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。     

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/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%。     

柴油机燃用F-T/生物柴油混合燃料的排放性能研究

以未做调整的四缸增压中冷发动机为试验样机,分别燃用不同比例的F-T/生物柴油混合燃料,对混合燃料的常规排放尤其是非常规排放进行了对比研究。结果表明:F-T/生物柴油混合燃料相对于0#柴油可明显改善NO_X、CO和碳烟的排放,但随着生物柴油比例的提高,NO_X、CO排放略有升高,碳烟排放则随着生物柴油比例增加而降低;外特性下,混合燃料随着生物柴油比例的提高,HC排放相对于0#柴油有明显下降;非常规排放中混合燃料可有效降低甲醛排放;SO_2排放也有明显下降,但随生物柴油配比的增加而有上升的趋势。混合燃料能有效抑制苯类排放。     

柴油机燃用柴油-丙烷混合燃料的性能与排放研究

利用高压氮气将丙烷在常温下液化,按不同比例与柴油进行充分而均匀的混合,制成柴油-丙烷混合燃料.在直喷式柴油机上开展了燃用柴油-丙烷混合燃料时的发动机性能和排放特性研究.研究结果表明:与燃用柴油相比,燃用柴油-丙烷混合燃料时,在整条曲线上,有效热效率随混合燃料中丙烷比例的增加而增加,平均由31.6%增加至33.7%;有效燃料消耗率随混合燃料中丙烷比例的增加而降低,平均由268.3 g/(kW.h)降低至248.6 g/(kW.h);CO、HC和碳烟排放随混合燃料中丙烷比例的增加而降低,CO排放平均由0.059%降至0.046%,HC排放平均由45×10-6降至21.8×10-6,碳烟排放平均由1.057 m-1降至0.364 m-1;NOx排放随混合燃料中丙烷比例的增加而增加,平均由730×10-6增至1 226×10-6.     

F-T柴油与正丁醇混合燃料的非常规排放特性研究

为了分析F-T柴油及其与正丁醇混合燃料对柴油机非常规排放特性的影响,以0#柴油、F-T柴油及F-T柴油正丁醇混合油为燃料,在增压中冷四缸柴油机上进行了外特性试验,并利用FTIR多组分气体测试仪检测柴油机的甲醛、1,3-丁二烯、二氧化碳（CO2）、一氧化二氮（N2O）和甲醇等非常规排放特性。分析结果表明：与柴油相比F-T柴油及其混合燃料可以降低甲醛、1,3-丁二烯、CO2和N2O四种非常规排放,甲醇排放略有升高未超过3.11ppm,随着正丁醇掺混比例的增加甲醛、1,3-丁二烯、CO2、N2O降低的幅度增大,甲醇排放降低。F-T柴油及其混合燃料可以降低柴油机的非常规排放,是煤基和生物质燃料组成的新型替代燃料。     

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。     

煤基混合燃料对发动机燃烧及振动特性的影响

以Fischer-Tropsch(F-T)柴油为基础油,配以10%体积比的甲醇、丁醇混合燃料,在4100QBZL增压中冷柴油机上进行试验,就煤基混合燃料对柴油机的燃烧过程及振动特性的影响进行研究。研究表明:柴油机燃用F-T柴油、甲醇/F-T及丁醇/F-T燃料时,比0#柴油滞燃期缩短,燃烧始点提前,放热率曲线的第一个峰值点低,同时相位提前,第二个峰值点与0#柴油基本相当,混合燃料燃烧、放热更加柔和;混合燃料的压力升高率曲线的峰值明显低于0#柴油,工作更加柔和;燃用混合燃料时,因燃烧引起的柴油机气缸盖振动明显小于燃用0#柴油,但是燃用混合燃料时对气缸盖的冲击作用高于0#柴油。     

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。     

二元煤基燃料柴油机的NOx和PM排放研究

通过发动机台架试验研究了F-T柴油引燃甲醇在柴油机上的NOx和PM排放以及二者之间的平衡问题。结果表明：柴油机燃用二元煤基燃料较F-T柴油NOx和PM排放最高降低45.8%和41.2%;0.30MPa和0.60MPa,1600r/min时,NOx排放较低;PM排放在2000r/min下最低,在1200r/min下最高;0.45MPa,1200r/min和2000r/min时,供油时刻为20°CA BTDC附近可以得到较低的PM排放和较低NOx排放,而在1600r/min下二者出现tread-off关系。F-T柴油引燃甲醇在柴油机上可以同时有效降低NOx和PM排放。     

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．     

弱含氧燃料组分在柴油机上的燃烧过程与排放特性

通过在体积分数为90％的柴油中分别掺混10％生物柴油、10％DMC,连同柴油组成B10、D10和柴油3种燃料．考察了低比例含氧燃料对柴油机燃烧过程、经济性和排放性的影响．试验结果表明：标定工况下,2种舍氧燃料对柴油机缸内最大爆发压力和压升率峰值影响不大,而DMC的加入使DIO的放热峰值明显升高;和柴油相比,BIO的滞燃期缩短约1℃A．而D10的滞燃期较原机状态延长约2℃A。可见DMC造成的着火延迟效应要比同比例生物柴油造成的着火提前效应更为明显：B10的燃油消耗率与柴油基本相当。而DIO的燃油消耗率明显上升;发动机燃用B10时。除NOz在全负荷时升高7．9％外,CO、HC和烟度排放相对有所降低,而混合燃料中DMC的引入虽不利于HC和CO的氧化．但可消除柴油机燃用石化柴油时NOx和烟度排放此消彼长的关系,D10的NOx和烟度排放平均要比柴油分别降低约13．1％和17．7％．综合来看．在柴油中添加低比例生物柴油或DMC可在几乎不影响柴油机性能的基础上部分实现对柴油的完美替代．     

柴油机燃用柴油/乙醇混合燃料的性能与排放研究

为了给柴油／乙醇混合燃料的应用提供试验和理论依据，进行了柴油机燃用柴油／乙醇混合燃料的性能与排放研究，研究结果表明：随着燃料中乙醇掺混比例的增加，有效燃油消耗率有所增加，但当量柴油有效燃油消耗率降低，有效热效率增加；在掺混比例较高时，需要添加十六烷值改进剂提高混合燃料的十六烷值；在同一工况下，发动机排气烟度随乙醇的加入而减少，NOx排放则无明显的增加；排气烟度的下降率随含氧量的增加而增大，未添加十六烷值改进剂时升高的幅度小于添加十六烷值改进剂后．减小供油提前角，NOx排放下降，排气烟度增加。     

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。     

重型柴油机燃用天然气合成油的性能与排放

根据在用公交车的特点,在未对发动机进行任何调整的前提下,对在用公交车用重型柴油机燃用天然气合成油(GTL柴油)和0#柴油进行了动力性、燃油经济性及排放特性研究.结果表明:与0#柴油比较,该机燃用GTL柴油的外特性功率、转矩都平均降低约10%;燃油消耗率降低约3%,经济转速区向低转速区移动;GTL柴油的一氧化碳、氮氧化物、颗粒物和二氧化碳排放分别降低9%,14%,25%和4%,碳氢化合物排放基本不变.GTL柴油能同时降低柴油机的氮氧化物和颗粒物排放,是有潜力的低排放柴油清洁代用燃料之一.