煤基合成柴油/丁醇混合燃料对压燃式发动机燃烧及排放的影响

• 作 者: 解昕撙
• 出 处: 吉林大学
• 发表日期: 2020年08期
• 关键词: 煤基合成柴油 正丁醇 双燃料喷射 燃烧 微粒排放

能源危机和环境污染是目前人类社会面临的两大挑战,而汽车行业的飞速发展也受排放法规和油耗法规的制约,因此应用清洁替代燃料,实现内燃机的高效清洁燃烧显得尤为重要。本文依托吉林省自然科学基金-基于煤基合成柴油的内燃机高效清洁燃烧技术研究,针对煤基合成柴油(CTL)和含氧燃料正丁醇在掺混和双燃料喷射两种混合方式下进行燃烧边界条件的优化,试图寻找适合CTL及其与正丁醇的混合燃料的最佳燃烧边界条件协同控制策略,探究其对NO_x和微粒排放的改善潜力。本研究通过自行改造的增压单缸压燃式发动机,建立试验研究测控平台,开发模拟增压中冷系统、EGR控制系统及双燃料喷射控制系统,实现发动机进气及缸内燃烧边界条件的主动控制和调节,开展不同比例的CTL/正丁醇混合燃料在不同EGR、喷油参数等燃烧边界下的燃烧及排放特性研究。研究结果表明:1.燃用正丁醇/CTL混合燃料,有利于提高缸内最高压力和放热率,进而提高发动机的热效率,但是压力升高率也明显增大。随着正丁醇掺混比例的增加,混合燃料的滞燃期延长,烟度和CO排放得到改善,但NO_x和HC排放有所升高。掺混正丁醇燃料对改善微粒数量有十分积极的影响,且在大负荷工况改善效果更好,D10燃料(正丁醇掺混比为10%)与CTL燃料在大负荷时相比,总微粒数量浓度、核态微粒数量浓度、积聚态微粒数量浓度降低幅度分别达到:89.4%、75.5%、92.8%。并且对正丁醇/CTL混合燃料使用微粒捕集器,总微粒的捕集效率在90%以上?2.适当提前喷油和提高喷射压力,均有利于缸内最高压力的提高,对改善发动机热效率有积极的影响。虽然使NO_x排放有所提高,但对微粒排放有很好的抑制作用。引入EGR可以在烟度增加不明显的情况下,大幅度的降低NO_x排放,且正丁醇/CTL混合燃料相较于单一CTL燃料有着更好的EGR耐受性。3.对正丁醇/CTL混合燃料进行EGR协同喷油时刻的优化结果表明,最佳NO_xPM排放点为EGR率为20-30%之间,喷油时刻为5°-7°CA BTDC,本研究得到的D10燃料的最佳优化点相较于CTL基准点的NO_x排放降低26.9%,微粒数量浓度降低44%。4.正丁醇/CTL双燃料喷射发动机随EGR和喷油时刻的影响规律和掺混方式下的规律大体相同,增加正丁醇喷射比例可以降低微粒排放并提高其对EGR的耐受性,但会引起HC和CO排放的明显升高。30%比例的正丁醇/CTL双燃料喷射发动机的最佳NO_x-PM优化点,相较于单一CTL优化基准点,NO_x排放降低37%,微粒数量浓度降低51%。5.对正丁醇/CTL掺混和双燃料喷射两种混合方式排放对比分析,可以发现双燃料喷射方式下的NO_x排放较低,且在大EGR的条件下,双燃料喷射方式下微粒数量浓度也较低,但是此方式下的HC排放和CO排放量显著高于掺混方式。