喷油时,随着预喷时刻的提前,预喷、主喷的正时间隔变长,缸压曲线变化不大;比放热曲线出现2个峰值,峰值略微降低,且喷射时刻(曲轴转角,CA)提前;与各自的质量排放峰值比较,碳烟(Soot)、氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)的质量排放,分别降低了6.89%、5.41%、23.31%;优化后的预喷、主喷的CA为-27°、-22°。

甲醇替代率对柴油机能量流影响分析

为深入理解预混甲醇/柴油双燃料发动机能量流分布,基于Converge软件构建了甲醇/柴油双燃料全气道发动机三维仿真模型,进行了不同甲醇替代率下柴油机的能量流平衡分析。结果表明:随着甲醇替代率增大,缸压峰值和放热率峰值增大,燃烧重心提前,燃烧持续期缩短。添加甲醇后,NOx、CO和Soot呈现下降趋势,但在喷油时刻附近会增加局部HC生成量。相比纯柴油机,添加甲醇后指示功、进排气以及传热部分的能量减少,杂项的占比不断升高。

DMCC技术在高速船用柴油机上的应用研究

为使船舶柴油机能够燃用低燃点的甲醇燃料,本研究在一台高压共轨涡轮增压高速四冲程柴油机的进气道安装一套甲醇喷射系统,通过甲醇电控单元(ECU)与柴油ECU协同工作,实现了船用发动机柴油/甲醇双燃料燃烧(DMCC)。试验结果表明:改装后的发动机可以用双燃料模式工作,其燃烧相位都较纯柴油模式时有所提前,主放热时刻更接近上止点,并且最大缸压、放热率峰值和最高压升率都高于纯柴油模式。双燃料模式(加装DOC)时可以满足国Ⅰ排放标准,CO、HC和NOx加权排放均低于纯柴油模式,PM排放与纯柴油模式相当。主要工况的甲醇对柴油的替代率都超过40%,最高达到55%,仅有满负荷工况受最大缸压限制而使替代率为30%左右。

柴油引燃甲醇双燃料发动机滞燃期的研究

在一台TY1100直喷柴油机进气管上安装一套电控甲醇低压喷射装置,进行了柴油引燃甲醇双燃料发动机着火滞燃期的试验研究.结果表明:随着甲醇质量分数的增加,双燃料发动机压缩过程多变指数呈线性减小,着火滞燃期延长;与原柴油机相比,发动机燃用双燃料后,在转速为1600 r/min、全负荷、甲醇质量分数为62%时,着火滞燃期最大延长约1.5°;提高进气温度,着火滞燃期缩短,进气温度从20℃增加到40℃再到60℃时,对着火滞燃期的影响逐渐增强;发动机的转速升高,在所有试验工况下,以时间计的着火滞燃期缩短;引燃柴油供油定时提前,着火滞燃期延长.

甲醇/柴油双燃料发动机工作区域的试验研究

在TY1100单缸柴油机的进气管上安装了电控甲醇喷射装置,采用柴油引燃甲醇双燃料工作模式,开展了甲醇/柴油双燃料发动机工作区域的试验研究。结果表明:双燃料发动机存在由熄火界限、工作粗暴界限和碳烟排放界限三者组成的工作区域。在此区域内,甲醇/柴油双燃料发动机的万有特性曲线中最经济区域位于发动机中高转速和中高负荷区,且随着引燃柴油量的增加向发动机高转速区域移动。随着甲醇质量分数的增加,发动机NOx和碳烟排放可以同步降低。

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.

柴油/甲醇双燃料发动机各缸燃烧均匀性研究

在一台四缸增压中冷柴油机上,进行了柴油/甲醇双燃料燃烧各缸差异性和峰值压力循环变动的研究.结果表明,甲醇替代率的升高使发动机不均匀度增加.小负荷时,各缸峰值压力循环变动趋势不一致;大负荷时,各缸峰值压力循环变动升高.以甲醇替代率控制在40%,以内为宜;进气温度的升高造成发动机峰值压力增大,同时各缸甲醇的分配差异增加,发动机各缸燃烧不均匀度增大,考虑各项因素的影响,进气温度控制在35~80,℃为宜;增大转速有助于减小发动机不均匀度,且各缸峰值压力循环变动基本保持不变,可以在高转速下适当提高甲醇的替代率,以获得更高的经济效益.

基于爆震的甲醇-柴油双燃料发动机掺烧比边界研究

【目的】以一台电控共轨六缸柴油机改造的发动机为试验对象,以发生爆震为限制条件,研究甲醇-柴油双燃料燃烧下的掺烧比边界.【方法】通过对滞燃期变化的分析,发现甲醇-空气预混气发生均质压燃是甲醇-柴油双燃料燃烧爆震的重要诱因;利用回归分析,发现进气压力、排气温度及甲醇-空气预混气浓度对掺烧比边界有显著性影响.【结果】以边界掺烧比为因变量,得到排气温度及甲醇-空气预混气过量空气系数为自变量的线性模型,边界掺烧比=-0.1×排气温度-4.48×空气与甲醇预混气过量空气系数+101.897.【结论】甲醇-柴油双燃料发动机可利用排气温度、空气与甲醇预混气过量空气系数两个参数预测最大掺烧比,以实现掺烧比随工况的实时调整.

预喷正时对甲醇-柴油双燃料发动机超细颗粒物和NO_(x)排放的影响

为探究预喷正时对甲醇-柴油双燃料发动机超细颗粒物和NOx排放的影响,通过优化甲醇-柴油双燃料技术,以减少污染物排放。将一台电控共轨柴油机改造的双燃料发动机作为试验对象,在1800 r/min,30%、70%负荷,10%~40%掺烧比下,调整预喷正时,以对放热率、缸内平均温度、数浓度、平均粒径等指标进行计算和归纳。结果表明:相比单次喷射,预喷射可明显改变燃烧过程,放热过程更平缓;大负荷掺烧比30%~40%时,预喷引起放热双峰更明显;随预喷正时提前,预喷引发的第一阶段放热越来越少;预喷柴油策略可提高缸内温度。除小负荷掺烧比30%~40%工况,预喷射可使超细颗粒物数量增多、平均粒径增大,且提前预喷正时可降低50%颗粒物数量。预喷射会提高NOx排放,但提前预喷正时可降低NOx排放,除小负荷10%~30%掺烧比,NOx排放均高于单次喷射。

重型柴油机进气预混甲醇实现国Ⅳ排放标准研究

在一台6缸重型柴油机上,进行了进气预混甲醇/柴油双燃料(PMDDF)燃烧、结合氧化催化转换器(DOC)和微粒氧化催化转换器(POC)实现国Ⅳ排放标准的研究。同时还对进气预混甲醇对发动机燃烧过程以及燃油经济性的影响进行了研究。结果表明:在发动机动力性保持不变的情况下,按照排放法规的检测方法,采用PMDDF模式,仅使用DOC+POC可以使原机的排放从国Ⅲ提升到国Ⅳ水平,且综合当量燃油消耗率相比原机基本不变。研究中还发现,随着甲醇替代率的增加,PMDDF模式的着火滞燃期延长,燃烧持续期缩短。在大负荷时,PMDDF模式的当量比油耗低于原机,而小负荷时略高于原机。

混燃甲醇和乙醇改善柴油机碳烟排放

以柴油机为基础 ,以乙醇或甲醇作为预混合燃料 ,与喷入的柴油组成部分预混的复合燃烧 ,大幅度降低了发动机排气烟度 ,同时使氮氧化物排放得到一定改善 ,发动机的燃油消耗率优于原柴油机 ,而HC排放 ,尤其是在低负荷时有所增加 ,甲醇比乙醇具有降低烟度效果更好、氮氧化物降低更多和HC及CO排放增加较少的优越性 .

柴油机用双燃料法燃用甲醇的燃料控制系统的研究

介绍了柴油机用双燃料法燃用甲醇的燃料控制系统的研究结果。试验结果表明:这种新的燃料控制系统具有结构简单、操作方便的特点,并可使发动机获得满意的性能。在标定负荷时,发动机燃用甲醇量最大可达甲醇、柴油消耗量的80％以上(按重量计),有效热效率最高值为38.3％,比燃用纯柴油时提高了6.1％。

柴油甲醇双燃料发动机进气均匀性优化

针对某四缸柴油甲醇双燃料发动机进气均匀性较差的问题,采用GT-power软件构建了柴油甲醇双燃料发动机仿真模型,分析进气总管、进气歧管的结构参数以及进气正时对进气均匀性的影响程度。以进气总管直径、进气歧管长度、2、3缸的进气歧管直径以及进气正时为优化变量,以降低进气不均匀度为设计目标建立响应面模型,并结合多岛遗传算法进行优化。优化结果表明:减小进气总管直径和进气歧管长度以及进气正时,增加2、3缸的进气歧管直径几何参数,改善了进气歧管内空气和甲醇的流动质量,使发动机的进气不均匀度由原机的10.35%降低到2.19%。

引燃柴油量对甲醇/柴油双燃料发动机性能和排放的影响

在一台TY1100型直喷柴油机上,开展了引燃柴油量对柴油引燃甲醇双燃料发动机性能和排放影响的研究。试验结果表明:引燃柴油比例为28.9%~48.2%时,发动机可获得较好的动力性,甲醇质量掺比可达73.3%~83.2%。与原柴油机相比,双燃料发动机的碳烟排放大幅度下降,NOx排放降低,而HC和CO排放增加。高负荷时发动机有效热效率增加而CO排放基本相当。在同一引燃柴油量下,HC排放呈先增加后减少的趋势,增加引燃柴油量,可以提高发动机低负荷时的有效热效率和降低HC排放,但在全负荷时,会导致NOx排放增加。

废气再循环对高比例甲醇双燃料柴油机燃烧过程的影响

在4B26增压柴油机上,以进气管电控喷射的方式掺入甲醇,实现甲醇/柴油双燃料的燃烧。采用废气再循环技术拓宽高比例甲醇双燃料柴油机的工况范围,研究EGR对燃烧过程的影响规律。结果表明:适当的EGR率可以显著降低燃烧初期时的燃烧反应速度和加速度,缸内燃烧压力振荡明显减弱。随着EGR率的增加,甲醇/柴油预混合燃烧量减少,滞燃期缩短,燃烧持续期延长,燃烧最高温度降低;原甲醇/柴油双燃料燃烧放热以预混放热为主;引入EGR后,预混放热量减少,扩散放热量增加。随着EGR率的增加,放热率峰值降低;在相同工况下,保持掺混48%甲醇不变时,甲醇/柴油双燃料发动机的指示热效率随EGR率的增加而降低。

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。