不同馏程柴油对重型柴油机燃烧和排放影响的试验研究

为研究柴油理化特性对柴油机燃烧和排放的影响,将市售柴油利用温度切割工艺得到不同蒸馏特性的4种柴油作为测试燃料,4种燃料的馏程温度T50从200℃到278℃,试验在1台电控高压共轨重型柴油机上开展.结果表明:不同馏程柴油在全负荷工况下的缸压放热率差异较小,但外特性转矩存在一定差异,高馏程温度柴油的外特性转矩较高.在小负荷时,随着馏程温度降低,燃烧始点推迟,预混燃烧放热率峰值升高;随着负荷进一步增大,不同馏程柴油之间的缸压放热率差异逐渐减小.随着馏程温度下降,有效热效率降低,有效燃油消耗率(BSFC)增加.对于排放结果,随着馏程温度升高,NOx排放升高,HC与CO排放降低,碳烟排放受多方面因素影响;排放特性与燃烧特性类似,排放特性在小负荷工况时较显著,大负荷差异小.对于ESC循环加权结果,随着馏程温度升高,加权有效燃油消耗率降低,但有效燃油消耗率降低仅为1%;随着馏程温度升高,加权NOx增长15%,加权HC、CO排放分别降低54%、18%;不同馏程柴油的加权碳烟排放差异为43%.     

不同初馏点柴油对HCCI发动机燃烧和排放影响的试验

在一台改装的6缸增压直喷式柴油机上进行了不同初馏点柴油均质压燃(HCCI)的试验.结果表明,在HCCI发动机上,随着初馏点的降低,运行范围有所下降,初馏点为125,℃和100,℃的燃料工况范围跟纯柴油相近,而滞燃期变长,有利于燃料的混合过程,但指示热效率会有所下降.在不降低运行范围的前提下,初馏点较低的燃油能很好地降低NOx排放,同时碳烟排放也有所降低,有利于满足排放法规的要求.拓宽燃油馏程为柴油机HCCI燃烧过程的优化提供新的途径.     

燃料理化特性对柴油机燃烧和排放影响

将燃料理化特性参数依次分离,研究不同燃料特性在宽广废气再循环(EGR)范围内对柴油机燃烧和排放的影响规律.结果表明:试验选用的国Ⅳ柴油燃料,成份的改变如芳烃和硫含量降低对燃烧和NO_x、THC、CO及碳烟排放影响作用很小.燃料沸点和黏度降低,预混放热峰值增大,碳烟排放降低;负荷增大后对碳烟降低作用减小.燃料沸点和黏度在中、低比例EGR率下对气体排放影响很小,在高比例EGR率下低沸点、低黏度燃料THC和CO排放较高.十六烷值是决定燃烧放热时刻的最重要参数,不同十六烷值燃料在高比例EGR率下对滞燃期影响更显著.十六烷值和含氧是降低碳烟两个决定性因素,孰重孰轻视燃料特性而定,不同十六烷值燃料的气体排放差异很小,只在低EGR率下随十六烷值降低,NO_x排放略有升高.正丁醇分子结构较甲醇、乙醇、丁酸甲酯和2,5-二甲基呋喃(DMF)能更有效降低碳烟.     

燃烧相位与EGR协同控制对宽馏程燃料预混压燃燃烧和排放的影响

将汽油、柴油按一定比例进行混合制得不同着火性及挥发性的宽馏程燃料,试验研究了宽馏程燃料预混压燃燃烧及排放特性,分析了燃烧相位、废气再循环(EGR)及汽油掺入比例对预混压燃发动机燃烧及排放的影响规律,确定了核心燃烧边界条件对燃烧、排放的影响程度及范围.结果表明:汽油掺入比例对燃烧及排放均有显著影响,随汽油掺入比例增加,滞燃期延长,燃烧持续期相应缩短,有利于增大预混合燃烧量,降低排气烟度,并改善燃烧定容性.但在小负荷工况下,汽油掺入比例过大会导致CO、HC排放物增加,燃烧效率降低,进而引起热效率下降.通过采用汽油掺混体积比为40%的混合燃料,并合理控制燃烧相位,可在一定范围内保证较高的燃烧效率及燃油经济性.利用燃烧相位与EGR的协同控制策略,可在不降低热效率的情况下,进一步改善压燃式发动机排放特性,同时降低NOx及微粒排放.     

DME预混比和柴油供油提前角对PCCI发动机性能影响

在一台2105柴油机上采用进气道预混DME一缸内直喷柴油的复合方式实现PCCI燃烧,研究了DME预混比和柴油供油提前角对预混合压燃(premixed charge compression ignition,PCCI)发动机燃烧、排放特性和燃油经济性影响。研究结果表明:随DME预混比增加,PCCI发动机燃烧始点逐渐前移,缸内压力峰值增大,放热过程由两阶段放热变成三阶段放热,且放热率曲线整体前移,NO_x、碳烟排放和当量燃油消耗率均降低,而CO和HC排放及有效热效率均逐渐升高;随柴油供油提前角增大,PCCI发动机燃烧始点相应提前,缸内压力峰值逐渐增大,放热过程由三阶段放热变成两阶段放热,NO_x排放大幅升高,碳烟排放明显下降,CO和HC排放及当量燃油消耗率先下降后增加,而有效热效率则先升高后降低,     

F-T柴油对直喷式柴油机燃烧和排放的影响

在两种不同供油提前角下研究了燃用F-T柴油对直喷式柴油机燃烧和排放特性的影响,结果表明:发动机不做任何调整时,与0号柴油相比,燃用F-T柴油的滞燃期较短,预混燃烧放热峰值较低,扩散燃烧放热峰值较高,最高燃烧压力和最大压力升高率较低,燃油消耗率和热效率都得到了改善,HC、CO、NOx和碳烟排放同时降低。当供油提前角推迟3℃A时,燃用F-T柴油燃烧持续期明显缩短,预混燃烧放热峰值、最高燃烧压力和最大压力升高率进一步降低,扩散燃烧放热峰值略有升高,燃油消耗率变化不大,NOx排放进一步降低, HC、CO和碳烟略有增加,其中HC排放与原柴油机相当,而CO和碳烟仍远低于原柴油机。     

柴油机掺烧DMM的燃烧和排放性能影响研究

研究了柴油掺混不同比例二甲氧基甲烷(0～50%DMM)对柴油机燃烧和排放性能的影响.结果表明,在发动机燃油和燃烧系统不作变动的条件下,随着二甲氧基甲烷在柴油中添加比例的增加,排气烟度逐步下降,有效燃油消耗率有所增加,但折算成当量柴油的有效燃油消耗率降低,热效率增加.同一工况下,发动机排气碳烟和CO排放随二甲氧基甲烷的加入而降低,NOx则无明显的上升,HC排放随着二甲氧基甲烷的增加略有增加.混合燃料的放热规律与纯柴油相比预混燃烧量增加,扩散燃烧速率加快,发动机最高燃烧压力、放热率偏高.柴油掺混30%DMM的混合燃料能够取得较好的燃油经济性和排放水平.     

不同标准柴油对柴油机性能和排放的影响

为研究不同柴油燃料对发动机燃烧和排放特性的影响,选取国Ⅱ~国Ⅴ不同标准柴油及加油站购得的4种国Ⅳ、国Ⅴ标准柴油,在一台满足国Ⅳ排放法规的电控高压共轨柴油机上开展实验研究.结果表明,市售满足国Ⅳ、国Ⅴ标准柴油对满足国Ⅳ排放标准的柴油机有效燃油消耗率(BSFC)影响差异在2%,以内,NO_x排放加权值差异在10%,以内,HC、CO排放差异在20%,以内,碳烟排放整体很低.燃用国Ⅱ~国Ⅴ这4种不同标准的柴油后,共轨柴油机外特性转矩及功率差异在2.4%,以内,在欧洲稳态测试循环(ESC)工况下燃油消耗率差异小于2%,;在不同转速和负荷下,随着燃料十六烷值的降低,NO_x排放略有增大,燃用4种不同标准的柴油后,ESC循环NO_x排放加权结果变化在7%,以内;4种燃油对国Ⅳ排放共轨柴油机动力性、经济性影响很小,燃用不同燃料时碳烟、HC和CO排放均低于国Ⅳ排放限值.     

进气氧浓度和喷油正时对柴油机低温燃烧特性影响的试验研究

在一台四缸增压直喷式柴油机上进行不同进气氧浓度和喷油正时对柴油燃料低温燃烧特性影响的试验研究。研究结果表明:降低进气氧浓度,缸内压力和放热率峰值迅速下降,放热率始点推迟,滞燃期延长,有效燃油消耗率增加,氮氧化物(NO_x)排放大幅降低,CO排放增加。当进气氧浓度较高时,碳烟排放变化较小,而随着进气氧浓度的进一步下降,碳烟排放急速增加。在相同的进气氧浓度下,随着喷油正时的提前,滞燃期先减小后增大,CA50逐渐向上止点靠近,最大压力升高率增大,燃油消耗率下降,NO_x和碳烟排放增大,CO排放减小。     

宽馏分燃料对柴油机低温燃烧影响的试验研究

通过将汽油和柴油掺混配制成不同比例的宽馏分燃料,在一台单缸柴油机上进行宽馏分燃料对柴油机低温燃烧影响的试验研究.结果表明,十六烷值是影响柴油机低温燃烧的主要因素,挥发性对燃烧特性影响相对较小;较高汽油比例的宽馏分燃料由于十六烷值降低更明显、滞燃期延长,可以较明显改善低温燃烧的碳烟排放.在汽油比例较高时,由于挥发性提高较明显,能够对碳烟排放起到一定的改善作用.在宽馏分燃料中随着汽油比例的增加,燃烧速度加快,指示热效率略有提高.宽馏分燃料对NOx、CO和THC排放的影响比较小,在高EGR率条件下可以实现超低NOx排放,但此时CO与THC排放问题有待解决,并且汽油比例较高的宽馏分燃料THC排放更高.     

柴油机燃用F-T柴油与0号柴油混合燃料时的性能与排放

开展了直喷式柴油机燃用F-T柴油与0号柴油混合燃料时性能与排放的研究,试验用燃料为0号柴油、含25%和50%F-T柴油的混合燃料以及100%F-T柴油。结果表明,在相同工况下,随着混合燃料中F-T柴油比例的增加,滞燃期缩短,预混燃烧放热峰值降低,扩散燃烧放热峰值增大,最高燃烧压力略微降低,发动机的燃油消耗率和有效热效率得到改善。在负荷特性上,发动机的CO_2、HC、CO、NO_x和碳烟排放随着F-T柴油的加入而降低,其中CO和碳烟在中高负荷时降低幅度最为显著。当F-T柴油掺混比例由0增至25%时,碳烟排放降低效果最为明显,此后随着F-T柴油的继续增加,碳烟排放降低幅度减少。     

低辛烷值高挥发性燃料直喷压燃宽运行范围的燃烧模式

在一台单缸柴油机上采用低辛烷值高挥发性汽/柴油混合燃料,在不同转速和负荷条件下对比了部分预混压燃(PPCI)和多段预混压燃(MPCI)等多种压燃模式的燃烧和排放特性,并在宽运行范围与原机柴油试验结果进行对比,以确定宽运行范围的最优燃烧控制策略.结果表明:试验用低辛烷值燃料能够在宽运行范围实现压燃模式的稳定运行;为使燃烧排放结果最优,低负荷区间应采用单次喷射PPCI模式,中、低转速(中、高负荷)采用MPCI模式,高转速(中、高负荷)采用多次喷射PPCI模式;宽运行范围内低辛烷值燃料可以实现NOx排放低于0.4,g/(k W·h)、碳烟排放低于0.5,FSN及最高压力升高率低于1,MPa/(°)CA;与原机柴油燃烧结果相比,低辛烷值燃料可以同时降低NOx和碳烟排放以及燃油消耗率,但CO和HC排放增加,循环波动系数也略有增加.     

柴油/丙烷混合燃料发动机燃烧和排放特性研究

比较了柴油和丙烷的主要理化性能;在一台单缸直喷式柴油机上开展了燃用柴油和柴油/丙烷混合燃料时的发动机燃烧和排放特性研究.研究结果表明：在相同工况下,与燃用柴油相比,燃用柴油/丙烷混合燃料时的有效热效率增加,柴油/丙烷混合燃料的有效热效率随丙烷比例的增加而稍有增加,混合燃料的滞燃期和燃烧持续期随丙烷比例的增加而缩短;缸内最大压力,最大燃烧放热率,最高平均燃烧温度随丙烷比例的增加而增加.燃用丙烷柴油混合燃料可同时降低CO、HC和碳烟排放,但NOx排放有所增加.     

2-甲氧基作为含氧添加剂对柴油机燃烧特性的影响试验研究

在一台4JB1柴油机上对一种新型含氧添加剂乙酸-2-甲氧基(EGMEA)和柴油的混合燃料进行了燃烧和排放的试验研究.通过试验表明:EGMEA可与柴油实现良好的互溶;在相同的工况下,随着EGMEA比例的增加,可以显著降低柴油机的碳烟排放,并可使HC和CO的排放有一定程度的降低,但对柴油机NOx的排放没有明显的影响;在不改变柴油机结构参数的条件下,当燃用体积分数为15%的MEA混合燃料时,柴油机的碳烟排放平均降低约50%,HC排放平均降低约20%,CO排放平均降低约15%.     

掺混PODE_n对双燃料发动机燃烧特性的影响

聚甲氧基二甲醚(PODE_n)是一种潜力巨大的新型无毒替代燃料.本文在一台重型多缸収动机上开展了柴油掺混PODE_n对汽柴油双燃料燃烧与排放特性影响的试验研究,幵采用计算流体力学(CFD)三维仿真模拟对燃烧过程及影响机理迚行了分析.PODEn占直喷燃油的体积分数选为0、10%和20%.试验结果表明,随着PODE_n掺混比例的升高,直喷燃料的十六烷值上升,导致燃烧相位前移,滞燃期缩短,燃烧效率有所升高,NO_x排放稍有增加,而碳烟、THC和CO排放则明显下降.模拟结果表明,随着PODEn比例的升高,NO_x排放随着缸内高温燃烧区域以及燃料含氧量的增加而稍有增加,而对碳烟、THC和CO排放的氧化速率升高.     

预喷对重载柴油机燃烧与排放影响的试验

基于内窥镜测量技术,在一台6缸高压共轨重载柴油机上研究了预喷正时、预喷油量与EGR率等对燃烧放热、排放物生成的影响作用.对柴油机缸内燃烧过程中的火焰图像进行了采集,并且通过双色法计算得到了碳烟颗粒场分布图像.结果表明:随预喷正时延迟,缸内峰值压力升高,预喷燃烧的两阶段放热现象消失,预喷燃烧的火焰亮度加强,NOx和碳烟排放均降低;随预喷油量增加,预喷燃烧的放热率和火焰亮度升高,NOx和HC排放增大,而碳烟和CO排放降低;随EGR率提高,预混燃烧强度变弱并且开始呈现两阶段放热现象,主燃烧始点滞后,NOx排放显著降低,但碳烟、HC和CO排放升高.采用内窥镜测量可以更方便准确地了解发动机实际运行工况下缸内燃烧特性.     

低温预混合燃烧模式的燃烧与排放特性试验研究

在一台电控高压共轨涡轮增压柴油机上研究了低温预混合燃烧模式对柴油机燃烧及排放的影响。采用早喷或晚喷预混方式,结合高废气再循环(EGR)率实现低温预混合燃烧,并研究了喷油正时、EGR、喷油压力和负荷率变化对预混燃烧模式的放热规律、排放特性和经济性的影响。研究结果表明:长的燃空预混合期是实现缸内预混燃烧的一个关键因素,中低负荷时,无论是早喷或晚喷预混模式,均具有长预混合期,短的扩散燃烧过程,兼具预混燃烧和低温燃烧的特征,高负荷下扩散燃烧比例增大;晚喷预混燃烧模式下,碳烟和氮氧化物(NO_x)排放同时获得降低,但低温燃烧和稀薄的混合气易导致燃烧不完全,喷油推迟较晚时引起HC和CO排放显著增加,并导致燃油消耗率增大;增加喷油压力可以同时改善碳烟、CO和HC排放,但是NOx排放增加,单纯提高喷射压力并不能获得性能的全面提高。     

新配方乙二醇单乙醚含氧燃料对柴油机燃烧和排放的影响

将乙二醇单乙醚(EGME)作为柴油机含氧燃料,选用乙二醇二甲醚(EGDE)作为助溶剂和十六烷值改进剂,按两者体积比2:1配制了新配方乙二醇单乙醚含氧燃料.对新配方含氧燃料的燃烧与排放特性进行研究.结果表明,在柴油中加入体积分数为15%～25%的新配方乙二醇单乙醚含氧燃料,柴油机热效率明显提高,燃烧速度加快,燃烧持续期缩短,着火略有延迟.碳烟和CO排放大幅度降低,碳烟排放降低40.7%～75.0%,CO在高负荷下降低40.0%～60.9%,NOx排放稍有下降,HC排放基本不变.     

柴油机燃用F-T柴油与0号柴油混合燃料时的性能与排放研究

开展了直喷式柴油机燃用F-T柴油与0号柴油混合燃料时性能与排放的研究,试验用燃料为O号柴油、含25%和50%F-T柴油的混合燃料以及100%F-T柴油.结果表明,在相同工况下,随着混合燃料中F-T柴油比例的增加,滞燃期缩短,预混燃烧放热峰值降低,扩散燃烧放热峰值增大,最高燃烧压力略微降低,发动机的燃油消耗率和有效热效率得到改善.在负荷特性上,发动机的CO2、HC、CO、NOx和碳烟排放随着F-T柴油的加入而降低,其中CO和碳烟在中高负荷时降低幅度最为显著.当F-T柴油掺混比例由0增至25%时,碳烟排放降低效果最为明显,此后随着F-T柴油的继续增加,碳烟排放降低幅度减少.     

柴油-乙醇-四氢呋喃混合燃料的燃烧与排放特性

在一台6缸增压柴油机上开展了无水乙醇、四氢呋喃(THF)与柴油混合燃料对柴油机燃烧和排放影响的研究,所用燃料为纯柴油、体积分数为15%THF和85%柴油的柴油-THF混合燃料及10%乙醇、5%THF和85%柴油的柴油-乙醇-THF混合燃料.结果表明:添加5%THF可以明显改善柴油-乙醇混合燃料的互溶性,添加THF使发动机燃油消耗率增加,有效热效率降低;而柴油-乙醇-THF混合燃料的有效热效率略低于原机;THF的加入导致NOx排放增加了8%,CO排放增加了5%,HC排放增加2%,碳烟排放降低25%;柴油-乙醇-THF混合燃料与柴油相比碳烟排放降低了38%,CO排放降低了7%,但是NOx排放增加了16%,HC排放增加了9%.13工况加权结果表明,柴油-乙醇-THF混合燃料的排放和有效热效率较柴油-THF混合燃料更好.添加少量THF不仅能够实现柴油-乙醇燃料稳定互溶,而且较柴油-THF混合燃料获得更优的排放和燃油经济性.