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.     

压燃式发动机燃用汽油/柴油混合燃料瞬变工况下燃烧及微粒排放特性分析

针对压燃式发动机燃用汽油/柴油混合燃料稳态及瞬态工况下的燃烧及微粒排放粒度分布特征进行了试验研究,分析了汽油掺入比例及EGR对发动机稳态及不同瞬变率的恒转速增转矩瞬变工况超细微粒数量排放的影响规律.结果表明:在大负荷工况下采用高汽油掺入比例的汽油/柴油混合燃料能够在不引起NOx显著增加的前提下进一步降低排气烟度,有助于拓展预混合燃烧过程负荷工况范围;但较高汽油掺入比例易导致油气过度混合,对HC及CO排放有不利影响,尤其会导致小负荷工况下CO排放显著增加.综合考虑不同负荷工况下运行情况,认为汽油掺入比例在40%,~50%,左右较为适宜.燃用汽油/柴油混合燃料时排气颗粒物更趋于细化,其微粒几何平均粒径较柴油明显降低.瞬变工况增负荷过程中,各模态微粒数量浓度均有所升高,随汽油掺入比例增大积聚态微粒数量增加程度变缓,当汽油掺入比例达到50%,时,在高瞬变率工况时积聚态微粒数量无明显增加.高比例EGR条件下,瞬变过程中积聚态微粒数量浓度在增负荷初期便急剧增加,燃用汽油/柴油混合燃料有利于缓解瞬态工况积聚态微粒数量急剧增加的程度.     

加氢催化生物柴油燃烧排放特性的试验

将加氢催化生物柴油以质量分数为5%,、10%,、20%,和30%,的比例掺混到国Ⅳ柴油中,与纯国Ⅳ柴油共5种燃油分别在定容燃烧弹中进行了燃烧特性的可视化试验;同时,在发动机台架上进行了欧洲稳态测试循环(ESC)十三工况排放特性的测试.可视化试验结果给出了不同环境温度和环境压力下随加氢催化生物柴油掺混比例的增加,燃烧滞燃期及燃烧持续期的变化规律;ESC排放试验进一步证明随着加氢催化生物柴油添加量的增加THC、NO_x、PM和CO排放都有不同程度的降低,其中,CO的排放呈线性下降,NO_x排放的降低在高负荷、低转速时最为显著.     

汽油、正丁醇掺混柴油对部分预混压燃的燃烧和排放影响

通过一台高压共轨重型柴油机,使用汽油/柴油和正丁醇/柴油掺混燃料,掺混比例为40%、60%和80%(体积分数),研究了平均有效压力(BMEP)为0.48 MPa和0.95 MPa工况下汽油和正丁醇燃料掺混对柴油部分预混压燃(PPCI)模式的燃烧和排放影响.结果表明:随着汽油和正丁醇掺混比例的提高,滞燃期明显延长,更大程度地将喷油与燃烧过程分离,实现高比例预混燃烧.在BMEP为0.48 MPa工况下,各比例掺混燃料均易实现高比例预混燃烧,掺混比例为40%结合EGR即可满足欧Ⅵ排放限值,而掺混比例为80%时燃烧则受到压力升高率极限和燃烧效率恶化的约束.随BMEP升至0.95 MPa,各燃料滞燃期缩短、预混燃烧比例明显降低,掺混比例为40%和60%时,各掺混燃料均呈明显的扩散燃烧过程.相比于汽油,正丁醇掺混燃料在较低掺混比例可获得更低的有效燃油消耗率(BSFC)和soot排放,正丁醇以高掺混比例(80%)结合中等EGR率实现了87%的预混燃烧比例,NOx以及颗粒物排放分别为0.4 g/(kW·h)和0.001 5 g/(kW·h).     

直喷柴油机燃用生物柴油/柴油混合燃料适应性研究

在AVL标准试验台架上研究了掺混不同比例生物柴油混合燃料对DW10TD四缸电控柴油机动力性、经济性及排放性的影响.研究结果表明,发动机在不作任何改动的前提下,可实现稳定运转;发动机燃用B10的动力与原柴油机相当,燃用B20,B30时动力与燃用B0时相比下降幅度在3%以内.随着柴油中生物柴油添加比例的增大,发动机有效燃油消耗率增大,但发动机燃烧有效热效率有所改善.发动机燃用掺混生物柴油混合燃料对发动机碳烟排放有显著的改善作用;CO和NOx排放在中小负荷与原柴油机相当,大负荷时CO排放随着混合燃料中生物柴油添加比例的增高而减少,而NOx排放则随着生物柴油添加比例的增大而升高;THC排放在中小负荷随着生物柴油添加比例升高而下降.大负荷下燃用各种燃料THC排放基本相当.     

PODE_n对汽油压燃燃烧过程与排放的影响

针对汽油压燃(GCI)在不同负荷存在的问题,将具有高含氧量、高十六烷值的燃料聚甲氧基二甲醚(PODE_n)与汽油掺混,其中PODE_n体积分数为20%,以优化汽油的燃料特性,掺混燃料简称为G80P20.在转速为1660,r/min、平均有效压力(BMEP)分别为1.43、0.95和0.48,MPa的3个负荷下,研究了PODE_n对GCI燃烧与排放特性的影响.结果表明:在大负荷工况下,掺混体积分数为20%,的PODE_n能同时显著改善GCI的碳烟(soot)排放和压力升高率,随着喷油压力的增加,两者的改善程度增加;在喷油压力为120,MPa下,两者降低幅度分别达到68%,和51%,,其NOx和soot排放可在无后处理情况下达到国Ⅴ排放水平;在中等负荷工况下,汽油的燃烧可控性随喷油压力的增加而显著降低,而G80P20的燃烧可控性基本不受喷油压力的影响,且达到与柴油基本相当的水平;在小负荷工况下,G80P20能显著改善GCI的燃烧效率,降低HC和CO排放,循环波动率(COV)从5%,降至2%,,提高了燃烧稳定性.     

餐饮废油基生物柴油对柴油机有害排放特性的影响

在一台电控共轨增压中冷柴油机台架上，燃用纯柴油以及分别掺混10%、20%、30%餐饮废油制生物柴油的柴油/生物柴油混合燃料，研究生物柴油对柴油机燃烧及排放特性的影响。结果表明:生物柴油使发动机的预喷放热率略微下降，主喷放热率有所升高，缸压峰值随掺混比例的增大略有降低；燃用生物柴油使发动机的NO_x排放有所上升，HC排放略有下降，CO排放变化不大；低转速下核模态颗粒排放略微增加，积聚态颗粒数有所减少，高转速下核模态和积聚态颗粒数都减少；掺混生物柴油会增加发动机排气颗粒物的氧化活性，使得最大氧化速率温度降低，活化能降低；掺混生物柴油能够降低颗粒相多环芳烃的质量比排放。     

高原环境下聚甲氧基二甲醚对柴油机燃烧和排放性能的影响

以掺混不同体积分数（10%、20%）聚甲氧基二甲醚（polymethoxydimethyl ethers, PODE）的柴油为含氧燃料,采用某军用泵机组柴油机进行发动机台架试验,通过控制进气压力模拟高原地区柴油机进气条件,模拟海拔0~4 000 m时含氧燃料对发动机外特性、燃烧特性和排放性能的影响。结果表明,低海拔下,该柴油机燃用掺混PODE燃料后功率低于燃用0号车用柴油,燃油消耗率升高。随海拔升高,柴油机燃用掺混PODE燃料后功率和燃油消耗率逐渐接近燃用纯柴油。当海拔达到4 000 m时,柴油机燃用掺混20%体积分数的PODE燃料后功率平均增加3.6%,燃油消耗率平均下降1.2%。海拔4 000 m、柴油机2 000 r/min、100%负荷下,燃用掺混PODE燃料后燃烧位移前移,缸压峰值、放热率峰值提高,滞燃期和燃烧持续期缩短。不同海拔下,燃用掺混PODE燃料后CO、HC排放显著降低,NO_x排放有所增加。     

混合燃烧时汽油含量对发动机燃烧和排放的影响

在高压共轨增压中冷压燃式柴油机上加装汽油进气道喷射系统,试验研究汽柴油混合燃烧时汽油的质量分数对发动机燃烧和排放的影响。结果表明:发动机转速为1738 r/min时,随着汽油质量分数的增加,不同负荷下发动机的燃烧呈现不同的趋势,滞燃期变长,燃烧持续期变短,发动机燃烧的等容度和最大压升率增加;随着汽油质量分数的增加,碳烟和NO_x的排放大幅度减少,但是HC和CO的排放大幅升高,需加装柴油氧化催化(diesel oxidation catalyst,DOC)以降低HC和CO的排放。     

DME／CNG双燃料均质压燃发动机性能试验研究

研究了二甲基醚和天然气双燃料均质压燃发动机性能和排放特性.结果表明,采用高十六烷值燃料二甲基醚和高辛烷值燃料天然气,可以拓宽均质压燃的运行工况范围.均质压燃发动机在中等负荷工况,热效率比传统压燃式发动机高.小负荷工况,采用二甲醚和大比例EGR方案可以提高热效率.和传统压燃式或点燃式发动机不同,均质压燃发动机的着火始点对经济性影响不大.均质压燃发动机的NOx排放极低,比原机降低95%以上.随着二甲基醚浓度增加,NOx排放增加,HC和CO排放降低;接近爆震燃烧区域,NOx排放急剧升高,而接近稀燃极限区域,HC和CO排放急剧升高,发动机热效率降低.     

2-甲基呋喃/汽油发动机燃烧和排放特性

基于一台点燃式发动机,研究了燃用2-甲基呋喃(MF)及其体积分数为10%和20%低比例汽油混合燃料的发动机燃烧和排放特性,并与纯汽油进行对比.结果表明:MF及混合燃料抗爆性优于汽油,高负荷下允许发动机使用更加提前的点火时刻.单独燃用或掺混MF使滞燃期、燃烧持续期相对汽油缩短,循环波动系数降低,同时缸内峰值压力、最高平均温度相对升高.较高的燃烧温度及含氧量使MF及混合燃料HC和CO排放相对汽油降低,使用20%混合燃料时最高降低比例分别约为10%和3%.但燃用MF及混合燃料的NOx排放相对汽油升高.     

辛烷值对均质压燃发动机燃烧特性和性能的影响

通过不同比例的正庚烷和异辛烷混合得到不同辛烷值的混合燃料，在一台单缸直喷式柴油机上研究燃料辛烷值对均质压燃发动机燃烧特性、性能和排放特性的影响．研究结果表明，燃料辛烷值增加，着火始点推迟，燃烧反应速率降低，缸内爆发压力降低．燃料辛烷值增高，均质压燃向大负荷工况拓宽，燃料辛烷值较高时，存在极限转速，辛烷值增加，极限转速降低．对于每一工况，存在一个最佳经济性的燃料辛烷值，负荷增大，最佳辛烷值增高；随着燃料辛烷值增高，发动机NO、HC和CO排放增加，尤其是HC排放增加更为明显．对于均质压燃发动机，低负荷工况适合燃用低辛烷值燃料，高负荷工况适合燃用高辛烷值燃料。     

柴油机燃用混合替代燃料的燃烧与排放特性

将生物柴油和F-T柴油(F-T diesel)进行掺混,并将其混合燃料应用于4100QBZL柴油机上.在未对原机做任何改动的情况下,研究了该机燃用不同体积配比混合燃料时的燃烧特性及NOx和碳烟排放性能.研究表明,与0#柴油相比,该机的预混燃烧放热峰值降低、扩散燃烧放热峰值升高、燃烧更柔和;NOx排放随着生物柴油掺混比例的增大而升高;碳烟排放显著下降,较0#柴油的降低幅度高达37%;低比例的混合燃料对NOx排放和碳烟排放的trade-off关系有明显改善.生物柴油与F-T柴油混合燃料宜在较低的生物柴油掺混比例范围内使用.     

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.     

氧体积分数对低十六烷值混合燃料燃烧特性影响

在一台转速为1 600,r/min、喷油量为21,mg/cyc的4缸增压直喷式柴油机上,进行不同进气氧体积分数对正丁醇/汽油/柴油混合燃料低温燃烧方式燃烧和排放性能影响的试验.结果表明:对于纯柴油和掺混30%,汽油、30%,正丁醇和15%,正丁醇+15%,汽油的混合燃料,降低进气氧体积分数,缸内压力和缸内平均温度迅速下降,放热率始点推迟,滞燃期延长,当量燃油消耗率增加,NO_x排放大幅降低,CO排放增加.在进气氧体积分数较高(大于19%,)时,碳烟(soot)排放变化较小,进一步降低进气氧体积分数,soot排放急剧增加.在相同的进气氧体积分数下,掺混30%,汽油、15%,正丁醇+15%,汽油和30%,正丁醇的混合燃料与纯柴油相比,放热率峰值依次升高,滞燃期依次延长,NO_x排放无明显变化,CO排放增加,而soot排放大幅度降低.     

生物柴油/DMF混合燃料对柴油机低温燃烧的影响

在生物柴油中分别掺入体积分数20%和50%,的2,5-二甲基呋喃(DMF)组成DMF20和DMF50混合燃料,在一台单缸柴油机上对柴油、生物柴油和生物柴油/DMF混合燃料开展低温燃烧试验研究.结果表明,生物柴油和柴油燃烧特性相近,生物柴油含氧特性在一定程度上可以改善低温燃烧的碳烟排放;增大生物柴油中DMF掺混比例,混合燃料十六烷值降低,滞燃期延长,燃烧速率加快,预混放热峰值升高,最大压力升高率增大,DMF50即使在高负荷下也呈现典型的预混单峰放热.在低负荷时,掺混燃料热效率并没有优势,随负荷增大,掺混燃料在热效率方面逐渐表现出优势,特别是DMF50在高负荷时优势明显,指示热效率提高到46.5%(此时柴油和生物柴油分别为43%和43.3%).掺混DMF对碳烟改善明显,在高负荷、低温燃烧、低氧浓度条件下DMF50仍可基本实现无碳烟排放,同时提高DMF掺混比例对改善高负荷低温燃烧的CO和HC排放作用显著.     

柴油机燃用菜籽油-柴油混合燃料的试验研究北大核心CSCD

文章在一台双缸直喷柴油机上开展了燃用菜籽油-柴油混合燃料时的发动机性能、燃烧和排放特性研究,并与燃用柴油时相比较。研究结果表明:当菜籽油的掺混比(体积分数)不大于20%时,混合燃料的运动粘度和密度接近于柴油;在低负荷工况下,燃用混合燃料时的燃烧开始时间与柴油几乎相同,但缸内压力峰值和放热率相对较高;在高负荷工况下,燃用混合燃料时的燃烧开始时间略早于柴油,特别是VD50;在低负荷工况下,燃用VD50时的燃油消耗率最高,有效热效率最低;随着发动机负荷的逐渐增加,燃用混合燃料与柴油时的燃油油耗率差异逐渐减小,有效热效率也不断提高;在低负荷工况下,燃用混合燃料时的碳烟排放量较高,高负荷时则与之相反;在低负荷工况下,燃用混合燃料时的NOx排放量略低于柴油,高负荷时则几乎相同;在整个负荷范围内,燃用混合燃料时的CO和HC排放量均较高。     

喷油定时对汽/柴油混合燃料燃烧影响的可视化研究

通过一台光学发动机,利用高速摄影技术,对纯柴油和汽油体积掺混比为60%汽/柴油混合燃料(G 60)在不同喷油定时下进行了燃烧特性试验.结果表明:G 0和G 60燃料均呈单峰放热规律;与纯柴油相比,G 60燃料最高燃烧压力pmax对喷油定时变化更为敏感.随着喷油定时提前,纯柴油和G 60燃料的滞燃期呈线性增大,着火时刻逐渐提前,着火点分布于视窗边沿,G 60燃烧图像中高亮火焰面积逐渐减少,柴油扩散燃烧比例降低,累计放热量为5%(CA 5)至累计放热量为50%(CA 50)对应燃烧持续期逐渐缩短.相对于柴油,G 60燃料滞燃期延长,着火时刻滞后,在稀燃状况下,CA 5至CA 50的燃烧持续期延长.     

汽油机燃用甲醇汽油的芳香族碳氢排放试验研究

通过汽油机直接燃用甲醇汽油的发动机台架试验,并应用FTIR排放分析仪,对不同掺混比例甲醇汽油在不同工况下的芳香族碳氢排放进行了检测。试验结果表明:发动机使用甲醇汽油作为燃料,催化器前的排放中,芳香族碳氢的含量随着甲醇掺混比例的升高而减少;对于同一种甲醇汽油燃料,芳香族碳氢排放随发动机转速升高而下降;相同转速下,芳香族碳氢排放随负荷变化不超过20%;芳香族碳氢排放随发动机排气温度升高呈先减后增的趋势,拐点在630℃左右。催化器前后的芳香烃排放变化表明:三效催化器对芳香烃有较好的催化转化效果,大部分工况下芳香烃催化转化率在90%以上。     

锅炉用多比例生物柴油燃烧和排放特性的研究

生物油脂在工业锅炉上的燃烧和污染物排放特性的研究对研究生物柴油在工业锅炉上的应用可行性及锅炉的设计具有较高的参考价值.采用工业锅炉台架试验,测验了7种不同比例的生物油脂掺混燃料的燃烧和污染物排放特征.试验结果表明:工业锅炉在不改变系统和燃烧工况下,低比例生物油脂掺混燃料可在工业锅炉直接使用,当生物油脂掺混体积分数低于30％时,工业锅炉燃烧状况较稳定,工业锅炉烟气中烟尘浓度、一氧化碳、NOx有一定幅度的下降,改善了工业锅炉的污染物排放浓度.生物油脂混合体积分数在20％～30％时,可在工业锅炉直接应用,可改善工业锅炉的燃烧状况并降低了污染物排放浓度,新建的高比例生物柴油工业锅炉炉膛设计可根据其火焰特性进行适当的改进.