柴油机燃烧甲醇—柴油混合燃料的试验研究

在２１３５Ｇ柴油机上，采用多孔喷油器的传统燃烧方式，分别对不同配比的甲醇柴油机械混合燃料进行了性能试验，取得了良好的经济性、动力性和排烟特性。分析了掺烧甲醇后柴油机的燃烧规律及影响燃烧过程和发动机性能的主要因素。     

十六烷值改进剂对柴油/甲醇混合燃料燃烧特性的影响

采用常规商业柴油、分析级无水甲醇和助溶剂配制了均匀混合的柴油／甲醇燃料，在TY1100单缸、水冷、直喷柴油机上对添加了十六烷值改进剂后的柴油/甲醇混合燃料的燃烧特性进行了试验研究，试验表明：与柴油相比，柴油／甲醇混合燃料燃烧的滞燃期延长，缸内最大气体压力增加；加入十六烷值改进剂后，柴油／甲醇混合燃料的滞燃期明显缩短，大负荷时的缸内最大气体压力减小。     

醇类汽油混合燃料发动机燃烧特性试验研究

在不改变汽油机参数的情况下,对汽油机燃用纯汽油和不同比例醇类汽油混合燃料的动力性、经济性和燃烧特性进行了对比试验研究.结果表明:与纯汽油相比,E10、M10的外特性输出功率和扭矩下降2%,M25下降7%;1800 r/min负荷特性下,E10、M10和M25的能耗率分别平均降低了3%、2.5%和5%;同一负荷工况下,E10、M10和M25的着火延迟期和燃烧持续期延长;同一负荷工况下,E10、M10和M25的缸内压力及其峰值降低且峰值推迟,E10和M25的缸内压力升高率降低,但M10的在低负荷时降低、中负荷时升高;同一负荷工况下,E10、M10和M25的缸内放热量及其峰值、瞬时缸内放热率峰值降低;同一负荷工况下,E10、M10和M25的燃烧循环变动程度增加.     

异丁醇汽油混合燃料发动机燃烧排放特性研究

将体积分数为10%、20%、30%、40%、50%的异丁醇与体积分数为90%、80%、70%、60%、50%的汽油混合组成5种异丁醇汽油混合燃料,结合纯汽油,在一台四缸汽油机上进行发动机燃烧排放的研究和对比.结果表明:汽油机燃用合适比例异丁醇汽油混合燃料的功率和扭矩与燃用纯汽油时基本相当;燃用混合燃料的燃油消耗率和等效燃油消耗率略有增加,能量消耗率多数转速下低于纯汽油;混合燃料的CO、THC和NO_x排放与燃用纯汽油时相比均有不同程度的降低,但混合燃料的CO_2排放和排烟温度有所增加.     

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。     

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.     

甲醇对甲醇汽油混合燃料发动机碳氢排放贡献率的定量研究

在一台JL368Q3型汽油机上,通过考察发动机燃用体积分数分别为10%、20%和85%的甲醇汽油混合燃料时甲醇和碳氢(HC)的排放特性,研究了甲醇和汽油各自的排放率随发动机排气温度的变化规律和甲醇掺混比的影响,以及甲醇对发动机碳氢排放的贡献率。试验结果表明:甲醇掺混比对甲醇排放率的影响不大,在各掺混比下,甲醇排放率均不超过8g/kg,且随发动机排气温度的升高呈现指数降低的趋势;汽油的碳氢排放率比甲醇排放率高一个数量级,甲醇体积分数为10%时发动机的碳氢排放率在中高负荷时最低,约为40g/kg;在各甲醇掺混比下,汽油均是发动机碳氢排放的主要来源,甲醇对发动机碳氢排放的贡献率不超过8%。     

不同燃料对压燃发动机燃烧及关键组分的影响

采用计算流体动力学(CFD)模拟技术研究了直喷式柴油机燃用不同燃料(柴油、甲苯、十二烷、十六烷、正庚烷及异庚烷)的燃烧特性以及燃烧过程中关键反应组分的变化历程,分析了不同燃料燃烧反应组分与放热率之间的关系.研究结果表明:缸内压力计算值与参考文献中实验值较吻合,验证了模型的正确性;燃用甲苯缸内压力、放热率以及累积放热量最大;燃用甲苯缸内燃烧反应产生的H,N,OH与O活性基量级最大.此外,燃用6种不同燃料,均是OH活性基生成较多.     

柴油机生物柴油-甲醇混合燃料燃烧与排放特性

分别在100mL生物柴油（M0燃料）中添加10mL甲醇、20mL甲醇与12mL油酸,经过相关处理后形成新的微乳化燃料M10燃料与M20燃料。以台架试验与排放分析法为基础,当发动机转速点为1 500r/min、平均有效压力分别为0.088 9、0.177 0、0.266 0、0.354 0、0.443 0、0.531 0MPa时,分别对3种燃料的燃烧特性与排放特性进行了试验研究。试验结果表明：与M0燃料相比,M10燃料与M20燃料的滞燃期延长,燃烧持续期缩短,3种燃料的最大滞燃期分别为6°、7°、8°;M10燃料与M20燃料的峰值压力、峰值压力升高率以及峰值燃烧放热率均增大,3种燃料的最大峰值压力升高率分别为1.236、1.377、1.280MPa/（°）,3种燃料的最大峰值燃烧放热率分别为0.280、0.281、0.297kJ/（°）;M10燃料与M20燃料的HC、CO与碳烟排放均降低;NOx排放没有明显变化。     

用混合燃烧模型研究缸内直喷醇类燃料发动机的燃烧

通过引入湍流燃烧延迟系数，将单步不可逆反应模型和漩涡破碎燃烧模型结合在一起，建立了一个新的混合燃烧模型．利用混合燃烧模型对一台采用火花点火、缸内直喷、周向分层燃烧系统的醇类燃料发动机的燃烧过程进行了三维数值模拟，计算所得的缸内压力和燃烧放热速率与实验结果吻合良好．模拟结果表明，在缸内直喷醇类燃料发动机中，混合气能稳定地实现由浓到稀的周向分层，醇类燃料高的汽化潜热导致混合气温度较低，燃烧过程中预混燃烧与扩散燃烧并存，燃烧速率非常快．     

直喷式柴油机燃用F-T柴油时燃烧特性的研究

根据实测的喷油器针阀升程和示功图，对一台单缸、直喷式柴油机燃用Fischer—Tropsch（F—T）柴油时的燃烧放热规律进行了计算，并系统分析了其燃烧特性．研究结果表明：与0号柴油相比，F—T柴油的喷油延迟角和喷油持续期稍长，滞燃期平均缩短了18．7％，预混燃烧放热峰值平均降低了26．8％，扩散燃烧放热峰值较高，快速燃烧期较短，燃烧持续期相当；燃用F—T柴油时的最高燃烧压力略低，最大压力升高率显著降低，燃烧噪声和机械损失较小，有效燃油消耗率和有效热效率得到了改善．     

柴油/含水甲醇组合燃烧对柴油机性能的影响

为研究粗甲醇对柴油／甲醇组合燃烧发动机性能的影响，在纯甲醇中掺入10％的水以模拟粗甲醇，通过进气管喷射甲醇以形成均匀预混和气，进入气缸由柴油引燃的组合燃烧方式进行了试验，并与燃用纯甲醇进行了对比、结果表明，组合燃烧含水10％的甲醇对发动机性能的影响与组合燃烧纯甲醇的效果相差不多．但前者使用经济性较好．说明采用组合燃烧方式后，发动机对醇类燃料的适用性较强，这种方式可为柴油机燃用甲醇提供了一种技术途径。     

柴油机加速时喷油及燃烧过程研究

测量柴油机加速时油管嘴端压力、气缸压力每循环的变化，进行喷油过程模拟计算发放热规律计算，分析油管压力、供油提前角、喷油提前角、喷油规律、每循环喷油量及气缸压力、最大爆发压力、最大压力升高率、平均指示压力、燃烧始点、放热规律等参数每循环的连续变化．     

引燃油量对甲醇柴油双燃料发动机燃烧特性的影响

在一台TY1100单缸柴油机的进气管上安装了一套电控甲醇喷射装置，采用柴油引燃甲醇方式，开展了引燃油量对甲醇柴油双燃料发动机燃烧特性影响的研究．结果表明：在相同的平均有效压力和转速下，随着引燃油量的减少，双燃料燃烧的滞燃期延长，主燃期缩短，缸内气体最高爆发压力和最大压力升高率在高负荷时增加，放热率曲线第1峰值增大，第2峰值减小，表明预混燃烧量增加而扩散燃烧量减少；高负荷时放热率曲线型心向上止点靠近，燃烧等容度提高，燃油经济性改善；提高转速和增大供油提前角，最大放热率和最大压力均增加．     

柴油机特性曲线的仿真和燃油消耗的预测

为了对柴油机特性曲线进行仿真和对燃油消耗率进行预测,考虑到影响柴油机的各种因素,采用非线性的建模方法,并使用数据处理的分组方法（GMDH）对柴油机特性曲线进行建模仿真,同时对燃油消耗率进行预测.结果表明该方法对柴油机特性曲线的仿真和燃油消耗预测具有可行性和实用价值.     

滞燃期对F-T柴油机的性能影响分析

为分析滞燃期参数对柴油机的性能影响规律,本文对比研究了某型增压中冷柴油机燃用0#柴油、F-T柴油以及二者不同掺混比例的燃油时,在不同工况下燃烧最高压力、最高压力升高率、排气温度以及油耗率随滞燃期的变化规律。结果表明：在同一种工况下随着F-T掺混比例的增加,滞燃期缩短,F-T较0#柴油最高降幅35%;最高燃烧压力降低、降低幅度2.1%～6.3%;压力升高率上升缓慢;排气温度有升高趋势,最大增幅为8.4%;燃油经济性小幅增加。     

大功率车用柴油机燃用航空煤油的燃烧仿真研究

建立了大功率车用柴油机燃用柴油和航空煤油的缸内燃烧模型。该模型利用喷雾试验结果对KH-RT破碎子模型进行了标定,同时耦合了燃油的化学反应动力学机理,具有较高的仿真精度。计算结果表明:相比柴油,柴油机燃用航空煤油喷雾破碎过程中雾化质量提高;燃烧过程中缸内滞燃期缩短,放热率峰值下降,缸内机械负荷及热负荷均得到缓解;柴油机燃用航空煤油在标定工况点相比燃用柴油功率下降5.8%,油耗率相当。     

甲醇柴油双燃料发动机甲醇掺烧比例的正交试验研究

在一台TY1100单缸柴油机的进气管上安装了一套电控甲醇喷射装置,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进气预混甲醇掺烧比例的正交试验,对能耗及排放约束条件下的甲醇掺烧比例进行了研究.结果表明:在正交试验范围内各种工况下,发动机按最低能耗率要求得到的最佳甲醇掺烧比例为55%~60%;以降低烟度为需求目标,并以一定的能耗率作为约束时,大部分工况下得到的最佳甲醇掺烧比例为50%以上,受发动机压力升高率的限制,掺烧比例不宜超过70%.     

F-T柴油/甲醇双燃料发动机燃烧循环波动分析

通过在四缸增压中冷柴油机上进行的甲醇能量替代比分别为5%、10%、15%的甲醇均质混合气F-T柴油引燃燃烧试验,与0#柴油的传统燃烧对比,研究了的发动机转速、负荷、甲醇替代比对预混合引燃燃烧的循环波动的影响。结果表明:转速的增加对发动机输出动力的波动影响较小,但对预混合引燃具体燃烧过程的循环波动影响较大,瞬时放热率峰值波动率高达25%;中等负荷下,预混合引燃的循环波动较小,但在起动、怠速等小负荷工况时发动机的循环波动率较大,其中放热率峰值的循环波动率达到30%,且在大、小负荷时燃烧始点的循环波动均大于10%;甲醇替代比低时,预混合引燃燃烧模式的循环波动稍大,但当甲醇替代比增加到一定比例后循环波动率逐渐降低到与0#柴油相当的水平,甚至更低。     

双卷流燃烧系统的双燃料发动机燃烧排放特性

为解决因生物柴油粘度过大,以及低温燃烧导致的燃油雾化、燃烧性能和排放恶化等问题,利用AMESim软件和AVL_FIRE软件对发动机燃烧室进行双卷流（DS）改造,对喷油提前角、喷孔直径进行优化匹配。结果表明:双卷流（DS）燃烧室燃油分布更加均匀,在运行范围内燃烧速率和功率比浅盆型燃烧室具有更大的优势;同时在加快燃油扩散速率和提高空气利用率方面具有显著的作用;在提高发动机动力性和经济性方面具有明显的优势。采用DS燃烧室、喷油提前角20.6°、喷孔直径0.28 mm组合结构形式的柴油机,其NO排放比原机降低81.83%,指示功率比原机降低7.73%。研究结果可为船用柴油机双燃料低温燃烧性能优化提供一定的指导依据。