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。     

小型直喷柴油机燃用生物柴油的放热规律

利用发动机试验台架和燃烧分析仪,测录了燃烧压力随曲轴转角的变化关系,计算并对比分析了发动机燃用生物柴油和柴油时的燃烧放热规律.结果表明:与燃用柴油相比,生物柴油的最高燃烧压力和最大压力升高率在低速、小负荷时明显较高;在高速、小负荷时与柴油发动机的基本相同;在大负荷时低于柴油机的水平,对应的曲轴转角略有提前;生物柴油的瞬时燃烧放热率峰值随转速和负荷的变化趋势与最高燃烧压力基本相同,对应的曲轴转角提前2° CA～3° CA;生物柴油的燃烧始点比柴油早1° CA～2° CA,整个燃烧过程有所前移;生物柴油发动机在小负荷时工作粗暴,而在大负荷时工作柔和.     

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%。     

柴油机掺烧醇类燃料燃烧排放特性的试验研究

针对不同醇类组分对柴油机的实用性影响进行研究。在单缸柴油机上分别燃用纯柴油、乙醇柴油和正丁醇柴油三种燃料,并进行负荷特性的燃烧排放对比试验。结果表明,与纯柴油相比,正丁醇柴油和乙醇柴油的滞燃期延长0.1°～2°曲轴转角,最大放热率峰值升高最大可达36％,最大爆发压力推迟约0.4°～4°曲轴转角;中等转速1500 r/min时,正丁醇柴油和乙醇柴油的动力性优于纯柴油;高转速2000 r/min时,正丁醇柴油、乙醇柴油与纯柴油动力相当,正丁醇柴油的当量燃油消耗率与乙醇柴油、纯柴油相比分别减少约2.5％和4％。正丁醇柴油的NOx排放大多数工况下低于纯柴油约17％～39％,且降低效果较乙醇柴油更为明显,而乙醇柴油在标定转速中高负荷工况时NOx排放高于纯柴油;醇类柴油的碳烟排放比纯柴油降低,正丁醇柴油相对于乙醇柴油抑制碳烟生成的工况点更多,在标定点工况下正丁醇柴油比纯柴油的碳烟可降低62％。可见作为柴油机的替代燃料,在大多数工况下正丁醇柴油燃烧排放性能优于乙醇柴油。该研究为柴油机燃用正丁醇的推广提供了试验依据。     

柴油机燃用生物柴油的燃烧和排放性能研究

在186FA单缸小型柴油机上,研究了1 800,2 700,3 600r·min~(-1)条件下满负荷工况时,燃用纯柴油和B10调合生物柴油对柴油机燃烧和排放性能的影响.实验结果表明:满负荷工况下,燃用调合生物柴油的缸内压力峰值和压力升高率峰值均高于纯柴油,但放热率峰值低于纯柴油,各峰值所对应的曲轴转角相对上止点均提前;燃用调合生物柴油与纯柴油,发动机动力性基本一致;与纯柴油相比,燃用调合生物柴油的排放性能得到有效改善,CO、碳氢化合物(HC)和颗粒物的最大降幅分别为29.09%、30.43%和35.79%,但NO_x的排放量增加了4%~7%;燃用调合生物柴油的经济性得到一定程度的改善,有效热效率在3种实验工况下分别提高7.42%、6.72%和8.42%.     

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．     

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。     

加氢生物柴油-乙醇-柴油在高压共轨柴油机上的燃烧与排放特性

为了研究加氢生物柴油-乙醇-柴油三元燃料的燃烧和排放性能,配制加氢生物柴油-柴油二元燃料(PHC10、PHC20、PHC30)和加氢生物柴油-乙醇-柴油三元燃料(PHC5E5、PHC10E10、PHC15E15),选取1 800r/min时25%、50%、75%和100%负荷工况作为测试工况,在高压共轨四缸柴油机上对各混合燃料进行燃烧试验研究。试验结果表明:在100%负荷工况下,与柴油相比,二元燃料、三元燃料的着火时刻分别提前、滞后,这是加氢生物柴油和乙醇的不同十六烷值影响的结果;二元燃料的着火时刻提前,着火延迟期内形成的可燃混合气数量较少,而且加氢生物柴油的低热值较低、运动黏度较高,在主燃烧阶段内的最大缸压和放热率峰值均低于柴油;对于三元燃料,初期燃烧放热可以有效降低乙醇的汽化潜热带来的不利影响,而且乙醇挥发性能较好和氧含量较高,使得三元燃料在主燃烧阶段内的最大缸压和放热率峰值均大于柴油。三元燃料的HC和CO排放均高于二元燃料,二者的差异随着负荷的增大而减小;混合燃料的NOx排放受负荷影响较大,在25%和50%负荷工况下,三元燃料的NO_x排放低于二元燃料,而在75%和100%负荷工况下呈现相反的趋势;三元燃料的碳烟排放低于二元燃料。该研究可为加氢生物柴油-乙醇-柴油三元燃料在发动机上的应用提供基础数据。     

生物柴油-乙醇-水微乳化燃料的燃烧和排放特性

为了研究生物柴油-乙醇-水微乳化燃料在柴油机上的应用,在一台单缸直喷式柴油机上进行了燃烧特性和排放特性的对比试验,分别使用燃烧分析仪和排放分析仪,测录燃料的燃烧压力和排放浓度.研究结果表明:与生物柴油相比,随着乙醇和水的加入,微乳化燃料的压力曲线、压力升高率曲线以及放热率曲线明显后移;小负荷时,生物柴油-乙醇-水微乳化燃料峰值燃烧压力高,而峰值压力升高率和峰值瞬时燃烧放热率略低;大负荷时,微乳化燃料峰值燃烧压力、峰值压力升高率和峰值瞬时燃烧放热率均明显增加;微乳化燃料燃烧开始时放热明显滞后,燃烧结束时放热明显提前,微乳化燃料NOx和烟度排放降低.     

小型农用柴油机甲醇/生物柴油燃烧与排放模拟

针对甲醇/生物柴油在小型农用柴油机上的应用,采用3维CFD软件建立了186FA柴油机的缸内燃烧、排放仿真模型,通过对比排放污染物的试验值和计算值,验证了模型的正确性.对3 000 r·min-1,5.7 k W时,柴油机直接燃用生物柴油和生物柴油掺混15%甲醇形成的混合燃料的缸内燃烧和排放污染物进行了数值模拟.结果表明:与生物柴油相比,生物柴油掺混15%的甲醇,柴油机的滞燃期延长,放热始点对应的相位后移,缸内最大爆发压力降低不多,最大压力升高率和最大放热率略有升高;最高燃烧温度基本不变,温度场内的高温区域有所缩小;曲轴转角为370.0°~400.0°时,O2低浓度区域比燃用生物柴油时有所扩大,NOx和soot的平均体积分数同时降低.     

掺混聚甲氧基二甲醚对中国第六阶段标准柴油机燃烧与排放特性的影响

为研究高含氧、高十六烷值的新型替代燃料聚甲氧基二甲醚(PODEn)掺混柴油对中国第六阶段标准柴油机燃烧与排放特性的影响,在一台增压中冷高压共轨的潍柴动力WP12.460柴油机上开展了不同PODEn比例(体积分数分别为10%、20%、30%)PODEn/柴油混合燃料燃烧特性、燃油经济性及排放特性的试验研究。试验结果表明,随着PODEn掺混比例的增大,缸内最大爆发压力、缸内温度峰值及瞬时放热率峰值均逐渐降低,且各峰值对应相位逐渐前移;燃烧持续期缩短0.6°～2.1°(曲轴转角),放热更加集中,有效热效率最高可提升2.43%;有效燃油消耗率逐渐增加,但当量有效燃油消耗率逐渐降低,最大降幅为4.23%;NOx排放量略有升高,CO排放量、HC排放量和碳烟排放量均逐渐降低,其中CO排放量和碳烟排放量在高负荷工况下降低幅度较大,最高降幅分别为64.5%和75.8%。     

EGR率对正丁醇/柴油燃烧过程及排放的影响

采用不同EGR率,对柴油机燃用含正丁醇质量分数为10%的混合柴油(N10)进行了台架试验,研究了EGR率对燃用正丁醇/柴油的燃烧过程与排放的影响.结果表明:相同工况下,随着EGR率的增加,最大爆发压力下降,压力急剧升高点所对应的曲轴转角后移,主燃烧开始时刻和瞬时放热峰值也发生明显后移,滞燃期有所延长,放热峰值逐渐下降;柴油机HC,CO,碳烟排放随着EGR率的增加而有所升高,但碳烟排放仍低于柴油;NOx排放随着EGR率的增加而逐渐降低,且高负荷时,降低趋势更为明显,负荷为75%时,与EGR率为0相比,EGR率为10%时NOx排放降低了47.2%,EGR率为20%时NOx排放降低了86.3%.     

柴油机燃用柴油/乙醇混合燃料的燃烧特性

分析了柴油机燃用柴油/乙醇混合燃料的燃烧特性和放热规律,研究了相同十六烷值条件下混合燃料中含氧量对燃烧特性和放热过程的影响,为柴油机燃用含氧混合燃料提供理论指导和试验依据.研究结果表明:十六烷值改进剂(亚硝酸异戊酯)的体积分数为0.2%时,可使其着火性能与乙醇的体积分数减小10%时的水平相当.当保持十六烷值不变,混合燃料中氧的质量分数提高3.6%,扩散燃烧期和总燃期的曲轴转角平均缩短0.8°,中高负荷放热率曲线型心位置的曲轴转角向上止点平均靠近0.25°,可以认为,试验结果反映了混合燃料含氧量对燃烧的影响.     

生物柴油掺混比对发动机燃烧及颗粒物组分的影响

为了研究生物柴油对柴油机燃烧及颗粒物组分的影响,在一台四缸车用共轨柴油机上进行发动机燃用调合生物柴油的性能试验,利用燃烧分析仪分析生物柴油对发动机燃烧过程的影响,利用热重分析仪(TGA)研究颗粒物氧化特性,利用气相色谱/质谱联用仪(GC-MS)研究生物柴油对颗粒物SOF组分的影响。结果表明:随着生物柴油掺混比例的增加,发动机最大爆发压力增大,缸压曲线前移,预混燃烧放热率峰值减小,峰值对应的曲轴转角提前,B20放热率峰值对应的曲轴转角比B0提前2.8°CA,峰值减小19%。随着生物柴油掺混比例增加,颗粒物中H2O和可溶性有机物(SOF)的质量分数增加,碳烟(Soot)和无机盐的质量分数减小,并且颗粒物中SOF的组分酯类及酸类物质增加,烷烃类、芳香烃及酚类物质相应地减少。B0排放颗粒物中SOF的碳原子数主要在C12~C24之间,B20排放颗粒物中SOF碳原子数分布范围较为集中,主要在C15~C22之间。     

煤基醇类混合燃料柴油机的性能研究

在F-T柴油中添加10%体积比的甲醇、乙醇与丁醇燃料,研究不同的醇燃料对于发动机性能的影响。研究结果表明:相对于0#柴油,混合燃料燃烧始点提前,燃烧放热中心向后推迟,燃烧放热率第一峰值点降低,所在相位提前,预混合燃烧放热量降低,有利于降低燃烧过程的最高温度,实现低温燃烧;第二峰值点升高,扩散燃烧所占比重增加。相比于原机水平,混合燃料动力性能有10%左右的降低,燃油经济性能变化不大。在外特性2 000 r/min下,混合燃料M10、E10与N10的NOX排放分别降低23.19%、19.77%、18.67%。外特性下,碳烟排放分别平均降低80.40%、67.20%、71.47%。因此,煤基醇燃料能够实现NOX与碳烟排放的同时降低,并且相同体积的甲醇燃料对于柴油机排放的优化效果更加明显。     

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     

柴油射流控制柴油基燃料预混合气压缩着火相位的试验研究

为了实现对柴油机预混合压缩着火相位的主动控制,提出柴油射流控制柴油基燃料压缩着火方案,并在1台改造的单缸自然吸气186FA柴油机上进行可行性试验研究。研究结果表明:在50%负荷试验条件下,柴油射流可以有效控制预混合气的着火相位;随着柴油射流正时的推迟,10%和50%累积放热对应曲轴转角CA10和CA50均呈线性规律变化,氮氧化物排放明显降低,碳烟排放几乎为零;随着预喷正时的推迟,放热率呈现由单峰较慢放热至双峰放热至最后的单峰快速放热的变化规律,且碳氢化合物和一氧化碳排放逐渐降低;在单峰快速放热情况下,压力升高率最大;增加柴油射流量,燃烧过程减缓,且会扩大柴油的扩散燃烧比例,导致碳烟排放增加。     

柴油机燃用0#柴油、F-T柴油、生物柴油的燃烧和排放差异分析

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,说明发动机燃用生物柴油和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。     

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。     

基于BP神经网络双燃料发动机放热率计算与试验

利用BP神经网络理论,建立预测生物制气-柴油双燃料发动机放热规律的BP神经网络模型,经试验验证,预测模型误差在工程允许范围内,可以作为一种新型的预测双燃料发动机放热规律的方法.同时研究了双燃料发动机性能参数对放热规律的影响.结果表明,转速降低,燃烧始点相对提前,放热率峰值对应相位相对提前;转速不变负荷增加时,燃烧始点相对提前,引燃柴油的滞燃期缩短,最大放热率升高,对应的曲轴转角提前,但后燃现象严重.