高速柴油机松油-柴油混合燃料低温燃烧的试验研究

摘要

在石化能源短缺和环境污染危机的双重压力下，寻求可再生、清洁的新型燃料成为当下内燃机领域的研究热点。松油是一种来源广泛的生物质含氧燃料，相比于柴油，其十六烷值低，含氧量较高，沸点低;同时松油与柴油互溶性好。松油有着与柴油相当的热值，是一种潜在的替代能源燃料。因此，本文首先对松油-柴油混合燃料进行设计，减小单一燃料的局限性;其次，通过喷油策略与EGR相结合来控制缸内的燃烧过程，实现低温燃烧。
　　试验所用发动机为四缸涡轮增压高速柴油机，其转速固定在1800r/min，混合燃料分别为掺混0％、20％、40％、50％体积松油的柴油(依次记为P0、P20、P40、P50)。首先研究四种燃料在不同负荷、不同EGR率下的燃烧和排放特性。负荷特性结果表明:100％负荷工况下，P0、P20、P40、P50分别输出293.5、292.7、290.1、287.2 N·m的扭矩。可见松油能够提供与柴油相当的动力输出。EGR率研究结果表明:对于四种燃料，当EGR率＜24.6％，增加EGR率，对最大压力升高率、Soot、CO和THC排放的影响不明显，但是NOx排放随EGR增加显著下降。在相同EGR率下，通过添加松油改变燃料特性对NOx排放的影响较小，但是对最大压力升高率的影响较大。当EGR率大于24.6％时，随着EGR率的增加，由于过量空气系数减小和滞燃期过度推迟导致Soot、CO和THC的排放急剧上升。当EGR率接近40％，NOx的排放几乎接近为零。在相同EGR率下，由于松油十六烷值低和自身含氧，增加松油掺混比例逐渐降低碳烟的排放，特别是P50在整个EGR率下碳烟的排放接近于零。中小EGR率对凝核态颗粒物(Dp＜50nm)的影响较大，大EGR率对积聚态颗粒物(Dp＞50nm)的影响较大。在柴油中掺混松油能够有效降低碳烟颗粒物的数浓度和质量浓度。
　　其次，选取中等EGR率(24.6％)，研究喷油策略（主喷正时、喷油压力、预喷油量、预喷正时）对四种燃料燃烧和排放特性的影响。结果表明:对于喷油压力一定的单次喷射，提前主喷正时，缸内压力峰值升高，燃烧始点提前，有效燃油消耗率降低，CO和THC的排放降低;但NOx和Soot排放增加。对于主喷正时一定的单次喷射，在引入EGR的低温燃烧模式下，提高喷油压力能够同时降低NOx、Soot、CO和THC的排放。有效减小了总颗粒物的数浓度和质量浓度，颗粒物数浓度峰值粒径(CMD)减小。引入预喷射，主喷燃油滞燃期缩短，最大压力升高率降低，放热率的峰值降低，使主燃烧变得柔和。合理地选择预喷正时和预喷油量，能够同时降低NOx和碳烟排放，并且保证THC和CO排放不会大幅度升高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．1．1 能源危机

1．1．2 环境污染

1．2 汽车的排放法规

1．3 柴油机排放的控制技术

1．4 柴油机新型燃烧模式的提出

1．5 松油性质及研究现状

1．6 课题的研究目的、意义和主要工作内容

第二章 试验装置及研究方法

2．1 试验装置

2．1．1 试验发动机

2．1．2 试验主要设备仪器

2．1．3 电控标定系统

2．1．4 燃烧分析仪器

2．1．5 排气测量仪器

2．2 研究方法

2．2．1 EGR的实现与控制方法

2．2．2 实验不确定分析

2．2．3 燃烧参数的定义

2．2．4 试验燃料

2．2．5 试验方法

2．3 本章小结

第三章 负荷特性和EGR对松油-柴油混合燃料燃烧与排放性能的影响研究

3．1 负荷特性对松油-柴油混合燃料燃烧与排放性能的影响研究

3．1．1 负荷特性对松油-柴油混合燃料燃烧性能的影响

3．1．2 负荷特性对松油-柴油混合燃料排放性能的影响

3．2 EGR对松油-柴油混合燃料燃烧特性的影响研究

3．2．1 EGR对松油-柴油混合燃料燃烧性能的影响

3．2．2 EGR对松油-柴油混合燃料排放性能的影响

3．2．3 EGR对松油-柴油排放颗粒物粒径分布的影响

3．3 本章小结

第四章 主喷正时和喷油压力对松油-柴油混合燃料低温燃烧与排放性能的影响研究

4．1 主喷正时对松油-柴油混合燃料低温燃烧与排放性能的影响研究

4．1．1 主喷正时对松油-柴油混合燃料燃烧性能的影响

4．1．2 主喷正时对松油-柴油混合燃料排放性能的影响

4．2 喷油压力对松油-柴油混合燃料低温燃烧与排放性能的影响研究

4．2．1 喷油压力对松油-柴油混合燃料燃烧性能的影响

4．2．2 喷油压力对松油-柴油混合燃料排放性能的影响

4．2．3 喷油压力对松油-柴油混合燃料颗粒物排放的影响

4．3 本章小结

第五章 预喷对松油-柴油混合燃料低温燃烧与排放性能的影响研究

5．1 预喷油量对松油-柴油混合燃料低温燃烧与排放性能的影响研究

5．1．1 预喷油量对松油-柴油混合燃料燃烧性能的影响

5．1．2 预喷油量对松油-柴油混合燃料排放性能的影响

5．2 预喷正时对松油-柴油混合燃料低温燃烧与排放性能的影响研究

5．2．1 预喷正时对松油-柴油混合燃料燃烧性能的影响

5．2．2 预喷正时对松油-柴油混合燃料排放性能的影响

5．3 本章小结

第六章 全文总结和工作展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文及参与科研项目情况