甲醇汽油发动机醇醛排放特性及其影响因素研究

在一台JL368Q3汽油机上分别燃用汽油和M10(甲醇、汽油体积比为1∶9)甲醇汽油混合燃料,并利用气相色谱仪(氦离子化检测器)实验研究了甲醇和甲醛的排放特性及点火提前角对醇、醛排放的影响.结果表明,甲醇排放来源于燃油,其受最高燃烧温度影响较大,该排放将随着发动机转速和排气温度的升高而降低.甲醛由碳氢和甲醇在排气管中经氧化而生成,其排放量随着发动机转速和排气温度的提高而增加.汽油机的甲醛排放量随着转矩的增大先增后减,在中、高负荷时,M10发动机甲醛排放量为汽油机的1.5～4.5倍,随着发动机转速的提高,这2种负荷下的甲醛排放量差距减小.     

车用甲醇汽油燃料技术性能

为规范甲醇汽油燃料的应用和生产,研究了甲醇与汽油互溶问题。通过发动机的动力性和经济性试验,确定了甲醇的添加比例、甲醇汽油的标号和甲醇汽油标准指标。研究结果表明:体积分数为15%、25%两种比例的甲醇汽油在应用时,无需对车辆做任何改动,功率分别能达到国标90#汽油的97%和93%,排放平均下降10%,经济性提高约6%。     

环境温度对甲醇/汽油发动机冷起动排放影响的研究

在一台4缸进气道喷射汽油机上,研究了环境温度在从15℃下降到-25℃的过程中,4种甲醇汽油混合燃料低温冷起动的排放特性.结果表明:在试验环境温度下添加甲醇均能显著减少冷起动阶段HC和CO的排放.在冷起动过程中,HC的平均排放随着环境温度的降低而呈指数增加;随着甲醇添加比的增大,HC排放的增加量逐渐减小,当甲醇的体积分数超过30%时,HC排放减少得并不明显.CO平均排放随环境温度的变化趋势与HC有所不同,当环境温度从5℃下降到-7℃时,CO排放增加了约10倍,随着温度的继续下降,CO排放变化不大.甲醛和甲醇非常规排放随着甲醇添加比的增大而增加,随着环境温度的降低而增加.     

汽油机燃用甲醇及甲醇汽油的性能研究

为了研究汽油机燃用甲醇及甲醇汽油的性能,在一台4G15S汽油机上对甲醇及不同体积比例甲醇汽油的动力性、经济性和排放特性进行了对比试验。结果表明:与燃用93#汽油相比,M15、M85及M100功率增加;M15有效燃料消耗率平均上升4.43%、M85平均上升46.53%、M100平均上升57.26%;M15、M85及M100的HC与CO排放随甲醇体积比例增加而降低;而甲醛排放随甲醇体积比例增加而明显增加。     

甲醇含量对二甲醚发动机性能和排放的影响

通过在纯二甲醚中掺混甲醇,研究燃料成分中甲醇含量的变化对二甲醚发动机性能和排放的影响。结果表明,随着甲醇含量的增加,二甲醚发动机的燃油消耗率增大、排气温度升高,HC、CO等气体排放增加,NO_x排放减少,发动机低负荷运行时影响更为显著;当甲醇含量高于3%时,二甲醚发动机HC排放显著增大,从发动机性能和尾气排放方面综合考虑,车用二甲醚燃料成分中甲醇含量以不高于3%为宜。     

甲醇-汽油混合燃料对汽油机性能和排放的影响

通过汽油机燃用甲醇-汽油混合燃料（其中甲醇的体积分数为109／6，汽油的体积分数为90％，简称M10燃料）和汽油的对比试验，研究了M10燃料对汽油机性能和排放的影响，并用气相色谱仪测量了尾气中的甲醇和甲醛排放．试验研究表明：汽油机燃用M10燃料对汽油机动力性影响不大，但汽油机有效热效率和燃油经济性提高，排温有所降低；CO和HC排放减少，NOx排放与燃用汽油时相当；甲醇和甲醛排放增加．排气经三效催化转化器后，CO、HC和NOx排放可以被控制在与常规汽油机排放相当的水平，甲醇和甲醛排放可以被控制在接近零排放的水平．     

增压直喷甲醇汽油机在不同喷油时刻下的微粒排放特性研究

为研究增压直喷甲醇汽油机在不同喷油时刻下的微粒排放特性,在一台增压直喷汽油机上进行了不同喷油时刻下燃用M0,M10,M15和M20(甲醇体积分数分别为0%,10%,15%和20%的甲醇汽油混合燃料)的微粒排放测量试验。结果表明：微粒数量浓度粒径谱密度呈双峰分布,核态微粒峰值粒径主要集中在23.71-27.38 nm,积聚态微粒峰值粒径主要集中在64.94-86.6 nm,各模态微粒峰值变化与数量浓度变化相同,随喷油时刻的推迟先下降后上升,在80°CA ATDC(进气上止点后)喷油时最少,随甲醇比例的增大先升高后降低,燃用M15时最多;燃用纯汽油M0时,发动机在100°CA ATDC喷油时排放微粒最多,燃用甲醇汽油混合燃料时,发动机在40°CA ATDC喷油时排放微粒最多;微粒表面积浓度粒径谱密度均呈单峰分布,峰值粒径主要集中在86.6-153.99 nm,总表面积浓度变化与总数量浓度变化相同,但变化幅度更大。     

汽油掺烧甲醇裂解气的燃烧特性研究

为了评估掺烧甲醇裂解气对发动机燃烧特性的影响,基于某型发动机进行数值仿真与台架试验,运用CONVERGE建立其仿真模型,并通过发动机缸压对仿真模型进行标定,进而研究了汽油发动机掺烧甲醇裂解气后点火提前角、掺混比和过量空气系数对发动机燃烧特性的影响.结果表明:当其他条件相同时,平均指示压力随着点火提前角的增大先升高后降低;在最佳点火角下,掺烧甲醇裂解气发动机相比于原汽油机动力性变化不大时,指示热效率有所提高.当掺烧甲醇裂解气后,随着掺混比例的增加,缸内压力、温度和放热率都有不同程度的升高,且燃烧速度加快,放热更加集中.当掺混比例一定时,随着过量空气系数的增大,缸内压力、温度和放热率都有不同程度的降低,相应地可以通过改变掺混比例来适应过量空气系数的变化.同时甲醇裂解气的点火界限十分宽泛,当过量空气系数为1.4时,汽油已经难以点燃,燃烧恶化,当掺烧甲醇裂解气后,燃烧状况明显好转,可实现稀薄燃烧.由此可见:汽油掺烧甲醇裂解气可以改善燃烧特性,提高指示热效率;在汽油掺烧甲醇裂解气发动机上,利用稀薄燃烧、优化点火正时等,可以在发动机部分负荷工况下得到更好的燃油经济性.     

不同比例甲醇汽油掺烧性能试验研究

对M10、M15、M50甲醇汽油以及93#汽油在GW491QE发动机上进行发动机性能台架试验研究。扭矩始终保持在60N·m,转速从1 000r/min增加到3 000r/min,记录相应数据,分别绘制动力性、经济性和排放性能曲线,对比分析,探讨影响GW491QE发动机性能的因素,选出能在GW491QE发动机上实际应用的合适掺烧比例甲醇汽油。试验结果表明:在中低转速时,3种甲醇汽油的功率与93#汽油基本相同,即动力性与93#汽油大致保持一致;燃油经济性降低大约6%~10%;3种甲醇汽油的HC和CO排放均降低,M15改善最为明显;NOx排放有所降低。综合考虑GW491QE发动机的动力性、经济性和排放性能,M15甲醇汽油为较好的实际应用比例。     

柴油机燃用柴油/正丁醇混合燃料的经济性与排放特性

针对日益严峻的能源及环境污染问题,通过发动机台架试验,在一台增压电控高压共轨柴油机上,研究了正丁醇体积掺混比分别为0%、5%、10%、15%和20%的柴油/正丁醇混合燃料对柴油机经济性和排放特性的影响。研究结果表明:当转速为2 000 r/min时,相同负荷下油耗率随着正丁醇掺混比的增加而增加;转速为3 200 r/min时,正丁醇体积掺混比为5%时的燃油消耗率最低,当体积掺混比大于5%时,相同负荷下油耗率随着正丁醇体积掺混比的增加而增加;在相同转速下,排气温度随着正丁醇体积掺混比的增加而降低;当正丁醇体积掺混比小于15%时,随着正丁醇体积掺混比的增加,HC排放明显降低,CO排放在大负荷时降低、中小负荷时增加,但NOX排放量在高速及大负荷时增加,低速小负荷时略有降低。     

柴油/甲醇双燃料发动机耦合后处理系统的排放性能研究

为了实现压燃式发动机污染物的超低排放,在一台高压共轨柴油机上进行柴油/甲醇双燃料燃烧模式耦合后处理系统的排放特性研究。通过调节不同负荷下进气预混甲醇比例,分析了氧化催化转化器(DOC)、催化型颗粒物捕集器(CDPF)和选择性催化还原催化器(SCR)对柴油/甲醇双燃料发动机污染物排放的影响规律。结果表明：双燃料模式的排气温度降低,有效热效率在中低负荷时降低,在高负荷时增加;随着甲醇比例的增加,排气中CO、HC、NO₂和HCHO的体积分数增加,n(NO₂)/n(NO_x)显著提高,NO_x和碳烟的排放量明显降低。后处理系统工作特性受发动机负荷影响较大：在中低负荷时排气温度低,后处理系统对CO、HC和HCHO转换效率较低;在高负荷时排气温度高,系统催化活性增强,各种排放物转换效率也大幅提高。双燃料模式下,DOC后端氧化升温明显,n(NO₂)/n(NO_x)经DOC后显著降低,而纯柴油模式下则呈相反趋势。在不同负荷下：CDPF对碳烟的平均捕集效率超过90%;SCR催化反...     

乙醇汽油发动机排放特性研究

在一台JL368Q3多点电喷汽油机上，开展了乙醇汽油（不同掺混比）发动机排放特性的研究，并用GC2010气相色谱仪测量了排气中未燃醇醛的排放浓度．试验结果表明：在发动机运转参数相同的条件下，燃用E10、E20（乙醇的体积分数分别为10％、20％）混合燃料时，发动机的CO和NOx排放有了较好的改善，降幅可分别达到15％和5％，但在高负荷时发动机的HC排放增加；乙醇汽油发动机排气中的醇醛排放随发动机的转速和负荷增加而增加，其中乙醛排放随燃料中乙醇含量的增加而增加；经过三效催化转化后，乙醇汽油发动机的醇醛在大部分工况下可以实现零排放．     

一种高效清洁燃烧纯甲醇燃料的新方法探索

在一台点火式电喷汽油机上进行了甲醇裂解燃料高效清洁燃烧的探索研究．研制了甲醇裂解装置和控制单元及其控制策略．发动机用汽油起动后,电控单元判别排气温度当其温度达到320℃以上时,电控单元自动从汽油燃料切换到甲醇裂解燃料下工作．在甲醇燃料模式下,通过ECU的标定,实现了自动运行．试验结果表明：与汽油和M20甲醇汽油相比,甲醇裂解燃料可以有效地提高点火式电喷发动机的效率,显著增高发动机的经济性,而且降低了尾气中有害气体排放．可见燃用甲醇裂解燃料是电喷发动机高效清洁燃烧的新方式．     

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。     

增压直喷甲醇汽油机在不同喷油时刻下的微粒排放特性

为研究增压直喷甲醇汽油机在不同喷油时刻下的微粒排放特性,在一台增压直喷汽油机上进行了不同喷油时刻下燃用M0、M10、M15和M20(甲醇体积分数分别为0%、10%、15%和20%的甲醇汽油混合燃料)的微粒排放测量试验。结果表明:微粒数量浓度粒径谱密度呈双峰分布,核态微粒峰值粒径主要集中在23.71~27.38 nm,积聚态微粒峰值粒径主要集中在64.94~86.6 nm,各模态微粒峰值变化与数量浓度变化相同,随喷油时刻的推迟先下降后上升,在80°CA ATDC(进气上止点后)喷油时最少,随甲醇比例的增大先升高后降低,燃用M15时最多;燃用纯汽油M0时,发动机在100°CA ATDC喷油时排放微粒最多,燃用甲醇汽油混合燃料时,发动机在40°CA ATDC喷油时排放微粒最多;微粒表面积浓度粒径谱密度均呈单峰分布,峰值粒径主要集中在86.6~153.99 nm,总表面积浓度变化与总数量浓度变化相同,但变化幅度更大。     

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.     

丁醇-汽油混合燃料应用于汽油机的性能实验研究

本文对不同比例的丁醇 汽油混合燃料在气道电控喷射汽油机台架上进行了性能实验研究。在转速为2 000 r/min和2 500 r/min时,将分别添加体积分数10%、20%丁醇的混合汽油与纯汽油进行了对比。研究结果表明,掺混丁醇后,发动机动力性略有下降,有效燃油消耗率略有增加,在90 N·m时比油耗取得最低值,在实验工况下HC和NOx排放略有下降,对CO影响较小。     

车用M15甲醇汽油燃料的动力性和排放特性试验研究

通过总功率、稳定工况全负荷特性、道路和尾气排放试验研究汽车燃用低比例M15甲醇汽油的动力性、燃油经济性和外排放特性。结果表明:M15甲醇汽油的动力性、加速性能、总有效功率以及最低燃油消耗率(发动机转速2000~3200 r/min)与普通国标93#汽油相当;汽车燃用M15甲醇汽油的油耗略高于普通93#汽油,与国标汽油的替代比约为1.02;燃用M15甲醇汽油汽车尾气中未燃尽氢碳化合物的排放量比燃用普通汽油下降了12%~61%,CO的排放量下降了18%~75%,起亚、金杯车氮氧化合物的排放量增加了1.0%~12%,而帕萨特车氮氧化合物的排放量减少34.1%;汽车尾气中非常规排放物甲醛略低于燃用普通93#汽油,这与车型、车况、M15甲醇汽油添加剂技术不同有关。     

冷起动时甲醇掺烧液化气发动机的甲醛和未燃甲醇排放

基于单循环燃料喷射控制策略及冷起动,在一台125mL单缸电控喷射点燃式发动机上,试验研究了LPG(液化石油气)与甲醇循环喷射量的质量比和LPG迟后甲醇喷射时刻对甲醇掺烧LPG发动机甲醛和未燃甲醇排放的影响.甲醇掺烧LPG发动机中LPG仅起辅助起动作用.试验结果表明:增大LPG与甲醇循环喷射量质量比可使甲醇掺烧LPG发动机着火性能改善,未燃甲醇排放减少,甲醛排放增多;合理控制LPG迟后甲醇喷射时刻可显著改善着火性能,减少未燃甲醇排放,而甲醛排放稍有增加;LPG迟后甲醇在曲轴转角为276°时(上止点前)喷射,缸内最大压力达4.46MPa,未燃甲醇的体积分数减小到1173×10-6.甲醇掺烧LPG发动机时起动工况的甲醛和未燃甲醇排放量随LPG与甲醇循环喷射量的质量比和LPG迟后甲醇喷射时刻的变化呈相反的变化趋势.     

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%.