生物柴油-柴油混合燃料发动机特性与EGR标定研究

摘要

随着能源危机和环境保护的压力越来越大,车用清洁代用燃料的应用研究倍受关注,生物柴油是较为理想的柴油替代燃料。生物柴油理化特性与柴油相近,可以以任意比例和柴油混合,但粘度较大,雾化质量不好。本文开展生物柴油-柴油混合燃料在柴油机上的适应性研究。
　　 本文主要研究内容如下:
　　 通过柴油发动机台架试验进行生物柴油掺烧比的优化研究,得出生物柴油:柴油最佳配比。研究最佳配比的生物柴油～柴油混合燃料(简称BD25)在DL190-12柴油机上的应用性能,并与燃用纯柴油时进行对比。进行了匹配EGR系统的生物柴油一柴油混合燃料发动机(简称BD25发动机)工作过程建模与发动机性能模拟计算分析,研究了BD25发动机放热率和不同EGR率对发动机缸内压力的影响。基于发动机的经济性、动力性、排放性,对BD25发动机EGR系统进行匹配标定研究,得出最佳EGR真空度MAP。
　　 研究结果如下:
　　 采用均匀设计方法设计了生物柴油与柴油最佳掺烧比筛选方案。选取燃油消耗率、功率、烟度、NOx和CO作为优化指标,应用二次多项式逐步回归法分析发动机试验数据,得出综合优化指标的混合燃料的最佳配比为生物柴油:柴油为0.25:0.75。
　　 柴油机燃用BD25与燃用纯柴油对比,外特性试验表明燃用BD25时发动机功率约有2％的下降；负荷特性表明燃用BD25时发动机在小负荷下的燃油消耗率比柴油平均高出约8％,随负荷增加两者的燃油消耗率相差减少到4％；燃用BD25时发动机的NOx排放比柴油高,中、低负荷下两者的差距不明显,高负荷下相差较明显,最大增幅达30％；相比柴油,燃用BD25能有效降低烟度、CO排放,接近全负荷时尤其明显,稳态烟度和CO降低分别达33％和45％,自由加速烟度降低34％；燃用BD25时,发动机转速在1500r/min,1800r/min下,微粒排放量降低,降幅分别达36％和28％左右。
　　 利用AVL BOOST软件建立带有EGR系统的DL190-12柴油机的工作过程模型,在该模型基础上通过改变燃料的理论空燃比和低热值方法建立了BD25发动机工作过程模型。应用BD25发动机模型计算出发动机负荷特性下的燃油消耗率、功率与试验值进行对比验证,结果表明BD25发动机模型是可靠、可行。进行了放热率和不同EGR率对发动机缸内压力的影响的计算,表明BD25发动机缸内最高爆发压力、温度和放热峰值较燃用纯柴油时低；当EGR率高于15％时,BD25发动机燃烧恶化,缸内峰值压力下降明显。
　　 基于发动机台架试验进行BD25发动机最佳EGR真空度的标定研究,采用点工况标定法进行试验方案设计,基于发动机的经济特性、动力特性和排放特性等综合优化指标筛选重要工况点的最佳EGR真空度,得出最佳EGR真空度MAP。结果表明,同一油门开度下,随发动机转速的增加,最佳EGR真空度先增大后减少；同一转速下,随发动机负荷的增加,最佳EGR真空度先增大后减少。