柴油机燃用乙醇-柴油-生物柴油混合燃料的试验研究

研究了乙醇-柴油-生物柴油混合燃料的互溶性和理化性质，测量了柴油机燃用柴油、乙醇-柴油-生物柴油混合燃料的动力性、经济性与排放特性。结果表明，当温度高于10℃、生物柴油的体积分数大于17.6%时，乙醇、柴油和生物柴油可以任意比例稳定互溶。随着乙醇掺混比例的增大，燃用乙醇-柴油-生物柴油混合燃料的燃烧与排放情况是：燃油消耗率逐渐增大，但能量消耗率变化不大；转矩逐渐减小；烟度排放大幅度降低,中高负荷下CO排放大幅度减少，HC排放量明显增加，NOx排放变化不大；最大燃烧压力和放热率峰值逐渐升高并后移。     

不同配比乙醇柴油混合燃料的经济性和排放性

为了研究乙醇柴油混合燃料的经济性和排放性,该文在双缸直喷式柴油机和在用的柴油轿车上分别进行了发动机台架试验和整车底盘测功机试验。结果表明,在不调整柴油机条件下,使用乙醇柴油混合燃料能够在一定程度上改善发动机燃油经济性和降低排气烟度和NOX排放,但HC排放增加。适当减小供油提前角有利于改善乙醇柴油混合燃料发动机经济性和排放特性。对于试验车辆,燃用E10有利于降低汽车在中、高速时的等速工况燃料消耗量和常温下冷起动后PM、NOX排放量。该研究结果对于改善乙醇柴油混合燃料的燃油经济性和排放性具有实用价值。     

棉籽油生物柴油和柴油混合燃料的润滑特性

为研究生物柴油的润滑特性,该研究用棉籽油与甲醇和乙醇分别进行酯交换反应,制备出甲酯生物柴油和乙酯生物柴油。然后将它们分别以不同体积比率与市售0#柴油混合,制备出不同比率的生物柴油/柴油混合物。通过四球摩擦磨损试验机考察了这些混合物的润滑特性。结果表明：不同碳醇与棉籽油制备的生物柴油对柴油的润滑性能均具有增效作用,且随着生物柴油添加量的增加,柴油的润滑性能得到提高;但市售0#柴油对不同碳醇制备的生物柴油感受性不同,分别添加20%的甲酯生物柴油和乙酯生物柴油到0#柴油时,发现混合柴油的最大无卡咬负荷（PB值）分别提升了94.1%和29.4%;同时,甲酯生物柴油对柴油的最大无卡咬负荷影响大,而乙酯生物柴油/柴油的减摩性和抗磨性都好于甲酯生物柴油/柴油;游离脂肪酸对生物柴油润滑性也有较大影响。该研究为生物柴油的应用打下基础。     

乙醇/柴油混合燃料燃烧过程与排放试验研究

在YZ4DB3柴油机上,通过测量燃用乙醇/柴油混合燃料的示功图和排放污染物,分析了燃烧过程与排放污染物的变化规律。结果表明,随着乙醇掺混比例的增加,乙醇/柴油混合燃料的滞燃期延长,燃烧终点提前,燃烧持续期缩短。小负荷时,与柴油相比,E10和E20的最大爆发压力分别下降了0.2、0.4MPa,扩散燃烧放热率峰值升高;全负荷时,与柴油相比,乙醇/柴油混合燃料的最大爆发压力变化不大,预混燃烧放热率峰值升高。与燃用柴油相比,掺混乙醇能明显降低烟度,NOx排放变化不大;HC和CO排放随着乙醇掺混比例的增加而升高,小负荷时较明显。乙醇/柴油混合燃料的燃料消耗率与燃用柴油的燃油消耗率基本相同。     

柴油机供油提前角对乙醇/柴油混合燃料经济性的影响

该文对比分析了乙醇、柴油混合组成乙醇柴油混合燃料的方法，采用生物质作助溶剂配制了乙醇柴油混合燃料。在单缸柴油机上分别使用纯柴油和乙醇柴油混合燃料，进行了改变供油提前角对发动机燃料经济性影响的试验。结果表明：使用乙醇柴油混合燃料时，供油提前角的改变对燃料经济性的影响比较敏感，且相对使用纯柴油，适当减小供油提前角对提高燃料经济性有利。     

乙醇-丁醇-柴油混合燃料的车辆排放性和经济性

为了研究乙醇-丁醇-柴油混合燃料的车辆排放性和经济性,该文对分别使用乙醇-丁醇-柴油混合燃料和柴油的在用柴油轿车的排放性能和燃油经济性,以及在用柴油客车的自由加速排气烟度排放进行了对比试验。研究结果表明:相对于柴油,在用柴油轿车使用E10(体积比,乙醇10%、丁醇4%、柴油86%)混合燃料的NOX排放减少10.42%,HC+NOX排放减少27.43%,微粒(PM)排放减少2.13%,90和120km/h等速行驶燃料消耗量分别减少7.66%和3.71%;然而CO排放增加31.43%,工况循环综合燃料消耗量增加4.48%。此外,在用柴油客车使用E10混合燃料的自由加速排气烟度排放减少31.11%。该研究结果对于完善乙醇柴油混合燃料的车辆排放性和经济性具有实用价值。     

乙醇柴油配比优化及其用于发动机的性能试验

为了完善乙醇柴油的稳定性、燃油经济性和排放性能的研究,该文基于稳定性试验数据建立响应面模型,并对乙醇柴油的配比进行优化和试验验证,最后使用优化后乙醇柴油(体积比:乙醇10%,正丁醇4%,柴油86%;简称乙醇柴油)在柴油机上进行负荷特性试验.结果表明:常温下该燃料在具塞试管里可以保持稳定状态,不发生相分离时间达到60 d以上.通过额定转速1500 r/min及1200 r/min转速下的负荷特性试验发现,使用乙醇柴油的发动机有效热效率在小负荷时与纯柴油相近,在高负荷及全负荷时均高于纯柴油;乙醇柴油的NOx排放,在小负荷时低于纯柴油,在中高负荷时却稍高于纯柴油,在全负荷时与纯柴油相近;乙醇柴油的碳烟排放,在小负荷时与纯柴油相近,在中高负荷时却明显低于纯柴油.对于试验所用柴油机,适当减小供油提前角有利于改善乙醇柴油的发动机燃油经济性和排放性能.     

发动机燃用生物柴油的可靠性

进行了柴油机燃用B5生物柴油的1 000 h可靠性台架试验,测量了可靠性试验前后发动机的燃油消耗、机油消耗、功率、扭矩、活塞漏气量、排气温度等参数,进行了发动机润滑油的色谱分析以及发动机的主要零部件的拆检和分析。试验结果表明：可靠性试验后发动机的燃油消耗和机油消耗均有所增加,活塞漏气量有所升高,功率、扭矩和排气温度略有下降;B5生物柴油与柴油的CO等气体排放相差不大;发动机喷油器、气门、活塞顶面等主要零件部存在积碳,活塞环与气缸套等零件磨损正常。     

乙醇对柴油均质压燃燃烧特性影响的模拟

为改善柴油均质压燃燃烧和排放,该文利用多区模型研究了掺混乙醇来控制以柴油为燃料的均质压燃(homogeneous charge compression ignition,HCCI)内燃机的着火时刻。数值模拟计算了掺混乙醇对放热率、最大压力升高率及排放的影响。从化学动力学角度分析了添加乙醇对柴油低温氧化反应中起重要作用的一些中间活性基OH、CH2O、H2O2的影响。结果表明,随乙醇掺混量的增加,低温放热和主燃烧始点均有延迟,当量比为0.3掺混乙醇物质的量为57%时,两者分别延迟2.4°和6.3°。同时最大压力升高率降低,但过多的添加乙醇会导致相同当量比下平均指示压力减小,最高可降低11.6%。较大当量比下掺混少量的乙醇可拓展柴油HCCI的高负荷极限。乙醇的添加有效降低了高负荷下缸内的压力升高率,降低了排放中的CO和氮氧化物。     

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。     

增压中冷柴油机EGR系统文丘里管的设计与试验

针对柴油机在低速、大负荷工况下引入EGR（exhaust gas recirculation）气体困难的实际情况,该文采用在中冷器后安装一个文丘里管的方法提高对EGR的引射能力。通过计算初步确定了文丘里管的喉口直径,并设计了3种不同结构尺寸的文丘里管,进行了相关试验。试验结果表明,随着发动机转速的提高,气体流量增加,文丘里管的降压作用增强;EGR阀前与文丘里管喉口的压差随着发动机转速先减小后增加,在1 100到1 600 r/min转速范围内,该压差为负值,不利于引入EGR气体;在2 200 r/min时,随着发动机负荷的增加,EGR阀前压力始终大于文丘里管前压力,即使没有文丘里管,发动机也可以顺利引入EGR,但二者压差随着负荷的增加而减小,导致高负荷时EGR率降低;文丘里管的降压作用随发动机负荷的增加而增加,EGR引射能力随负荷的变化不明显;在试验负荷范围内,文丘里管前后的压力损失始终大于5 kPa;在2 200 r/min时,3种喉口直径的文丘里管的EGR引射能力随着负荷的增加均有增强的趋势,但直径较小的文丘里管EGR阀前与喉口压差较大,容易实现较高的EGR率;但在1 600 r/min时,3种文丘里管的EGR引射能力均随着负荷的增加而减小;当扭矩超过470 N·m时,随着文丘里管喉口直径的增加,EGR阀前与文丘里管喉口压差逐渐降低,引入EGR气体的难度逐渐增加。研究结果可为增压中冷柴油机废气再循环系统文丘里管的设计和应用提供参考。     

生物质混合燃料在柴油机喷嘴内流动特性模拟

为了研究燃料物性差异对喷孔内流动特性的影响,通过GAMBIT软件建立三维喷嘴模型,利用FLUENT软件采用混合多相流模型,对柴油、生物柴油、生物柴油/乙醇混合燃料的喷孔内压强分布、速度分布和空化程度进行仿真分析。结果表明:燃油在压力室与喷孔入口衔接处压强迅速下降,进入喷孔后压强趋于稳定,在喷孔出口处压强略有上升;生物柴油的压强降幅最大,在喷孔不同截面处,与柴油相比生物柴油的压强平均下降了23.91%;生物柴油/乙醇混合燃料与柴油的压强降幅差别不大。燃油流速在喷孔入口处迅速增加,进入喷孔后增速放缓,在喷孔出口处燃油流速略有下降;在喷孔径向方向,由于壁面黏滞力作用导致速度从中心轴线向外围呈递减趋势;在喷孔不同截面处柴油的流速最快,其在喷嘴出口处的流速为229.8 m/s;生物柴油/乙醇混合燃料在喷嘴出口处的流速为223.1 m/s;生物柴油的流速最小,其在喷嘴出口处的流速为214.9 m/s。空穴现象首先发生在喷孔入口拐角处,随后向喷孔出口发展,并逐渐减弱。喷孔不同截面处,柴油的气相体积分数最大,生物柴油的气相体积分数最小,其气相体积分数比柴油平均下降了11.1%,与柴油相比生物柴油的空化程度较弱;生物柴油/乙醇混合燃料的气相体积分数与柴油差别不大,仅降低了1.8%,在生物柴油中添加乙醇能够降低燃料的密度、粘度和表面张力,改善燃料在喷孔内的流动特性,促进空化产生,喷孔内的空化现象能够为圆射流喷雾提供初始扰动,促进燃油雾化。该研究可为生物柴油/乙醇混合燃料流通特性研究提供理论支持。     

冷EGR温度对车用柴油机排放影响的试验

为了得到冷却的废气再循环（EGR）技术对车用柴油机排放性能的影响,通过工况试验法研究了各工况下EGR温度对柴油机氮氧化物、碳氢化物、碳氧化物和烟度的排放量以及油耗率的影响,并由此得出柴油机各工况下的最佳EGR温度。试验表明,与热EGR相比,冷EGR能够明显降低氮氧化物和烟度的排放,同时能够降低油耗率,提高柴油机的经济性,效果良好。     

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。     

VNT与EGR耦合对不同气压下燃用含氧燃料柴油机性能的影响

将废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)、可变喷嘴涡轮增压器(variable nozzle turbocharger,VNT)与含氧燃料掺烧技术结合,可拓宽EGR的适用工况,提高空燃比,既有助于解决氮氧化物(nitrogen oxides,NOx)与微粒(particulate matter,PM)排放的矛盾,也有利于减小海拔上升导致的柴油机性能恶化的程度。选择EGR与VNT耦合的高压共轨柴油机作为研究机型,将生物柴油和生物乙醇按一定比例与柴油混合成生物乙醇柴油(biodiesel-ethanol-diesel,BED)燃料,利用大气模拟系统,在100和80 k Pa的环境下,试验研究VNT与EGR对含氧燃料柴油机动力性、经济性、排放特性的影响规律。结果表明:含氧燃料柴油机的动力性和经济性随着VNT开度和EGR率的增大以及大气压力的降低而变差,在大气压力为80 k Pa、转速为2 200 r/min工况下,VNT开度从22%增大到28%扭矩平均降低3.8 N·m,比油耗平均增加4.2 g/(k W·h),EGR率每增大5%扭矩平均降低0.8 N·m,比油耗平均增加1.5 g/(k W·h),大气压力从100降低至80 k Pa时扭矩平均降低3.4 N·m,比油耗平均增加4.9 g/(k W·h);VNT开度从22%增大到28%时NOx平均减小15%,EGR率每增大5%时NOx排放平均降低12%,大气压力从80增大到100 k Pa时NOx排放平均增加11%;VNT开度从22%增大到28%烟度的平均增幅为175.3%,EGR率每增大5%烟度的平均增幅为331.9%,大气压力从100降低至80 k Pa时烟度的平均增幅为96.6%。     

S195柴油机燃用轻-重馏分混合柴油的试验研究

将0^#轻柴油与20^#重柴油以不同的比例配制成3种混合油,在S195柴油机上进行正交试验,并利用SAS统计分析软件对正交试验结果进行优化分析,获得了S195柴油机最佳参数组合和不同工况下耗油率影响因素次序。台架试验和实际应用表明S195柴油机燃用重馏份柴油后,柴油机不仅运行正常,而且其动力性和经济性均较使用0^#轻柴油有所提高。     

喷油定时对燃用生物柴油发动机经济性与排放的影响

为研究黄连木籽生物柴油对发动机性能的影响,在一台YTR3105直喷式柴油机上进行了不同喷油定时下燃用黄连木籽生物柴油-柴油混合燃料时的经济性及排放特性试验。结果表明：在相同工况下,4种燃料的最经济喷油定时几乎相同,即最大扭矩工况为上止点前110CA左右,标定工况为上止点前120CA左右。CO和碳烟排放随喷油定时的增大有先降低又升高的趋势。随喷油定时的增大,THC排放降低,而NOX排放大幅增加。CO、THC及碳烟排放均随生物柴油掺混比的增加而降低;B10、B20的NOX排放比柴油低,而B30的NOX排放与柴油相当。最经济喷油定时与燃料类型无关,生物柴油混合比例对发动机的排放影响较大。