新型代用燃料的燃烧和排放特性分析

为了探究新型替代燃料生物柴油与F-T柴油的燃烧和排放性能,在增压中冷柴油机上进行了试验,并与0#柴油进行了对比。结果表明,在动力性方面：对比于0#柴油,F-T柴油和生物柴油的动力性能有所降低,但影响不大;在经济性方面：F-T柴油与0#柴油相差不大,而生物柴油燃油消耗率有所增加,经济性能略有降低;在排放特性方面,生物柴油与F-T柴油的NOx排放分别下降了5.4%和17%,碳烟排放平均下降了53.5%和12.7%,CO排放平均下降幅度分别为32.3%和30.1%;在燃烧特性方面：生物柴油和F-T柴油的累计放热百分比与柴油相当,同时缸内压力峰值明显低于0#柴油,且燃烧始点有所提前,说明发动机燃用0#柴油和F-T柴油可以显著降低柴油机工作粗暴的特性,从而减少发动机的振动和噪声。 关键词：柴油机、生物柴油、F-T柴油、燃烧、排放     

生物柴油-柴油混合燃料性能和排放的实验研究

实验研究了由地沟油甲酯化得到的生物柴油和柴油的混合燃料在单缸四冲程柴油机中的燃烧性能和尾气排放,生物柴油的添加体积分数分别为10%,20%和30%.结果表明,由于生物柴油热值较低,混合燃料的油耗率比纯柴油高出10%左右;NOX,CO和CO2的排放浓度随柴油机输出功率的增大而升高,随着生物柴油浓度的升高,NOX和CO2的排放浓度呈先上升后下降的趋势,而CO的排放浓度则逐渐降低至纯柴油的排放水平;尾气烟度随生物柴油浓度的增加而明显降低.     

生物油/生物柴油萃取液的燃料物性及发动机燃烧排放特性

为了提升生物油的品质以实现其在柴油机上的应用,采用生物柴油对生物油进行溶剂萃取提质处理,获得了上层萃取液,并对该萃取液的物性及其在柴油机中的燃烧与排放特性进行了研究。萃取液的热重和红外光谱分析表明:生物油中的醇类、醚类、酮类、羧酸类物质等易挥发的轻组分和少量的大分子化合物被提取至生物柴油中,形成了上层萃取液。测量萃取液的燃料物性发现:在30℃时,与生物柴油相比,萃取液的密度升高了0.9%,黏度降低了11.4%,表面张力降低了0.4%,萃取液作为车用燃料时其雾化和蒸发特性相较生物柴油有所提升。萃取液的燃烧与排放特性研究表明:与生物柴油相比,萃取液具有较长的滞燃期和预混燃烧期,具有较短的燃烧持续期和较高的瞬时放热率峰值;燃用萃取液时有效热效率降低了1.3%,但常规排放明显降低,HC、CO、NO_x和碳烟排放分别降低了20.3%、37.8%、8.7%和14.8%。研究结果表明:生物油/生物柴油萃取液的物性及其发动机性能接近甚至优于生物柴油,生物柴油萃取生物油的方法是实现生物油在柴油机上应用的较好选择。     

食用油下脚料制生物柴油混合燃料的发动机性能改善研究

在单缸直喷柴油机上燃用生物柴油混合燃料进行动力性与经济性、燃烧与排放特性试验。研究表明:与燃用纯生物柴油相比,发动机燃用生物柴油醇类混合燃料功率降低;有效燃油消耗率增加,有效能量消耗率降低;燃烧压力曲线后移,小负荷时峰值压力降低,中高负荷时峰值压力增加;CO与碳烟排放浓度降低(掺混甲醇效果更好)、HC排放略有增加但绝对值低、NOX排放基本保持不变。     

生物柴油对能源和环境影响的研究

基于美国能源部的生物柴油统计数据，利用生命循环分析法，对生物柴油从生产到消耗的生命循环中的能量消耗和产出、循环中的排放以及生物柴油汽车尾气排放等方面进行了分析。分析结果表明：生物柴油循环的石化能效比提高，大约是柴油的4倍；生物柴油循环中CO2排放降低，大约降低了78.4%；发动机排气管有害物质的排放中，除NOx排入增加8.89%外，CO、HC、PM等有害物质的排放大幅度降低。     

F-T柴油与生物柴油混合燃料的特性研究

针对目前柴油机替代燃料多为单一项,且替代燃料性能各有特点的状况,将F-T柴油和生物柴油掺混燃烧,通过试验研究,分析了0#柴油与3种混合柴油(B20F,B50F,B100)在2 400r/min不同负荷下的燃烧特性。结果表明,混合燃料随着生物柴油添加比例的增加,滞燃期变长,燃烧压力峰值、压力峰值相位、压力升高率峰值及放热率峰值均逐渐增大,但均比0#柴油低;且随着负荷的增加,燃烧压力、压力升高率和瞬时放热峰值均先增后减;混合燃料的碳烟排放明显降低,B50F和B80F的NOx排放与0#柴油接近,B20F的NOx排放比0#柴油降低了2.1%~16.7%。B20F是一个较好的混合比例,是一种较好的替代燃料。     

F-T柴油/乙醇混合燃料的燃烧及排放特性

在具有高十六烷值的F-T柴油中添加不同比例的乙醇燃料制得乙醇/F-T柴油混合燃料,通过与0#柴油和纯F-T柴油进行比较,研究其燃烧和排放特性。研究结果表明:与0#柴油相比,F-T柴油的滞燃期最短,混合燃料的滞燃期小于0#柴油、大于F-T柴油,且混合燃料乙醇比例越高,滞燃期越长;混合燃料燃烧始点提前,累计放热量达50%时的曲轴转角CA50增大,燃烧放热中心推迟,燃烧放热率第一峰值点下降,预混燃烧放热量降低,使燃烧温度降低,第二峰值点上升,扩散燃烧比重增大。在外特性2 000 r/min下,相比于0#柴油,混合燃料E10、E20的NO_x排放分别降低了24.9%和30.6%,碳烟排放分别降低了65.1%和76.2%,甲醛排放分别降低了67.7%和45.9%。     

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。     

柴油机燃用生物柴油燃烧与排放

研究了柴油机燃用0号柴油和生物柴油的燃烧放热规律．通过对燃烧特征参数的计算分析，发现生物柴油的燃烧始点有所提前，滞燃期缩短；燃烧初期放热尖峰出现时刻对应的曲轴转角有所提前，瞬时放热率峰值下降；燃烧持续期延长．同时还比较了柴油机燃用生物柴油和0号柴油的经济性和排放特性，发现燃油消耗率增加12％，而各种排放污染物除NOx略有上升外，CO、HC和颗粒物PM均显著下降．     

柴油-生物柴油混合燃烧对碳烟排放的影响

应用零维单区模型对柴油-生物柴油混合燃料在内燃机中的燃烧进行了数值模拟计算,从化学动力学角度,通过分析混合燃料在内燃机均质压燃边界条件下燃烧的关键中间产物和最终生成物的摩尔分数变化以及关键基元反应,总结出了生物柴油掺入柴油后燃烧对碳烟排放的影响.结果表明:生物柴油甲基酯团中的氧原子在燃烧反应过程中始终与燃料中的一个C原子相连,因此使可能生成(soot)的C原子减少,从而降低了混合燃料soot的排放.但生物柴油与其他有氧燃料相比,如乙醇,掺入柴油燃烧降低soot排放的效果要差,有氧燃料中含氧部分的化学结构的差异会对降低soot的排放产生不同效果的影响.     

地沟油生物柴油-柴油混合燃料燃烧特性和排放特性的试验研究

在不改变双缸直喷式柴油发动机任何结构参数的情况下,通过台架试验,研究了掺烧0%、10%、20%、30%、40%、50%地沟油生物柴油与柴油的混合燃料对发动机性能的影响。结果表明:在不调整柴油发动机结构参数的条件下,使用任意配比地沟油生物柴油-柴油混合燃料引起柴油机的最大输出功率均有所下降;燃油消耗率在小、中负荷时均明显高于柴油,在大负荷时与柴油接近;所有工况NOx排放增加,大掺烧比时NOx排放增加明显;排气烟度在任何负荷下均明显降低;CO排放量在小负荷工况时比柴油略高,在中、大负荷工况时比柴油明显降低;HC排放量在小、中负荷时比柴油高,在大负荷时比柴油低。综合考虑动力性和排放性,实际掺烧使用地沟油生物柴油时,其掺烧比以不超过30%为宜。     

柴油机同时降低碳烟与NOx的一种方法

通过试验研究了柴油与二甲氧基甲烷（DMM）的混合燃料及纯柴油在不同负荷条件下的碳烟和NOx的排放,同时研究了EGR对柴油机碳烟及NOx排放的影响．试验结果表明,柴油机碳烟排放随混合燃料中DMM含量的增加而降低,但NOx的排放有所增加;随着EGR率的增大．NOx的排放得到了很好的控制,但碳烟的排放有所恶化．运用DMM混合燃料同时控制EGR率在10％～15％左右时,可达到同时降低碳烟与NOx的目的．     

基于比功率与发动机功率的重型柴油车实际道路排特性研究

重型柴油车在实际道路上的污染物排放备受关注。利用便携式排放测试系统(PEMS)收集了重型柴油货车OBD数据和排放数据,引入重型车比功率(VSP)和发动机功率分别研究了其对柴油车排放的影响及二者间的关系。结果表明,96%以上行驶处于VSP区间[-10 10]kW.t-1,CO、NOx排放随VSP增大先升高后降低;CO2排放随VSP增大而增大。CO、NOx排放随发动机功率增大先升高后降低;CO2排放随发动机功率增大而增大。VSP大于0kW.t-1且发动机功率小于55kW时CO排放因子较高;VSP大于0kW.t-1且发动机功率小于55kW时NOx排放因子较高;随着VSP与发动机功率逐渐增大时CO2的排放因子逐渐增大。该研究成果为重型柴油汽车的排放控制提供了一定的技术参考。     

基于一种新型喷油系统的船用柴油机NO x 排放试验研究

为了探索采用改进的机械式喷油系统以较低的成本使大功率船用柴油机的NOx排放满足IMO TierⅡ法规的可能性,在一台6PC2-6/2L型柴油机上开展台架试验,验证了自行研发的新型喷油系统,即交叉喷孔油嘴和调压孔式喷油泵,对于降低船用柴油机NOx排放的效果.试验结果表明：交叉喷孔油嘴所产生的扇形喷雾在柴油机气缸的空间分布范围广,混合气更为稀薄,有利于抑制燃烧温度,从而降低NOx排放;将新型喷油系统应用于该柴油机使NOx排放率降低14.3%,同时制动油耗率降低1.5%.新型供油系统进一步优化有望使该柴油机的NOx排放满足IMO TierⅡ排放法规.     

双燃料发动机低温燃烧排放性能仿真

为缓解船用发动机NOx排放过高问题,提出柴油掺烧丁醇并结合EGR（exhaust gas recirculation）技术的试验方案。在4190ZLC-2型柴油机台架基础上,利用AVL_FIRE软件建立柴油-丁醇CFD模型。设置丁醇掺混比0%、10%、20%、30% 4组变量,EGR利用率0%、7.5%、10.0%、12.5%、15.0%、17.5% 6组变量,对发动机NO、碳烟（Soot）和CO生成及排放质量分数进行分析。结果表明:掺烧丁醇并结合EGR能够实现发动机的低温燃烧,减少CO和碳烟的生成,且显著降低NO排放。当丁醇掺混比为B20、EGR利用率12.5%组合时,NO排放比原机降低58.97%,Soot生成质量峰值比原机降低37.5%,CO排放比原机降低23.53%。研究结果可为船用柴油机采用柴油/丁醇/EGR低温燃烧提供一定的指导依据。     

柴油出租车燃用麻疯树制生物柴油的试验研究

对柴油出租车燃用生物柴油体积混合比例分别为10%(简称BD10)和5%(简称BD5)的石化柴油-麻疯树制生物柴油混合燃料及柴油(简称BD0)的经济性、排放性、可靠性等进行了试验研究.结果表明:柴油出租车燃用BD10,BD5的排放性能稳定,低于现行国Ⅱ标准规定的排放限值;与BD0比较,柴油出租车燃用BD10的百公里油耗略高,NOx+HC,NOx,CO及颗粒物排放分别降低5.3%,9.1%,15.9%,8.9%;燃用BD5的百公里油耗基本相当,NOx+HC,NOx,CO及颗粒物排放分别降低3.5%,4.9%,10.5%,3.6%,柴油出租车燃用BD10,BD5后,其喷油器头部积炭略有增加,但不影响柴油出租车的正常使用.     

天然气和生物柴油在气道和缸内喷射混合的燃烧特性分析

将某款柴油机改用进气道喷射天然气和缸内直喷生物柴油的混合燃烧方式,通过均匀设计的方式,综合运用二次多项式逐步回归法和综合加权评分值法,确定天然气和生物柴油的最佳掺烧比.通过GT-POWER仿真软件创建柴油机模型,分析在不同发动机转速下该柴油机的动力性、经济性和排放性.仿真结果表明:混合燃烧方式较原机的动力性和经济性略有下降;在中高转速时,混合燃烧方式的NO排放量低于原机,但CO排放量与原机相比基本保持不变.     

直喷式柴油机排放性能仿真研究

以直喷式柴油机燃烧过程现象学描述为基础,利用BOOST软件建立柴油机的准维多区现象学燃烧模型,对增压直喷式柴油机的排放特性进行仿真计算,其计算结果与实验数据取得了良好的一致性.利用三维仿真软件FIRE对其在标定工况下排放物的生成分布进行分析对比.讨论调整喷油始点对控制直喷式柴油机排放性能的影响.仿真结果表明,喷油始点提前越多,NOx生成增加,碳烟则有所减少.     

柴油机燃用生物柴油的特性

为了掌握柴油机燃用生物柴油时的性能变化，在四缸废气涡轮增压直喷式柴油机上燃用0^#柴油、脂肪酸甲酯和分别含有30％及50％（质量比）脂肪酸甲酯的混合柴油，在1800r／min和2200r／min全负荷工况下，进行了柴油机动力性、燃料经济性、HC、CO、NOx、排气烟度和自由加速工况下的排气烟度试验。通过对比发现，柴油机燃用含有脂肪酸甲酯的燃料对动力性、燃料经济性的影响较小，可以显著降低HC排放和排气烟度，但CO排放会略有增加，NOx排放则随燃料脂肪酸甲酯含量的提高有明显增加。研究表明，脂肪酸甲酯可作为柴油机的替代燃料，值得推广应用。