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原文传递柴油/环戊酮混合燃料发动机燃烧与排放特性研究

论文题名：	柴油/环戊酮混合燃料发动机燃烧与排放特性研究
关键词：	柴油机;环戊酮;主预喷间隔;燃烧特性;颗粒物浓度
摘要：	柴油机输出动力强，效率高，但是其产生的严重大气污染（尤其NOX和PM排放）极大的阻碍了柴油机在更多领域的应用。从木质纤维素中提取的环戊酮，具有极大的优势和潜力作为可替代柴油的生物质燃料候选者。一方面，环戊酮的生产原料十分丰富，多来源于作物秸秆和农林废弃物，且产出率高。另一方面，环戊酮具有相比于柴油更优的燃料性能，不仅拥有更低的粘度和蒸馏温度，能够增强雾化和燃烧，还拥有较高的分子内氧含量，能够加强碳烟的后期氧化，具有降低排放的潜力。　　本文在陕西省创新能力支撑计划项目(项目编号:2021TD-28)、陕西高校青年创新团队以及榆林科技项目（CXY-2020-024）的支持下顺利完成。本文的新颖之处在于找出最适合共轨柴油机的环戊酮掺混比例，将环戊酮与柴油按体积比例进行混合，分别记为D90C10（90%体积柴油和10%体积环戊酮）和D80C20（80%体积柴油和20%体积环戊酮）。在一台4缸柴油机上增装EGR系统，采用双喷策略（预喷加主喷），对柴油/环戊酮混合燃料以及纯柴油（D100）的台架性能差异进行了探究。所有的试验均在1600r/min和2000r/min下完成。得出主要结论如下：　　（1）柴油/环戊酮混合燃料具有较好的互溶稳定性。随着环戊酮掺混比例的增大，混合燃料D90C10和D80C20的密度和氧含量增大，而混合燃料的十六烷值、运动粘度、低热值和蒸馏温度等均减小。　　（2）相同负荷下，保持三种燃料的预喷始点、主喷始点以及预喷脉宽均不变，环戊酮的掺混比例越高，混合燃料的主喷脉宽越大。此外，与D100相比，掺混环戊酮可延长滞燃期，提高混合燃料的峰值放热率和峰值温度，并且相应于峰值放热率的曲轴转角随环戊酮掺混比例的增加而推迟。然而，混合燃料的峰值压升率随环戊酮掺混比例的增大而降低，即D100gt;D90C10gt;D80C20。　　（3）相同工况下，D90C10和D80C20的PNC和PVC（颗粒物数量和体积浓度）排放远低于D100，其中，D80C20的PNC和PVC降低幅度可分别高达87%和89%；并且D90C10和D80C20的PNC和PVC排放的粒径分布曲线也远低于D100。此外，掺混环戊酮还能够有效降低NGMD和VGMD（数量和体积几何平均直径），降低PNC排放随粒径分布曲线的峰值以及与峰值相应的颗粒直径，且降低幅度随环戊酮掺混比例的进一步增大而增加。但是，柴油/环戊酮混合燃料的NOx排放量较D100略有增加。　　（4）增大EGR率对D100、D90C10和D80C20的峰值放热率、峰值温度和NOx排放量均有明显的降低效果，且EGR率越大，降低幅度越大。尤其在0.92MPa的高负荷下，D100、D90C10和D80C20的NOx排放最大可降低55.6%、57.7%和58.7%。　　（5）同时，EGR率的增大也导致D100和D90C10的PNC和PVC排放显著增加，尤其当EGR率超过4%时，增加速率急剧变大。较好的是，D80C20的增加速率最低，当EGR率不高于8%时，D80C20的PNC和PVC排放基本保持不变，且比未开启EGR时D100的PNC和PVC排放低。综合考虑，当EGR率为8%时，D80C20在降低PM和NOx排放方面的效果最好，在柴油车上具有很大的应用潜力。　　（6）特定转速下，增大负荷，可显著缩短滞燃期，提高峰值温度和峰值放热率，且与峰值相应的曲轴转角逐渐远离上止点（ATDC）。此外，同一转速和负荷下，主预喷间隔增大，各燃料的峰值温度和峰值放热率均提高，峰值压升率减小；同时，增大主预喷间隔对降低各燃料的PNC和PVC排放十分有效，虽然这会导致D100、D90C10和D80C20的NOx排放稍有增加。
作者：	韦昭
专业：	车辆工程
导师：	陈昊
授予学位：	硕士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2022