含氧燃料对柴油发动机的燃烧和排放性能影响研究

摘要

为了达到日益严格的柴油机排放法规要求，人们采用缸内净化和发动机排放后处理等许多技术来控制发动机的有害排放。但由于柴油机主要有害排放氮氧化物和微粒的生成条件各异，二者的净化方法相互抵触和矛盾，兼顾经济性的同时降低柴油发动机的氮氧化物和微粒的排放，一直是世界上发动机研究领域内的一个技术难题。近年来，由于世界范围内资源和环境问题日趋严重，代用燃料的研究及应用进一步受到重视。针对我国能源资源特点，发展新型清洁含氧代用燃料，对改善柴油机的性能、降低对石油资源的依赖性和保证能源安全具有重大意义。 本文研究了乙醇为代表的醇类含氧燃料、以碳酸二甲酯(DMC)为代表的酯类含氧燃料、以甲缩醛(DMM)为代表的醛类含氧代用燃料、以二甲醚(DME)为代表的醚类含氧代用燃料对柴油发动机性能、排放以及缸内燃烧特性的影响。具体工作表现在： (1)研究了5％～20％范围内各种比例的乙醇／柴油混合燃料对柴油机发动机动力性、经济性、排放性等的影响。研究发现：乙醇柴油混合燃料能有效降低柴油发动机的碳烟排放，并改善发动机的热效率，发动机的动力性能不会受到明显影响，是一种良好的柴油含氧燃料，具有良好的推广应用前景。 (2)研究了5％～20％范围内各种比例的碳酸二甲酯(DMC)，柴油混合燃料对柴油机发动机动力性、经济性、排放性等的影响。研究结果表明：碳酸二甲酯(DMC)／柴油混合燃料能有效降低柴油发动机的碳烟排放和NOx排放，并改善发动机的燃烧性能，是一种优良的柴油含氧替代燃料。 (3)研究了甲醛(DMM)以及二甲醚(DME)对柴油机发动机燃烧和排入性能的影响。研究表明：甲缩醛(DMM)能有效改善柴油机发动机的排放，但受到应用条件的一定限制，而在改变燃料系统的条件下应用二甲醚(DME)具有广阔的前景。 本研究关于含氧燃料发动机的结果认为： (1)在柴油中添加含氧添加剂能有效改善柴油机的性能和排放，降低碳烟排放效果尤其明显。研究表明，柴油机的碳烟排放随着含氧量的增加，排放量呈单调下降的趋势。 (2)各种含氧燃料添加剂对降低柴油机的尾气排放都具有一定的效果，其中NOx排放在含氧添加剂比例较低时基本不变或略有增加，而含氧燃料添加剂的比例增大到一定程度时，由于缸内燃烧温度下降，发动机的NOx排放有降低的趋势。 (3)乙醇等醇类含氧燃料作为可再生的内燃机代用燃料，其固有特性(含氧及低的火焰温度)决定了柴油机燃用醇类燃料时能实现较低的NOx排放；采用醇类燃料对于降低内燃机对石油的依赖以及改善大气环境具有重要的意义。 (4)使用碳酸二甲酯(DMC)作为柴油添加剂后，柴油机具有良好的排放性能，特别是柴油机的黑烟排放水平得到了明显改善。DMC 具有良好的物理化学性质，它与柴油互溶，且溶解需要的时间很短，含氧量很高，是优良的柴油添加剂。不过热值较低。 (5)甲缩醛(DMM)是一种优质的降低柴油机碳烟排放水平的添加剂，但沸点太低，在不改变发动机燃料系统的前提下，影响了其使用稳定性。 (6)二甲醚(DME)可以大幅度降低NOx排放，烟度为O，CO和未燃 HC 排放也有所降低。发动机燃用二甲醚可以较好地解决传统柴油机降低 NOx 烟度与提高燃料热效率之间的矛盾。二甲醚是柴油机理想的低排放代用燃料。 (7)含氧燃料或含氧柴油添加剂能有效提高发动机的燃烧性能，缩短发动机的燃烧持续期，提高发动机的热效率。 (8)含氧燃料能有效改善发动机的燃烧与排放性能，是改善我国柴油紧缺状况的有效途径之一。

目录

文摘

英文文摘

论文独创性声明及使用授权声明

第一章引言

第二章发动机台架系统及测试设备

第三章乙醇柴油燃料对柴油机性能与排放影响分析

第四章酯类含氧燃料对柴油机性能与排放的影响

第五章醛类及醚类含氧燃料对柴油机性能的影响

第六章全文工作总结

参考文献

致谢