F-T柴油与正丁醇混合燃料的燃烧和排放特性研究

F-T柴油具有十六烷值高、几乎不含硫和芳香烃的特点,正丁醇是能量密度较高的可再生的生物质燃料。在增压中冷4缸柴油机上对比研究了0号柴油、F-T柴油和F-T柴油-正丁醇混合燃料的燃烧、排放特性。结果表明:与柴油相比,掺混丁醇后缸内压力峰值、压力升高率降低;燃用F-T柴油-正丁醇混合燃料可同时降低炭烟和NO_x排放,随着正丁醇掺混比例的提高炭烟排放显著降低,F-T柴油掺混20%正丁醇的炭烟排放降幅高达67.8%,NO_x排放降幅达20.9%。     

柴油机燃用麻疯树油甲酯的氮氧化物排放特性

研究了柴油机燃用麻疯树油甲酯的NOx排放特性。以1台轻型车用直喷式柴油机为试验样机,分别燃用6种不同生物柴油掺混比例的混合燃油,研究总的NOx排放以及NO,NO2,N2O等NOx主要组分的排放特性。结果表明,燃用各种混合燃油的NOx排放曲线形态较为接近,低负荷时差异较小,随负荷增加,排放差异增大。NOx排放以NO和NO2为主,NO排放随着负荷上升而增加,NO在总NOx排放中始终占有最高比例。NO2排放也占有相当比例,在低负荷时较高,随着负荷增大浓度降低,大负荷高温不利于NO2的生成。N2O排放量极低,在中低负荷时有一定生成量,高负荷N2O排放几乎为0,缸内稀燃低温有利于N2O排放的生成。在同一稳定工况下,随生物柴油混合比的提高,NOx,NO,NO2比排放量呈线性增加,N2O比排放量呈线性降低。发动机燃烧生物柴油后,NOx及其组分NO,NO2和N2O的排放量发生改变,而各自的排放变化规律并未发生变化。     

电控高压共轨柴油机燃用生物柴油的试验研究

在1台电控高压共轨柴油机和装有该型号发动机的轿车上,进行不同掺混比生物柴油—柴油混合燃料的性能对比试验,分析了在不同转速和负荷下柴油机燃用不同掺混比混合燃料的动力性、经济性和排放性。研究结果表明:生物柴油与柴油相比,在2 200 r/min负荷特性下,有效能耗率减少,NOx排放增加较多,中小负荷炭烟排放基本相同,大负荷炭烟排放明显降低,中小负荷HC排放明显降低,大负荷HC排放基本一致,CO排放基本不变;在外特性下,功率略有增加,HC排放和炭烟排放均有所降低,CO排放和NOx排放增加。     

基于Converge的F-T煤制油燃烧与排放特性数值模拟研究

为了研究煤制柴油对柴油机燃烧排放性能的影响,通过Converge软件对1台1.46 L缸内直喷高压共轨柴油机燃烧F-T煤制油进行仿真试验,并与石化柴油的燃烧过程进行对比.研究结果表明:在柴油机低转速工况下,燃用F-T煤制油有效功率降幅较小,随着转速的升高,有效功率降幅增大;燃用F-T煤制油缸内压力低于燃用普通柴油,开始放热时刻较早,预混阶段喷油量较少使得预混放热峰值较低,在扩散燃烧阶段放热峰值高于普通柴油;燃用F-T煤制油炭烟排放量相比于柴油降低42％,NOx排放降低31％.     

多次喷射对柴油机燃烧与排放影响的试验研究

基于1台高压共轨涡轮增压柴油机,采用不同的预喷正时、预喷油量与后喷正时等,研究了多次喷射对燃烧放热、排放生成与燃油经济性的影响,以实现均质压燃和低温燃烧过程。研究结果表明:随预喷正时提前,缸内峰值压力降低,主燃阶段的滞燃期缩短,NOx和炭烟排放均降低;随预喷油量增加,预喷阶段燃烧的放热率和最大压力升高率增大,NOx和HC排放增大,而PM和CO排放降低;随后喷始点推迟,缸内压力与主放热率峰值差异变小,NOx排放降低,但炭烟排放先增大后逐渐降低。     

共轨柴油机燃用生物柴油-汽油混合燃料的性能与排放研究

为了研究生物柴油在柴油机上的应用,在一台6缸高压共轨柴油机上进行生物柴油与汽油混合燃料的性能试验。研究结果表明:随着汽油掺混比的增加,生物柴油-汽油混合燃料的黏度、凝点和馏程温度降低,热值有所提高;在部分负荷和中等负荷下,生物柴油-汽油混合燃料的峰值燃烧压力、峰值放热率和燃烧温度都会升高;在大负荷下,3种燃料的缸内压力、瞬时放热率和燃烧温度相差不大。发动机转速为1 400 r/min时,与生物柴油相比,BD90G10和BD83G17的NO_x排放分别增加4.2%和6.7%,而炭烟排放显著降低。对于超细颗粒物(D<220 nm)而言,混合燃料的峰值数浓度对应的直径小于生物柴油;在低负荷和中等负荷下,汽油掺混能够有效降低超细颗粒物排放,但在大负荷下,BD90G10和BD83G17的颗粒数浓度相差不大,表明汽油掺混比的进一步增大对超细颗粒物排放的减少影响较小。     

聚甲氧基二甲醚对轻型柴油机排放特性的影响

为了降低柴油机的颗粒排放,将聚甲氧基二甲醚(PODE)按照体积分数10%,20%和30%掺混于柴油中,制备出柴油-PODE混合燃料(记为P10,P20和P30),在一台轻型柴油机上对柴油-PODE混合燃料进行了燃烧和排放特性试验研究,并采用热重方法分析了混合燃料的挥发性与氧化特性。结果表明:P10,P20和P30在常温下都具有良好的稳定性,在0~5℃区间PODE掺混比例高于20%将出现浑浊现象,混合燃料的黏度随着掺混比例增加与温度升高而逐渐下降;随PODE掺混比例的增加,混合燃料的活化能下降,综合燃烧指数提高,P10,P20和P30的起始失重温度相对于柴油分别降低了3.3,4.3,5.3℃,起始燃烧温度分别降低了9.4,17.8,24.2℃;柴油机燃用柴油-PODE混合燃料时,随着PODE掺混比例的增加,滞燃期缩短,放热率曲线和压力升高率曲线向前偏移,缸内最高压力提高;在标定工况下,燃用P10,P20和P30的烟度较燃用柴油分别降低了26.1%,31.2%和34.8%,颗粒物较柴油在各粒径下的质量浓度均有不同程度降低,且分布峰值向小粒径偏移。     

汽油掺混PODE3-4对发动机燃烧和排放的影响

为了实现汽油在发动机上的压缩燃烧，在一台4缸四冲程压燃式发动机上使用不同掺混比的聚甲氧基二甲醚(PODE_3-4)-汽油混合燃料，探究了在不同负荷下的燃烧和排放特性。结果表明：在小负荷工况(0.13,0.38 MPa)下，掺混PODE_3-4使缸内燃烧压力和放热率升高；在大负荷工况(0.88,1.13 MPa)下，放热率随掺混比增加逐渐降低；对于排放特性，随着负荷的增加，NO_x和Soot排放逐渐升高，当负荷大于0.38 MPa时，CO和HC排放均保持在较低水平；随着掺混比的增加，Soot、CO、HC、苯和甲醛等污染物排放呈现出降低的态势，而NO_x排放变化不大。     

进气节流对柴油机低负荷性能影响的试验研究

在柴油机上加装节流阀是提升小负荷工况排温、改善排放的途径之一,但会对柴油机的其他性能造成影响。本研究通过给柴油机加装节流阀,研究了进气节流对柴油机小负荷工况性能的影响。试验结果表明:进气节流对柴油机的排温和NOx排放提升明显;柴油机进气节流后缸内压力下降,缸内平均燃烧温度、机械效率升高,滞燃期延长,燃烧始点后移;中低转速小负荷工况,随着节流程度的增加,燃油消耗率和烟度增加;高转速小负荷工况,一定范围内通过进气节流可以实现燃油消耗率和烟度的降低。2 500r/min,29N·m工况,保持EGR阀全开,随着节流程度的增加,NOx和烟度出现同时下降趋势,当空气流量由191.4kg/h降至140.6kg/h时,燃油消耗率、NOx、烟度分别下降了7.9%,58.1%,27.3%,排温提升了42.5%。     

含氧燃料与进气氧浓度对柴油机燃烧与排放的影响

在1台4缸高压共轨柴油机上,通过向柴油中掺混0%,10%,20%正丁醇(质量分数),研究了在不同进气氧浓度条件下,掺混燃料含氧量对柴油机燃烧特性与排放的影响规律。研究结果表明:进气氧体积分数处于20%~21%之间时,燃用3种燃料的滞燃期均不随氧浓度的变化而变化;随着掺混比例的增加,燃料中含氧量增加,这导致了滞燃期的增加,且随着进气氧浓度的降低,滞燃期受燃料性质的影响作用不断增强;随着燃料中含氧量增加,炭烟(Soot)排放逐渐减小;掺混燃料的含氧量对NO_x排放的影响不明显,而对指示热效率的提升有积极作用,在进气氧体积分数小于15%时,燃料含氧量对指示热效率的促进作用减弱。     

内外EGR和喷油压力对柴油机低温燃烧的影响

在1台装有电液可变气门的单缸柴油机上,通过改变内外EGR策略和喷油压力,对柴油机小负荷工况下低温燃烧的燃烧特性和排放特性进行了试验研究。内部EGR通过排气门两次开启实现,发动机转速和喷油量分别固定为1 500r/min和20mg/cycle。研究结果表明,通过高EGR率控制可以实现超低NOx排放,其中采用高喷油压力可以降低内部EGR的炭烟排放,而采用低喷油压力可以降低外部中冷EGR的HC和CO排放。在内外EGR耦合控制策略中,提高内部EGR比例可以降低HC和CO排放,但改善效果逐渐减弱,同时为了抑制炭烟排放,需要结合更高喷油压力,而提高外部中冷EGR比例可以获得较高热效率。     

EGR回路喷甲醇在柴油机上的应用研究

在YC6A220C柴油机上进行了进气道喷甲醇结合EGR的试验研究,在保持原柴油机动力性基本不变的基础上,研究了在不同负荷下,选用不同的EGR率和不同甲醇消耗率对原机的动力性、经济性、NOx和炭烟排放的影响。研究结果表明:单纯地使用EGR对于降低NOx效果比较明显,但是难以同时降低炭烟的排放,尤其当EGR率超过30%时,随着EGR率或者负荷的增加炭烟也急剧增加。向回路喷入适量甲醇后,不但可以保证NOx排放减少,而且炭烟排放也可以大幅度降低。在1 500r/min(最大扭矩转速)下,在EGR率为20%~35%,甲醇消耗率为50~70g/(kW·h)范围内,可以同时降低NOx和炭烟排放。发动机的动力性和燃油消耗略有降低,排放水平均低于燃用0号柴油。     

加载停滞时间对柴油机瞬态性能的影响

为了改善柴油机瞬态加载过程中燃烧与排放性能恶化的问题,在一台增压中冷柴油机上,利用瞬态测控系统,试验研究了先快后慢的多段加载策略,探索不同的加载停滞时间对柴油机θCA10,θCA50,烟度和CO,NOx等排放物的影响规律。试验结果表明:与匀速加载策略相比,加载停滞时间越长,排放性能越好,烟度和CO峰值最大分别降低20.8%和38.32%,但NOx略有增加;在第二段加载过程中θCA10和θCA50延后程度降低;加载过程后期缸内空燃比下降趋势更加缓和。     

Effects of split injection,oxygen enriched air and heavy EGR on soot emissions in a diesel engine

The effects of split injection, oxygen enriched air, and heavy exhaust gas recirculation (EGR) on soot emissions in a direct injection diesel engine were studied using the KIVA-3V code. When split injection is applied, the second injection of fuel into a cylinder results in two separate stoichiometric zones, which helps soot oxidation. As a result, soot emissions are decreased. When oxygen enriched air is applied together with split injection, a higher concentration of oxygen causes higher temperatures in the cylinder. The increase in temperature promotes the growth reaction of acetylene with soot. However, it does not improve acetylene formation during the second injection of fuel. As more acetylene is consumed in the growth reaction with soot, the concentration of acetylene in the cylinder is decreased, which leads to a decrease in soot formation and thus soot emissions. A combination of split injection, a high concentration of oxygen, and a high EGR ratio shows the best results in terms of diesel emissions. In this paper, the split injection scheme of 75.8.25, in which 75% of total fuel is injected in the first pulse, followed by 8°CA of dwell time, and 25% of fuel is injected in the second pulse, with an oxygen concentration of 23% in volume and an EGR ratio of 30% shows a 45% reduction in soot emissions, with the same NOx emissions as in single injection.     

柴油-正丁醇混合燃料的宏观喷雾特性试验研究

在高压共轨燃油喷雾试验台上对正丁醇体积掺混比分别为0%,5%,10%和20%的柴油-正丁醇混合燃料的宏观喷雾特性进行了研究。结果表明:在相同共轨压力下,随着背压的增加,喷雾锥角增大,喷雾贯穿距减小;在相同背压下,随着共轨压力的增加,喷雾贯穿距和喷雾锥角均逐渐增大,但当共轨压力增大到110 MPa时,二者不再增大;在相同背压和相同共轨压力下,喷雾贯穿距和喷雾锥角随着正丁醇比例的增加逐渐增大,说明在柴油中混合一定比例的正丁醇可以提高燃料的雾化质量。     

Operating strategy for gasoline/diesel dual-fuel premixed compression ignition in a light-duty diesel engine

Environmental problems have become a major issue for diesel engine development. Although emission aftertreatment systems such as DPFs (diesel particulate filters), LNTs (lean NOx traps) and SCR (selective catalytic reduction) have been used in diesel vehicles, the manufacturing cost increase caused by this equipment can be hard to be control. Thus, it is better for engine emissions to be reduced by improving the combustion system. A dual-fuel combustion concept is a recommended method to improve a combustion system and effectively reduce emissions. Low reactivity fuel including gasoline and natural gas, which was supplied to the intake port by the FPI (port fuel injector), improved the premixed air-fuel mixture conditions before ignition. Additionally, a small amount of high reactivity fuel, in this case diesel, was injected into the cylinder directly as an ignition source. This dual-fuel combustion promises lower levels of NOx (nitrogen oxide) and PM (particulate matter) emissions due to the elimination of local rich regions in the cylinder. However, it is challenging to control the dual-fuel combustion because the combustion stability and efficiency deteriorate due to the lack of ignition source and reactivity. Thus, it is important to establish an appropriate dual-fuel operating strategy to achieve stable, high efficiency and low emission operation. As a result of this research, a detailed operating method of dual-fuel PCI (premixed compression ignition) was introduced in detail at a low speed and low load condition by using a single cylinder diesel engine. Engine operating parameters including the gasoline ratio, a diesel injection strategy consisting of multiple injectors and timing, the EGR (exhaust gas recirculation) rate and the intake pressure were controlled to satisfy the low ISNOx (indicated specific NOx) and PM emissions levels (0.21 g/kWh and 0.1 FSN, 0.040 g/kWh, respectively) as per the EURO-6 regulation without any after-treatment systems. The results emphasized that a well-constructed dual-fuel PCI operating strategy showed low NOx and PM emissions and high GIE (gross indicated fuel conversion efficiency) with excellent combustion stability.     

喷嘴开启压力对DISI甲醇发动机燃烧和排放的影响

在1台经过改装的1.99L自然吸气缸内直喷点燃式甲醇发动机上,进行了喷嘴开启压力对发动机有效热效率、燃烧及排放影响的试验研究。在发动机转速为2 000r/min的各负荷工况下,选取7.5 MPa,12.5 MPa和17.5 MPa 3个喷嘴开启压力进行试验分析。结果表明:随着喷嘴开启压力的降低,发动机有效热效率、最大缸内压力和放热率略微增加,但是在小负荷工况下降低喷嘴开启压力,HC排放和CO排放显著增加,在大负荷工况下提高喷嘴开启压力会使NOx排放显著增加。     

发动机燃用生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的性能试验

为了降低柴油机燃用中等比例生物柴油-柴油混合燃料的污染物排放,在1 400r/min和2 000r/min不同负荷条件下,首先对比分析了发动机燃用生物柴油-柴油混合燃料与纯柴油的性能差异,然后在中等比例的生物柴油-柴油混合燃料中分别掺混10%和20%(体积比)的无水乙醇,测定了乙醇掺混比对发动机经济性、动力性和排放特性的影响。结果表明:与纯柴油相比,生物柴油-柴油混合燃料的有效燃油消耗率上升,动力性略有下降,炭烟排放降低,而NO_x排放升高。随着乙醇掺混比的增大,生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的有效燃油消耗率升高,小负荷时受乙醇汽化潜热的影响导致有效热效率下降,中等负荷时乙醇对有效热效率的影响不大,而大负荷时乙醇的高含氧量能够提高发动机的有效热效率。1 400r/min和2 000r/min全负荷条件下,发动机的最大功率随乙醇掺混比的增大而下降。在不同负荷条件下,随着生物柴油-柴油-乙醇混合燃料中乙醇掺混比的增大,发动机的炭烟、NO_x和CO排放逐渐降低,小负荷时乙醇的高汽化潜热导致HC排放明显升高。     

正丁醇预混合气对轻型柴油机热效率和排放的影响

对1台轻型柴油机进气道进行改装,从而在进气道中形成均质丁醇预混合气。研究了在不同工况下正丁醇预混比对发动机指示热效率和排放的影响。研究结果表明:随着丁醇预混比例的增加,发动机指示热效率呈现上升的趋势,转速为3 350r/min,平均指示压力为1MPa时指示热效率的提升率达到最大为4.3%;压力升高率过大,限制了在大负荷条件下使用更高的丁醇预混比例;随着丁醇预混比例的增加,发动机soot和NO_x排放明显改善,而CO和HC排放均随着丁醇预混比的增加而增大。