PODE掺混比对高压共轨柴油机颗粒物物理特性的影响

针对增压中冷高压共轨柴油机燃用不同聚甲氧基二甲醚(PODE)掺混比(10%、20%和30%,体积分数)的PODE/柴油混合燃料的颗粒物排放进行了实验研究。分析了PODE掺混比对柴油机NO_x和烟度排放以及颗粒粒径分布的影响规律,并采用热重分析法与热解动力学方法研究了颗粒物氧化特性与热解反应活化能。实验结果表明:在柴油中掺混PODE能够降低烟度排放,且下降幅度随着PODE掺混比增加更明显,但在中高负荷时NO_x排放略有增加;随着PODE掺混比增加,颗粒总数量浓度下降,粒径分布曲线向小粒径方向移动,核态颗粒所占比例增加,积聚态颗粒所占比例降低,颗粒的数量浓度峰值、表面积浓度峰值和体积浓度峰值均减小;在柴油中掺混PODE燃烧颗粒中可溶性有机物(SOF)组分含量增加,碳烟颗粒质量损失率峰值增加,质量损失率峰值所对应温度降低,颗粒热解反应活化能有所减小,颗粒更易被氧化。     

喷油参数对聚甲氧基二甲醚/柴油发动机燃烧及其颗粒物排放的影响

在电控共轨高速柴油机试验台上,对比研究了分别以纯柴油和聚甲氧基二甲醚(PODE)/柴油(φ_(PODE)=20%)为燃料时,喷射压力、预喷相位和主喷相位等喷油参数对发动机燃烧及其颗粒物排放特性的影响.结果表明:当喷射压力增大时,预喷燃料放热相位提前,预喷燃烧放热率幅值降低,主喷放热相位提前,最高爆压升高,积聚模态颗粒物排放显著降低,柴油发动机在小负荷下的核模态颗粒物排放大幅升高;当预喷相位提前时,预喷放热相位略微提前且峰值下降,引起小负荷工况下的主喷放热相位延迟,燃烧放热率峰值显著增大,缸压降低,增加了柴油发动机的核模态颗粒物排放而降低了积聚模态颗粒物的排放,且受发动机负荷影响明显;当主喷相位提前时,缸压峰值增大、放热相位提前,使得低负荷下的颗粒物排放升高,高负荷下的颗粒物排放降低;掺混PODE燃料后,柴油发动机的核模态颗粒物排放增大的趋势得到有效抑制.     

柴油机燃用柴油/乙醇混合燃料的颗粒排放特性

车用柴油机燃用柴油/乙醇混合燃料进行试验,采用DMS500快速响应颗粒分析仪进行颗粒物浓度和粒径分布测试,分析乙醇掺混比例、发动机运行工况对颗粒物粒径分布、质量浓度和几何平均直径的影响.研究表明:柴油/乙醇排放的颗粒物呈核态、积聚态双峰对数分布;随掺醇比的增加,小负荷下核态颗粒物数浓度明显降低,中、大负荷下积聚态颗粒物数浓度明显降低,核态颗粒物比例有所增加,颗粒粒径向小粒径方向移动;柴油/乙醇排放颗粒质量浓度普遍低于柴油,颗粒物排放主要集中在积聚态颗粒物;乙醇的掺混能有效降低颗粒物几何平均直径,随掺醇比的增加,颗粒物的几何平均直径呈下降趋势.     

聚甲氧基二甲醚及其高比例掺混柴油混合燃料发动机燃烧与排放的试验研究

为研究聚甲氧基二甲醚(PODE)及其高比例掺混柴油混合燃料对发动机燃烧与排放的影响,在一台高压油泵柱塞直径加大的云内动力2102QB柴油机上开展了柴油、PODE及30%、50%质量比掺混柴油混合燃料的燃烧与排放试验研究。发动机燃用纯PODE时排气无烟,相对于柴油,其有效热效率最高提升9.67%,并使总未燃碳氢(THC)和CO排放分别降低了50%及60%,而NOx排放增加不超过10%,因此PODE可以单独作为柴油的替代燃料。30%、50%掺混时发动机经济性略有提升,同时排气烟度及CO、THC排放均有较大幅度的改善。缸压分析燃烧过程显示,柴油中添加PODE后燃烧性能改善,滞燃期和燃烧持续期略微缩短,发动机的有效热效率提高。研究结果还表明,PODE与柴油按质量比30%掺混,可以显著降低排气烟度和有害气体排放,而不需要改变发动机的燃油供给系统。     

掺混比对正丁醇—柴油混合燃料性能影响的研究

为了研究正丁醇—柴油混合燃料对柴油机性能的影响,在一台单缸风冷柴油机上进行了正丁醇—柴油混合燃料的试验研究。试验分别选择了6种不同掺混比(B5,B10,B15,B20,B30,B40)的正丁醇—柴油混合燃料进行动力性、排放性和燃油经济性的对比分析。结果显示,三种转速下,B5~B30范围内,随着正丁醇掺混比的增加,缸内平均压力和燃烧放热率峰值逐渐升高,且放热率峰值后移。额定工况(3 600 r/min,100%负荷)下,B40混合燃油缸内平均压力峰值低于纯柴油,柴油机功率下降。随着掺混比的增加,小负荷(10%和25%负荷)时,NO排放略有降低,幅度为3.71%~11.6%。大负荷(75%和100%负荷)时,NO排放随掺混比增加逐渐增多。额定工况时,B40的NO排放相对纯柴油升高14.1%,B30升高11.3%。所有工况下,碳烟排放随掺混比增加都有一定程度降低。大负荷高转速(3 600 r/min)时,碳烟排放降低最为明显。额定工况下,B40的碳烟降低达50.9%,B30降低43%。B0~B30范围内,燃油消耗率相对纯柴油变化不明显,B40时显著上升。从动力性,排放性及燃油经济性三方面综合考虑,B30为最优方案。     

EGR率对混合燃料燃烧与排放特性的影响研究

为进一步研究EGR率和正戊醇/柴油/PODE_(3-4)混合燃料对柴油机低温燃烧和排放特性的影响,实现更高效、清洁的燃烧。在一台四缸增压柴油机上进行了不同EGR率(5%、10%、15%、20%、25%)下三种燃料燃烧与排放特性的研究。试验的三种燃料分别为纯柴油(记为D100)、体积比为80%的D100和20%的PODE_(3-4)掺混(记为DP20)、体积比为80%的DP20和20%的正戊醇掺混(记为DPPt20)。试验结果表明:在相同的EGR率下,与D100相比,DP20的缸压和放热率峰值增加,滞燃期缩短,热效率提高。DP20与正戊醇混合后,滞燃期延长,热效率降低;增大EGR率,三种燃料的缸压和放热率峰值下降,着火延迟,热效率降低。当EGR率低于15%,随着EGR率的增加,Soot、CO、HC排放以及总颗粒物质量浓度略微增加,而NO_x排放大幅降低。当EGR率高于15%,随着EGR率的增加,三种燃料的Soot、CO、HC排放以及总颗粒物质量浓度急剧上升。     

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。     

柴油机燃用F-T柴油/聚甲氧基二甲醚混合燃料的排放性能

为研究F-T柴油/聚甲氧基二甲醚(PODE)混合燃料的排放性能,以增压中冷柴油机作为试验发动机,以不同掺混比例的F-T柴油/PODE混合燃料、0#柴油和F-T柴油作为研究燃料,对发动机的排放物进行对比研究。结果表明:常规排放物中,混合燃料的NO_x排放与其他对比燃料基本相同,但对CO和碳烟的排放较0#柴油有显著的改善效果,且改善效果与PODE的掺混比例呈负相关。非常规排放物中,混合燃料对抑制甲醛的排放并无明显效果;但是可有效降低SO_2的排放,可见该混合燃料具有较好的排放性能。     

生物柴油发动机燃烧特性与超细颗粒物排放特性

为了研究柴油机燃用生物柴油的超细颗粒物排放,在一台高压共轨柴油机上进行了试验研究,利用缸压传感器、电荷放大器和燃烧分析仪组成的动态燃烧测试系统测录缸内压力,并计算瞬时燃烧放热率;利用SMPS-3936气溶胶粒径谱仪测录超细颗粒物排放数浓度及粒径分布。研究结果表明:与柴油相比,1 400r/min、平均有效压力pme≤0.48 MPa时,生物柴油峰值燃烧压力基本相当,二次喷射导致峰值放热率增加,1 400r/min、pme0.48MPa时,生物柴油峰值燃烧压力、峰值放热率均较低;在全负荷范围内,生物柴油的快速燃烧期基本相当或略有延长,但后燃期大幅度缩短,因此生物柴油燃烧持续期明显缩短,放热更加集中;1 400r/min、pme≤0.48 MPa时,生物柴油有效热效率降低,1 400r/min、pme0.48MPa时,生物柴油有效热效率提高,且提高幅度随负荷的增加而增加。与柴油相比,1 400r/min、pme=0.16MPa时,生物柴油超细颗粒物排放数浓度略高,1 400r/min、pme≥0.32MPa时,生物柴油超细颗粒物排放数浓度明显降低;在全负荷范围内,生物柴油超细颗粒物排放数浓度及体积浓度中值直径、平均直径、几何平均直径均明显降低。应用生物柴油对降低柴油机超细颗粒物排放具有重要意义。     

直喷式柴油机燃用生物柴油的性能与排放

为了研究生物柴油在柴油机上的应用,在一台四缸涡轮增压直喷式柴油机上进行不同掺混比生物柴油与柴油混合燃料的性能对比试验,分析了在不同转速和负荷下柴油机燃用不同掺混比混合燃料的动力性、经济性和排放特性。研究结果表明:生物柴油与柴油相比,在2 200 r/min负荷特性下,有效能耗率减少,NOx排放增加较多,中小负荷碳烟排放基本相同,大负荷碳烟排放明显降低,中小负荷HC排放明显降低,大负荷HC排放基本一致,CO排放基本不变;在外特性下,功率略有增加,HC排放和碳烟排放均有所降低,CO排放和NOx排放增加。     

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。     

掺混PODE对增压中冷柴油机燃烧和排放性能的影响

在一台电控共轨增压中冷柴油发动机台架上,燃用纯柴油以及柴油中分别掺混10%、20%、30%(体积比)聚甲氧基二甲醚(PODE)的混合燃料,研究了PODE对柴油发动机燃烧排放特性以及燃油经济性的影响.结果表明PODE的掺混显著影响发动机的燃烧特性:除低速大负荷工况外,PODE的掺入明显降低了预喷放热率,改善了主喷燃料的雾化性能,加大了主喷前缸内的活化成分比例,提升了主喷期间压力升高率和燃烧放热率,提高了缸内燃烧温度,缩短了燃烧持续期.在研究范围内,PODE掺混比越大,缸内燃烧最高温度越高,主喷燃料燃烧速度越快,燃烧持续期越短.排放研究结果表明,随着PODE的掺入,发动机的NO_x排放明显上升,HC排放略有下降,CO排放变化不大.PODE的掺入能明显改善发动机的燃油经济性.     

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.     

柴油-丁醇复合喷油燃烧模式的排放研究

在试验柴油机上进行了柴油缸内直喷结合丁醇气道喷射的复合喷油燃烧试验,分别研究了转速1 400 r/min和1 900 r/min、平均指示压力0.5 MPa和1.0 MPa 4个工况下丁醇气道喷射比例对复合喷油燃烧排放特性的影响.结果表明,丁醇比例是柴油-丁醇复合喷油燃烧过程的重要控制参数.随丁醇比例的增大,碳烟排放降低,氮氧化物排放轻微增加,HC和CO排放显著增加.与柴油-丁醇混合燃料直喷燃烧模式相比,相对低的指示热效率和高的HC排放是柴油-丁醇复合喷油燃烧面临的主要问题,因而需要对丁醇气道喷射策略进行进一步的优化.     

柴油/乙醇混合燃料的性质及其对发动机性能的影响

研究了不同掺混比例的柴油/乙醇混合燃料的主要理化特性,并结合发动机台架实验考察该混合燃料对发动机性能的影响.实验结果表明,随着乙醇掺混比例的增加,混合燃料的低热值、十六烷值、粘度逐渐降低;混合燃料的低温蒸馏特性较强;助溶剂可有效解决乙醇柴油的相溶问题.发动机实验结果表明,随着乙醇掺混比例的增加,发动机动力性呈现下降趋势;CO、碳烟排放逐渐改善,NOx、HC排放逐渐恶化;燃料的能量消耗率在外特性和负荷特性高负荷工况下逐渐改善,在中小负荷工况恶化.     

喷油策略对高压共轨柴油机性能的影响

为实现通过优化喷油控制参数提高共轨柴油机性能的目的,在云内动力电控高压共轨柴油机上研究了不同的喷油策略对柴油机的性能影响。柴油机运行在转速为2 000r/min,负荷为-50%的典型工况下,使用Fischer-Tropsch(F-T)煤制油作为柴油机燃料。结果表明:喷油压力由62.8MPa增大至143.8MPa时,燃烧提前7°、滞燃期缩短30.2%,缸压和放热增多,碳烟颗粒物(SOOT)排放降低94.5%,NO_x排放升高16.2%,CO与碳氢化合物(HC)排放分别下降6.7mg/m~3和7.8mg/m~3;推迟喷油导致燃烧推后、滞燃期延长,缸内压力下降,NO_x排放量减少,SOOT,CO和HC排放增多。喷油压力和主喷正时是影响柴油机性能的关键因素,在优化喷油规律时应作为主要因素进行考虑。该工况下,喷油参数的最佳组合为喷油压力103.2 MPa,预喷正时上止点前(BTDC)曲轴转角为15.5°,主喷正时上止点前(BTDC)曲轴转角为8.1°.     

正戊醇/F-T柴油混合燃料排放与颗粒特性研究

为了研究正戊醇/Fischer-Tropsch(简称F-T)柴油混合燃料对柴油机性能的影响,在186FA单缸风冷柴油机上分别燃用0#柴油、F-T柴油及在F-T柴油中添加体积比分别为5%、10%和20%的三种正戊醇/F-T柴油混合燃料PE5、PE10和PE20,分析其燃油经济性、常规排放气体和碳烟颗粒石墨化程度。结果表明:(1)与0#柴油相比,燃用F-T柴油后有效燃油消耗率与CO、HC、NO_X和碳烟排放均降低。3 600 r/min、10%负荷时,油耗降低3.6%;额定工况(3 600 r/min,100%负荷)时,CO、HC、NO_X和碳烟的排放降幅分别为48.1%、76.9%、33.0%和27.3%。(2)与F-T柴油相比,正戊醇/F-T柴油混合燃料随着正戊醇掺混比的增加,有效燃油消耗率上升,3 600 r/min、10%负荷时,PE5、PE10和PE20油耗分别增加了1.2%、8.9%和16.1%;CO排放在小负荷(10%和25%负荷)时增加,增幅为37.8%~134.0%,全负荷(100%负荷)时降低,降幅为8.6%~30.2%;HC排放增加,在所有工况点,增幅为14.3%~183.3%;碳烟排放降低,在所有工况点,降幅为5.7%~45.7%;NO_X排放在所有工况点均降低,降幅为2.9%~32.4%。(3)同一工况下,五种试验燃料产生的碳烟颗粒石墨化程度由高到低依次为F-T柴油PE5PE10PE200#柴油,并且随负荷的增大各燃料颗粒石墨化程度均加强。表明正戊醇/F-T柴油混合燃料在F-T柴油的基础上,可有效降低碳烟排放,并可同时减少NO_X排放,解决了柴油机碳烟和NO_X排放之间"此起彼伏"的关系,而且油耗并无明显的增加,因此正戊醇/F-T柴油混合燃料具有一定的推广价值。     

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。     

喷射策略和运行工况对直喷汽油机微粒排放的影响

应用DMS500型快速颗粒分析仪对一台自然吸气缸内直喷汽油发动机排放的颗粒物粒径分布进行试验研究,考察了运行工况(负荷、冷却水温和点火时刻)以及喷油策略(喷油时刻、喷油压力)对颗粒物粒径分布特性及其微粒数量的影响规律,并分析了不同工况下颗粒物的氧化活化能.结果表明:缸内直喷汽油发动机排放的颗粒物粒径呈现出双峰变化特征,在30℃水温时,低负荷下以生成积聚模态颗粒物为主,高负荷下以生成核模态颗粒物为主;较低的冷却水温会增加排放的颗粒物数量;点火时刻的推迟能够减少颗粒物的生成;在不同负荷的喷油时刻都存在一个最佳的颗粒物排放点;喷油压力越高,生成的颗粒物数量越少,核模态颗粒物的比例越高;随着负荷增加和冷却水温降低,颗粒物的起燃温度升高,颗粒物的氧化活性降低.     

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。