十六烷值改进剂对甲醇/生物柴油柴油机排放的影响

甲醇、生物柴油是柴油机的含氧替代燃料,能有效降低柴油机颗粒物排放。但甲醇的十六烷值低,在柴油机上燃用会出现着火困难的问题,采用添加十六烷值改进剂的方法能有效提高柴油机燃料的着火性能。为了研究不同十六烷值改进剂对柴油机排放污染物的影响,试验选择了烷基硝酸酯、环烷基硝酸酯、醚3种十六烷值改进剂,分别添加到甲醇/生物柴油混合燃料中,考察了十六烷值改进剂对混合燃料理化特性的影响,并在186F柴油机上进行了台架试验,测量了柴油机缸内压力、排气温度、HC、CO、NOX和烟度的变化规律,分析了添加不同十六烷值改进剂时,柴油机排放污染物的变化规律。结果表明：在甲醇/生物柴油中添加十六烷值改进剂,混合燃料的压力峰值升高,滞燃期缩短,燃烧持续期延长,当改进剂的添加量相等时,添加烷基类硝酸酯混合燃料的滞燃期最短;排气温度变化不大,变动范围为?3.24%～3.45%;排放污染物中HC和CO排放升高;NOX和烟度降低,在3 000 r/min,100%负荷时,添加烷基硝酸酯、环烷基硝酸酯、醚分别使NOX降低12.90%、6.45%、3.87%,烟度降低11.76%、17.65%、38.24%。在甲醇/生物柴油混合燃料中添加十六烷值改进剂,不仅可以改善燃料的着火特性,也可以降低NOx和颗粒物排放。     

甲醇/柴油双燃料发动机燃烧过程分析

为了防止某些工况下爆震的发生,该文在不改变4B26增压柴油机结构的前提下,采用进气甲醇电控喷射,实现甲醇/柴油双燃料燃烧,分析了进气预混掺烧甲醇/柴油双燃料发动机的燃烧过程。试验结果表明,低负荷时随着甲醇掺烧比例的增大,最大爆发压力、缸内平均温度和放热率峰值略有降低,燃烧始点推迟,燃烧持续期变化不明显;高负荷时,随着甲醇掺烧比例的增大,滞燃期缩短,燃烧终点提前,定容放热比例增大,最大爆发压力和放热率峰值明显增加,缸内平均温度略有升高;与燃烧柴油相比,在最大扭矩转速、80%负荷时,掺烧50%甲醇的最大爆发压力增加了12.1%,放热率峰值增加了37.7%。研究结果确定了不同负荷的甲醇掺烧比例变化范围,为甲醇喷射控制策略的优化提供了依据。     

过量空气系数与废气再循环率耦合对汽油机性能的影响

为了提高汽油机部分负荷下的燃油经济性,该文通过改变废气再循环率(EGR,exhaust gas recirculation)和过量空气系数,在一台增压进气道喷射汽油机上进行试验,研究了过量空气系数与EGR耦合对发动机部分负荷下燃油经济性和排放的影响。结果表明:随着EGR率和过量空气系数α的增加,燃烧循环变动率变大,燃烧持续期变长,且EGR是影响两者的主要因素;泵气损失显著减少,有效燃油消耗率显著降低,与EGR率=0和过量空气系数α=1条件下相比,EGR率=20%和过量空气系数α=1.1条件下的有效燃油消耗率降低了8.37%;随着EGR率的增加,THC(total hydrocarbon)排放增加,但NOx排放显著降低,高达约80%。因此,将三效催化转化器和EGR技术相结合,燃烧稀混合气,可以在满足欧Ⅴ排放法规的同时,大幅提高汽油机部分负荷下的燃油经济性。     

甲醇-调合生物柴油燃烧及排放微粒粒径分布特性试验

为了探究调合生物柴油掺烧甲醇对柴油机燃烧特性及微粒粒径分布的影响,该文利用燃烧分析仪及EEPS 3090型微粒粒径测试系统研究了柴油机燃用甲醇-调合生物柴油微乳化燃料的燃烧过程及微粒数量浓度分布特性。试验结果表明,与燃用调合生物柴油相比,柴油机掺烧甲醇后缸内燃烧压力、压力升高率以及放热率曲线均后移,压力升高率峰值及放热率峰值均增加;当柴油机处于低负荷时,排气中的微粒粒径均处于6~22 nm之间,呈现核态;在高负荷时,微粒粒径处于6~275 nm之间,主要呈现积聚态,且数量浓度呈单峰正态分布。随着甲醇添加比例的增加,核态微粒比例上升,积聚态微粒比例下降,且排气中微粒的总数下降。研究结果为甲醇-生物柴油混合燃料的燃烧及微粒排放控制提供了参考。     

预混比和喷油定时对异丁醇/柴油RCCI燃烧与排放特性的影响

通过在一台六缸增压柴油机上进行了异丁醇/柴油双燃料活性控制压燃(reactivity controlled compression ignition,RCCI)的试验,探究了异丁醇作为低活性燃料在不同的预混比(premixing ratio,R_p)和喷油定时(start of injection,SOI)下对发动机燃烧和排放特性的影响。结果表明,随着SOI的提前,点火延迟(ignition delay,ID)延长,放热率峰值(maximum heat release rate,HRRm)先增大后减小;在排放方面,THC和CO的排放水平降低,NOx呈现先升高后降低的趋势,而在R_p=30%～50%时,颗粒物(particle matter,PM)的排放呈现先降低后升高的变化,当R_p=60%时则只表现出了降低的趋势。此外,随着异丁醇R_p的增加,ID和燃烧持续期(combustionduration,CD)都增长,HRR_m降低;在排放方面,THC和CO排放升高,NOx排放降低,而PM排放在R_p=30%下具有最高的水平,R_p=40%和R_p=50%时则都显示出较低的水平,而在Rp=60%下整体有所升高。此外,粒径分布显示3～30 nm的核态颗粒物(nuclear particle matter,PMN)排放数量最高,但质量占比非常小。而在PM排放质量分布中,主导的PM是粒径为30～500 nm的积聚态颗粒物(accumulated particle matter,PMA)。     

不同喷油定时乙醇/柴油RCCI低负荷燃烧与排放特性

在总循环能量与乙醇能量替代比不变的条件下,研究了不同柴油喷油定时（start of injection, SOI）下乙醇/柴油活性控制压燃（reactivity controlled compression ignition, RCCI）六缸增压柴油机低负荷的燃烧与排放特性。结果表明,随着SOI的提前,RCCI冷焰反应相位提前,高温放热的瞬时放热率峰值先增大后减小,滞燃期逐渐增大,缸内燃烧温度逐渐增加,燃烧重心先提前后推迟。传统燃烧模式（conventional combustion mode, CCM）与RCCI的燃烧特性差异随着SOI的提前而增大。与CCM相比,RCCI的NOx排放的减少量随着SOI的提前而增加,HC与CO排放的增加量随着SOI的提前而减少。随着SOI的提前,粗态（>273.8～1 000 nm）颗粒物质量分数从84.09%减小到32.87%。聚集态（>13.3～273.8 nm）颗粒物质量分数从15.88%增加到66.36%。与CCM相比,RCCI的颗粒物排放的数量浓度较少,尤其是核态颗粒物;但RCCI颗粒物排放质量浓度较高。     

引燃柴油量及喷射间隔对直喷天然气发动机排放的影响

为优化直喷天然气发动机的喷射策略,在一台六缸电控直喷天然气发动机上,用试验方法研究了引燃柴油量及柴油/天然气喷射间隔对发动机HC、CO和NO_x排放的影响。试验结果表明:喷射间隔一定时,HC排放随引燃柴油喷射量的增加而降低;在引燃柴油喷射量为4.0 mg时,HC排放随喷射间隔的增加而增加;引燃柴油喷射量在6.0~11.5 mg范围内,HC排放在喷射间隔从0.5 ms变化到1.1 ms时,变化较小;喷射间隔增加到1.4 ms时,HC排放升高趋势明显。CO排放随引燃柴油喷射量的变化规律为先降低后升高;在不同的柴油喷射量下增加喷射间隔,CO排放均降低。NO_x排放随引燃柴油喷射量的增加先降低后升高;在喷射间隔为0.5 ms时,NO_x排放相对较小,在喷射间隔为1.4 ms时,NO_x排放最高。增加引燃柴油喷射量有利于HC的减排,对CO排放的影响较小,但会导致NO_x排放的恶化;增加喷射间隔会促使HC和NO_x排放的升高,但CO排放有所降低。     

柴油机燃用柴油/甲醇双燃料的试验研究

该文分析了柴油机燃用柴油/甲醇双燃料的技术关键。在不改变柴油机原结构参数的情况下，设计了供醇量控制机构，实现了柴油/甲醇双燃料供给量的全工况控制。试验研究表明：在甲醇吸入量为22%～56%的范围内，柴油机工作性能稳定； 动力性、经济性均有提高；排气温度下降，排气烟度明显改善；在常温条件下具有良好的起动性能。     

柴油机燃烧甲醇/生物柴油尾气颗粒物热解特性分析

采集了甲醇/生物柴油(5%、10%、15%)混合燃料在柴油机燃烧的尾气颗粒。采用热重分析仪和切线法、Flynn-Wall-Ozawa(FWO)热解动力学方法,研究颗粒挥发及氧化规律,分析了颗粒热解特征温度和活化能。结果表明:随着甲醇掺混量的增加,颗粒中H_2O的质量分数由2.6%增加到3.5%,可溶有机物(soluble organic fraction,SOF)质量分数由26.1%增加到32.5%,SOF的质量变化速率增大,对应的峰值温度后移;在O_2氛围中,SOF挥发阶段与在N2氛围中的表现基本一致,但质量变化速率明显增大;碳烟(soot)质量减小,由70.3%减少到63.8%,soot质量变化率峰值增大;SOF析出温度变化较小,soot起始燃烧温度明显降低,由488℃降低到458℃,SOF起始燃烧温度与燃尽温度均有所降低,颗粒的热解总反应时间缩短;颗粒的热解反应活化能由140.3 k J/mol降低117.3 k J/mol,颗粒的热解性能增强,颗粒更易被氧化。研究结果可为甲醇/生物柴油燃烧颗粒的处理及柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)再生提供依据。     

不同掺混比例生物柴油的非常规污染物排放特性

为了实现柴油机的清洁燃烧,需要系统研究非常规污染物的生成机理与排放特性。根据羰基类、芳香烃类物质的理化性质特点,提出了柴油机非常规污染物高效快速的测量方法,采用不同掺混比例的生物柴油进行了柴油机台架试验,探讨了不同燃料、不同工况下柴油机非常规污染物的排放特性。结果表明,二硝基苯腙采样结合高效液相色谱技术,可以实现柴油机排气中15种羰基类污染物的快速准确测定,活性炭吸附结合气相色谱-质谱联用技术可以实现芳香烃污染物的定性定量分析;中、低负荷时,生物柴油掺混比例对柴油机总羰基排放的影响不大,随着负荷的增加,BD50（生物柴油和市售0#柴油按体积比1:1配制的调合油）和BD0（纯柴油）的总羰基排放呈升高趋势,BD100（以地沟油为原料的生物柴油）的总羰基排放有所降低;BD0的单环芳香烃最大排放浓度最高,3种燃料的气相多环芳香烃排放在低负荷和高负荷工况点存在"双峰"特征,三环菲约占所有环数多环芳香烃总量的44%,燃用生物柴油可降低柴油机约32%的多环芳香烃排放。该研究为柴油机非常规污染物的排放控制提供了参考。     

非道路用重型柴油机燃烧过程优化

为了降低非道路用重型柴油机的有害物排放,该文对柴油机的燃烧室结构、喷油策略进行优化。以一台CHD234V8型高压共轨直喷式柴油机为样机,对整机优化前后燃烧过程进行分析。试验结果表明,柴油机缸内油气混合得到改善,缸内最大爆发压力降低,有害物排放量减少;与优化前相比,标定工况和最大扭矩工况的燃油消耗率分别下降2.5%和6.2%,不透光烟度分别降低71.4%和67.9%;整机CO、(HC+NO_x)、颗粒(PM)分别减少了33.9%、11.8%和73%,满足非道路车辆的国三排放限值要求。该研究可为非道路用重型柴油机的排放控制提供参考。     

不同海拔下甲醇替代率对DMDF发动机性能的影响

为了探究甲醇进气道喷射的柴油甲醇二元燃料(Diesel Methanol Dual Fuel,DMDF)发动机在不同海拔条件下的燃烧和排放特性,该研究通过自行设计的内燃机高原大气状态模拟系统,试验研究了DMDF发动机A、B、C工况(A:1200 r/min,50％负荷;B:1800 r/min,50％负荷;C:2200...     

纳米燃油添加剂CeO2提高柴油燃烧效率减少排放

研制新型高效燃油添加剂已成为控制发动机燃烧与排放的重要课题,纳米CeO2颗粒因其独特物理化学性质使其在催化燃烧和尾气净化领域具有独特的作用.通过向柴油中添加微量纳米CeO2颗粒,配制成质量分数为50 mg/L和100 mg/L的CeO2-柴油混合燃料,标记为D50C和D100C,以柴油(Diesel)为参照,并在186FA柴油机上对比研究了这3种燃料的燃烧与排放性能.结果表明:通过加入表面活性剂CTAB和超声处理物理化学方法可使纳米CeO2颗粒稳定悬浮于柴油中.标定转速全负荷下发动机燃用D50C和D100C后缸内压力峰值、压升率峰值和放热率峰值都有略微增加的趋势,而其对应的曲轴转角相应提前,滞燃期分别相应缩短1 o和2o曲轴转角.发动机燃油D50C和D100C后燃油消耗率略有降低,有效热效率有所增加.纳米CeO2颗粒添加至柴油中4种常规污染物都有不同程度的降低,且随其添加量增加越发明显.相比于纯柴油,标定转速全负荷下,D50C和D100C的比油耗分别降低约1.6%和2.3%,有效热效率分别增加约1.7%和2.3%.D50C和D100C的CO、HC、NOx和烟度排放平均分别降低3.4%和6.5%、15.1%和18.4%、2.4%和5.4%、4.0%和7.8%.D50C和D100C混合燃料的成本分别比柴油上升约0.8%和1.6%.综合来看,微量添加纳米CeO2颗粒可在略微增加燃油价格的前提下,即可实现发动机的高效燃烧与节能减排,因而是一种性能优良的燃油添加剂.     

柴油机双卷流燃烧系统排放特性试验

为合理评价双卷流燃烧系统的排放水平,在单缸机试验台架上对双卷流燃烧室和某国Ⅲ柴油机使用的TCD燃烧室的颗粒、NOx排放、燃油消耗率、缸内压力等进行了测量,并对燃烧放热率和缸内平均温度进行了分析。结果表明,外特性工况下,使用双卷流燃烧室可比TCD燃烧室减少颗粒排放7%～47%,缩短燃烧持续期1°～6°,降低油耗0.75%～3.05%;部分负荷工况下,由于油束贯穿度较小,缸内燃烧以空间燃烧为主,采用双卷流燃烧室时其卷流作用不明显,排放性能与TCD燃烧室相差不大。该研究可为双卷流燃烧系统在降低柴油机排放方面的应用提供指导。     

柴油-航空煤油宽馏程混合燃料对柴油机燃烧与排放的影响

为了研究柴油-航空煤油宽馏程混合燃料对柴油机燃烧与排放的影响,按照中国3号航空煤油(rocket propellant 3,RP3)的掺混比(体积比)分别为20%、40%与60%与国VI柴油进行混合,配制3种具有不同理化特性的柴油-RP3宽馏程混合燃料(D80K20、D60K40与D40K60),并通过台架试验,研究了最大扭矩转速2700 r/min所对应的100%、50%与10%负荷工况(分别记为A、B、C工况)下,D100、D80K20、D60K40和D40K60对柴油机缸内工作过程、排放、颗粒物浓度与粒径分布的影响规律。结果表明,3种工况下,与D100相比,RP3掺混比增加到60%时,缸内最大压力的变化范围小于0.2 MPa,预混燃烧放热率峰值增大13.21~27.43 J/°CA,滞燃期延长2.19~2.53°CA,燃烧持续期缩短1.73~1.91°CA,预混燃烧累积放热百分比增加4.66%~5.28%,缸内最高温度的上升幅度小于35 K,与放热率峰值和最大燃烧压力相对应的曲轴转角后移1.67~2.23°CA,有效热效率上升0.15%~0.46%。柴油-RP3宽馏程混合燃料能够显著降低柴油机碳烟排放,并且降低效果随着柴油机负荷的增加和RP3掺混比的增大更加明显,但对NOX排放没有明显的影响,与D100相比,柴油机在3种工况下燃用D40K60时的碳烟排放分别降低53.6%、44.1%、35%,NOX排放的上升幅度均小于2%,核态颗粒物数量浓度上升12.5%~90.6%,积聚态颗粒物数量浓度、颗粒物总数量浓度、颗粒物表面积浓度和总质量浓度分别降低20.1%~45.8%、14.2%~42.1%、32.5%~41.6%、28.5%~38.8%,且积聚态颗粒物的粒径朝小粒径方向移动。试验结果表明,柴油-RP3宽馏程混合燃料对柴油机燃烧与排放有重要的影响,能明显改善柴油机碳烟与NOX排放之间的trade-off关系,并且在降低柴油机颗粒物总数量浓度、总质量浓度以及表面积浓度方面具有较为显著的效果,有利于降低柴油机DFP载体上的颗粒物堆积、延长DFP再生周期。