柴油燃料特性对重型柴油机燃烧和排放影响的试验

在一台电控高压共轨重型柴油机上,选择5种不同十六烷值(CN)柴油(CN为29、40、44、53和62)进行欧洲稳态测试循环(ESC)测试.结果表明:在25%,负荷下,燃烧放热始点随十六烷值降低而推迟,最大爆发压力和最大压升率明显增大;负荷增大后,十六烷值对放热始点影响变小,在75%,和100%,负荷下,只有CN为29的燃料放热时刻推迟,其余4种燃料缸内压力和放热规律受十六烷值影响很小.随十六烷值降低,有效燃油消耗率增大,但不同燃料有效热效率差异很小,因而低十六烷值燃料较高的燃油消耗是由其较低的热值造成的.随十六烷值降低,NO_x、soot、HC和CO排放增大,在小负荷工况,十六烷值变化对排放影响更显著.ESC十三工况加权结果表明,CN从62减到29,有效燃油消耗率增加5.6%,,NO_x排放增加23%,,soot排放增加300%,,HC和CO排放增加50%,.     

PODE_n/柴油对重型柴油机燃烧与排放的试验

针对一台多缸重型柴油机,围绕进气和燃油喷射系统,研究了可变截面涡轮增压器(VGT)、燃油喷射参数(燃油喷射压力、喷油器流量)对聚甲氧基二甲醚(PODE_n)/柴油混合燃料低温燃烧方式的影响.结果表明:PODE_n/柴油混合燃料可以改善燃烧,降低排放.随着负荷的增加,VGT开度逐渐增大,在进气量充足的情况下,增加VGT开度有助于改善燃油消耗率.综合排放和有效热效率的影响,B25、B50和B100对应的最佳VGT开度分别为50%,、55%,和60%,.提高燃油喷射压力可以降低排放,但过高的燃油喷射压力会导致燃油消耗率升高,B25、B50和B100工况的最佳燃油喷射压力分别为140、160和175,MPa.提高喷油器流量可以缩短燃油喷射持续期和燃烧持续期,提高扩散燃烧速率,排放和有效热效率同时得到改善.     

柴油掺混PODE对重型柴油机低温燃烧及排放影响的试验研究

在一台多缸重型柴油机上研究了聚甲氧基二甲醚(PODE)替代部分柴油并结合废气再循环(EGR)策略对燃烧和排放的影响。试验结果表明聚甲氧基二甲醚具有较高的十六烷值和含氧量,可以有效地减少缸内的不均匀程度,降低污染物排放。聚甲氧基二甲醚可以提高扩散燃烧速率,缩短燃烧持续期,有利于热效率的提高。优化燃油喷射策略可以有效提高发动机的热效率和污染物排放。     

燃料馏程和燃烧相位对柴油机低温燃烧和排放的影响

通过一台改装的6缸增压直喷式柴油机,调整喷油正时实现燃烧相位的调节,在不同燃烧相位下开展了宽馏程燃油低温燃烧和排放特性的试验.结果表明:随初馏点的降低,燃料中汽油轻质馏分增加,燃料十六烷值降低,滞燃期延长,预混合气量增加,NO_x和碳烟排放均得到有效改善,但初馏点过低会导致HC和CO排放增加.随CA,50的延后,碳烟和HC排放增加,CO和NO_x排放降低.燃烧相位和宽馏程燃油特性相结合,可以在保证指示热效率的前提下,实现柴油机燃烧和排放的优化,达到同时降低NO_x和碳烟排放的目的.     

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。     

生物柴油对直喷式柴油机燃烧和排放的影响

列举了生物柴油的基本物化特性。介绍了生物柴油对直喷式柴油机燃烧和排放的影响。相比普通柴油,燃用生物柴油可以减少CO、CO_2、SO_2、HC、微粒以及碳烟的排放且不会影响柴油机工作性能。采用EGR、乳化油、多次喷射及微粒捕捉器等措施可以进一步降低使用生物柴油的微粒和NOx排放。生物柴油作为一种可再生的替代能源,以其良好的环境效应受到越来越多的关注。     

喷孔直径对重型柴油机燃烧和排放的影响

为改善重型柴油机大负荷工况下的燃油经济性,通过一台高强化重型柴油单缸机研究了喷油器不同喷孔直径对燃烧和排放的影响,结果表明：随喷孔直径增大(从0.169 mm增大至0.218 mm),最高爆发压力和瞬时放热率峰值均有升高,燃烧持续期缩短,指示热效率提高．喷油器喷孔直径为0.203 mm时的NOx排放最高,而碳烟排放则随着喷孔直径增大而上升．对于大孔径(0.218 mm)喷油器,改善喷雾的雾化性能是提升燃烧速率的关键,通过与高增压和高轨压的协同作用,可进一步提高放热速率和燃烧等容度．模拟结果中,增大喷孔直径会增加单位时间内的气相燃油生成量,且在活塞凹坑底部易产生较大尺度的涡团,利于物质输运,促进混合．     

二级增压重型柴油机排放和燃烧特性的试验研究

在一台电控高压共轨柴油机上进行二级增压优化匹配,并以单级增压作为对比基准,分析了不同工况下二级增压柴油机的性能、排放与燃烧特性,研究了进气温度对其的影响。试验结果表明:相对单级增压,柴油机二级增压后低速外特性扭矩达到1 170N.m,烟度与燃油经济性改善幅度分别为99.3%和13.4%;二级增压能够提高EGR的引入能力,减小进气节流损失,并可显著改善中低转速、高负荷时NOx与烟度和燃油消耗率之间的平衡关系;在压气机特性图中二级增压柴油机的运行线远离喘振边界线;在各个工况下,进气温度升高使NOx比排放快速增加,导致柴油机NOx与烟度之间的平衡关系变差。     

不同增压系统对重型柴油机性能和排放影响的试验研究

在一台电控高压共轨重型柴油机上,基于高压冷却废气再循环(EGR),对比研究了带废气放气阀式单级固定涡轮截面增压器(WGT)、单级可变涡轮截面增压器(VGT)、二级固定涡轮截面增压器(WGT-FGT)和二级可变涡轮截面增压器(VGT-FGT)四种增压方式对柴油机性能与排放的影响。结果表明:可变截面相对固定截面增压系统(VGT相对WGT,VGT-FGT相对WGT-FGT),能显著提高涡前与进气压差,实现更高EGR率和更低的NO_x排放,同时能够提高进气充量,从而改善燃烧过程。随着NO_x比排放的降低,四种增压方式的油耗都呈现上升趋势,并且VGT-FGT、VGT、WGT-FGT和WGT的燃油消耗率依次升高。当NO_x原始排放控制在5.0g/(kW·h)左右,采用WGT-FGT时燃油消耗率相对WGT获得一定改善(与VGT和VGT-FGT相当),碳烟排放与VGT-FGT接近,明显优于WGT。随NO_x排放降低,可变截面增压系统相对固定截面增压系统逐渐表现出优势:当NO_x原始排放控制在3.5g/(kW·h)左右,VGT可以获得与VGT-FGT接近的燃油经济性和碳烟排放;当NO_x原始排放更低(2.8g/(kW·h)以下),VGT-FGT降低油耗和碳烟排放的优势更加明显。     

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.     

不同EGR循环方式对重型柴油机燃烧与排放特性的影响

针对一台共轨重型柴油机,从提升废气再循环(exhaust gas recycling,EGR)循环能力的角度研究了基于二级增压系统的高压EGR(HP-EGR)、低压EGR(LP-EGR)及基于LP-EGR的高、低级涡轮间废气能量分配对柴油机燃烧过程、性能和排放的影响规律。研究结果表明:与HP-EGR相比,LP-EGR受转速和负荷的影响减小,能够显著提升EGR的循环能力,使柴油机在更宽广的EGR率区域内运行,并将氮氧化物(NOx)降至更低水平;采用HPEGR时,涡前压力随EGR率增加呈线性下降,但LP-EGR的涡前压力与进气压力变化较小,同时在低速中、高负荷时获得较高的空燃比,并显著改善NOx排放与有效燃油消耗率(brake specific fuel consumption,BSFC)和NOx与碳烟排放的平衡关系;在中、高转速高负荷时,HPEGR进/排气压差随EGR率增加逐渐下降并更加低于LP-EGR,NOx-BSFC的平衡关系显著改善;而LP-EGR通过适当增大废气旁通阀开度能有效降低BSFC,同时对NOx-碳烟的平衡关系影响较小,但低转速高负荷时应采用关闭旁通阀的控制策略。     

直接/间接煤制油对重型柴油机燃烧和排放的影响

在一台高压共轨重型柴油机上,通过试验研究煤直接液化(DCL)燃油及煤间接液化(ICL)燃油对柴油机燃烧和排放的影响.结果表明,在小负荷时,相比柴油燃料,DCL滞燃期较长,预混燃烧比例较高,最大压力高升率较大,而ICL滞燃期较短;预混燃烧比例较低,最大压力升高率较小,在扩散燃烧阶段两种煤制油的放热率均高于柴油,燃烧持续期均短于柴油.随着负荷增大,不同燃料的燃烧特性差异逐渐减小.两种煤制油的有效热效率低于柴油,其中DCL的有效热效率略高于ICL.煤制油均可获得较低的NOx和碳烟排放,但煤制油的HC和CO排放稍高于柴油.对于ESC循环加权结果,DCL和ICL的有效热效率相对柴油分别降低2.6%和3.4%;ICL在降低NOx方面强于DCL,相对柴油降低2.5%,在降低碳烟方面稍差于DCL,DCL的碳烟降幅63.1%大于ICL的53.7%;对于ICL,其HC增大幅度为17.1%,CO增大幅度为9.1%,均分别小于DCL的32.4%和29.5%.     

不同标准柴油对柴油机性能和排放特性的影响

在全流定容稀释采样系统台架上,对一台国-V发动机进行了燃用不同标准柴油的ESC、ETC循环测试。研究结果表明:燃用国-Ⅴ柴油时在外特性下的最大功率和扭矩均小于国-Ⅳ和国-Ⅲ柴油;随着柴油质量的下降,ESC和ETC试验的NOx和PM排放值呈增大趋势。对ESC和ETC试验中的PM进行了萃取和化学分析,发现ETC循环下的多环芳烃总含量是ESC循环下的2~3倍,任意工况下国-Ⅲ柴油排放的多环芳烃总含量远远大于国-Ⅳ和国-Ⅴ柴油排放。     

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.     

柴油甲醇组合燃烧对机车柴油机排放性能的影响

对一台应用于机车的中速大型柴油机,按照柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)的要求,进行了相应的改造,以探究DMCC燃烧模式对其排放性能的影响。结果表明:在800 r/min@9 600 N·m工况下,掺烧甲醇后,NO_x比排放大幅降低,但过分提高甲醇替代率,则NO_x比排放会有所升高;CO₂比排放、燃料费用随甲醇替代率的升高而降低;当量油耗则先随甲醇的替代率提高而升高,随后降低;HC比排放随甲醇替代率提高有所升高。相比于原机,在800 r/min、9 600 N·m、-4° ATDC、35.9%替代率工况, NO_x比排放仅为3.15 g/(kW·h),最大降幅达到56.5%;DMCC模式,640 r/min@6 850 N·m工况下,随着供油提前角的推迟,NO_x、HC比排放降低,排气温度逐渐升高;中等替代率下最低油耗对应的供油提前角推迟,高替代率下供油提前角提前。     

乙二醇单丁醚-柴油混合燃料对柴油机燃烧和排放性能的影响

在一台TY1100轻型直喷式柴油机上研究了添加15%、25%(体积分数)的乙二醇单丁醚(NBE)的柴油混合燃料对柴油机在转速为1400r/min和2000r/min下燃烧和排放性能的影响.试验结果表明:NBE 可与柴油实现良好的互溶;在不改变柴油机结构参数的条件下,燃用柴油-乙二醇单丁醚燃料时,着火略有延迟,燃烧速度加...     

DMF/柴油和汽油/柴油混合燃料对柴油机燃烧和排放特性的影响

在一台共轨柴油机上,通过向柴油分别掺混30%体积比的2,5-二甲基呋喃(DMF)和汽油,研究了含氧燃料和低十六烷值燃料对柴油机燃烧过程和排放特性的影响机理。研究结果表明:D30的滞燃期最长,G30次之,纯柴油最短,表明十六烷值是影响着火滞燃期的关键因素。混合燃料的挥发性、硫和芳香烃含量对碳烟排放影响较小,扩展的着火延迟期和增加的燃料氧(原子氧)是降低低温燃烧过程中碳烟生成的两个关键因素。柴油掺混DMF,通过采用中等强度EGR率(低于40%),能显著扩展低排放区域(NOx排放0.4g/(kW·h),碳烟排放0.01g/(kW·h))并保持较好的燃油经济性。相比汽油/柴油混合燃料,DMF/柴油混合燃料对碳烟的降低效果更显著,表明DMF作为一种低十六烷值的新型生物质含氧燃料,其与柴油混合后的理化特性更适合于柴油机低温燃烧的排放控制。多次喷射试验表明:在柴油中掺混DMF或汽油,喷油控制策略对碳烟生成影响减小。综合来看,石化柴油与低十六烷值含氧燃料混合,通过燃料改性与中等强度EGR率(低于40%)耦合并合理控制CA50,是在简化喷油控制策略下实现现代柴油机高效、清洁低温燃烧的一项有效技术途径。     

重柴油掺水燃烧对柴油机性能影响的试验研究

在2135柴油机上进行重柴油掺水的对比试验,测取不掺水、掺水11%、17.5%的全负荷速度特性和标定转速的负荷特性曲线,比较掺水前后柴油机的经济性、动力性以及环保性。试验结果表明:燃烧掺水乳化油是否可以节油以及节油的效果如何,与柴油机的转速和负荷有关,还与掺水的比例有关;重柴油掺水燃烧整体上可以显著降低NO和烟度排放;同时,掺水燃烧使柴油机的噪声变大。     

甲醇柴油对增压中冷柴油机燃烧与排放性能的影响

针对在增压中冷柴油机上燃用不同比例甲醇柴油对发动机燃烧和排放性能的影响进行了研究。结果表明：随着混合燃料中甲醇含量的增加,发动机动力性略有降低,使用经济性提高,缸内最大压力和温度降低,NOx和碳烟排放降低,HC排放增加;CO排放小负荷下大幅增加而在大负荷下略有降低。     

汽油和乙醇预混对柴油机燃烧与排放影响的试验

基于一台单缸柴油机,分别采用进气道喷射汽油和乙醇的预混方式,通过调节不同负荷下喷射汽油/柴油和乙醇/柴油燃料比例,以研究其对发动机燃烧与排放的影响.结果表明,低负荷下采用汽油或者乙醇预混,缸内最高燃烧压力降低,实现较为缓和的燃烧放热,均可以同时降低碳烟(Soot)和NOx,但HC和CO排放增加.较高负荷下随着预混比例增大,放热更加剧烈,缸内最大爆压升高.滞燃期随燃油预混比例增大而增大,但增大幅度随负荷增大而逐渐减小.与汽油预混方式相比,采用乙醇预混的方式滞燃期增大更加明显,且燃烧温度较低,在较高负荷下仍能实现较为缓和的燃烧放热,表明采用乙醇预混的方式有利于向高负荷拓展.