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pode掺混比和EGR率对甲醇-pode/柴油双燃料发动机燃烧及排放特性影响的试验研究

PODE掺混比和EGR率对甲醇-PODE/柴油双燃料发动机燃烧及排放特性...

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作者：赵赢长安大学

学位级别：硕士

清洁代用燃料在满足发动机动力性和经济性要求的同时能够降低污染物排放,是当前发动机领域的研究热点。其中甲醇作为一种高含氧燃料有利于降低柴油机颗粒物排放,但甲醇与柴油的互溶性很差,难以与柴油直接掺混使用,需要以双燃料模式才能... 详细信息

清洁代用燃料在满足发动机动力性和经济性要求的同时能够降低污染物排放,是当前发动机领域的研究热点。其中甲醇作为一种高含氧燃料有利于降低柴油机颗粒物排放,但甲醇与柴油的互溶性很差,难以与柴油直接掺混使用,需要以双燃料模式才能实现较高的替代率。pode作为一种煤基代用燃料,其十六烷值高、着火性好、与柴油的互溶性较好。本文采用进气道喷射甲醇,缸内直喷pode/柴油混合燃料的方式,通过发动机台架试验对比分析了 pode掺混比和EGR率对甲醇-pode/柴油双燃料发动机的燃烧与排放特性的影响。在一台电控高压共轨柴油机上,稳定发动机转速为1600r/min,在缸内平均有效压力分别为0.28MPa、0.7MPa和0.92MPa的小负荷、中负荷和大负荷三种条件下,进气道喷射甲醇的替代率保持在20%不变,调节缸内直喷的pode/柴油混合燃料中pode的掺混比例分别为10%、20%、30%、40%,调节发动机的EGR率分别为4%、8%、12%,在不同工况下测定了 pode掺混比和EGR率对发动机燃烧特性、循环变动、NOx排放、碳烟和颗粒物数浓度的影响。试验研究结果表明:在小负荷、中负荷和大负荷三种不同条件下,由于pode的十六烷值高,燃烧速率快,与未添加pode的甲醇-柴油双燃料P0相比,P10、P20、P30和P40的滞燃期和燃烧持续期都有不同程度的缩短,滞燃期在小负荷时缩短最为明显,小负荷时与P0相比,P10、P20、P30和P40的滞燃期分别缩短了 5.5%、8.5%、9.2%和14.4%。燃烧持续期在大负荷时缩短最为明显,大负荷时与P0相比,P10、P20、P30和P40的燃烧持续期分别缩短了 4.8%、2.4%、2.4%和9.6%。缸内压力峰值、放热率峰值和压力升高率峰值随pode掺混比增加而升高,且都在小负荷时升高最明显,小负荷时与P0相比,P10、P20、P30和P40的缸内压力峰值分别升高了 1.5%、4.5%、7.5%和12.1%,放热率峰值分别升高了 10.8%、17.7%、27.9%和43.1%,压力升高率峰值分别升高了 7.8%、17.8%、29.4和45%。随着pode掺混比的增加,由于燃烧速率加快,缸内燃烧放热更集中,缸内平均温度也随之增加,小负荷时,缸内温度升高更为明显,与P0相比,P10、P20、P30和P40的缸内温度峰值分别升高了 33.9K、65.8K、92.6K和146.4K。三种负荷下P40的燃烧稳定性最好,与P0相比P40在小负荷、中负荷和大负荷时MaxP-COV数分别降低了 0.14、0.09 和 0.10。掺混pode后由于其热值较低导致燃料消耗率升高,热效率略有下降。随着pode掺混比的增加,燃烧持续期缩短导致NOx排放降低,缸内氧含量升高导致烟度和颗粒物排放降低。其中,大负荷时NOx、烟度和颗粒物排放下降最明显,与P0相比,P10、P20、P30和P40的氮氧化物排放分别降低了 4.6%、4.4%、7.4%和6.1%,排气烟度分别下降了 17%、17%、17%和33.3%,颗粒物数浓度分别降低了 62.2%、78.9%、85.7%和87.5%。随着EGR率增加,受循环废气对缸内燃烧过程的影响,滞燃期和燃烧持续期延长、缸压和放热率峰值下降、压力升高率峰值下降。上述参数在大负荷时受EGR率影响最明显,与无EGR相比,12%EGR率时P0、P10、P20、P30和P40的燃烧持续期分别延长了 3℃A、4℃A、2.5℃A、3.5℃A 和 6.5℃A;缸内压力峰值分别下降了 0.4MPa、0.1MPa、0.3MPa、0.2MPa 和 0.3MPa;放热率峰值分别下降了 6.7J/℃A、2.7J/℃A、2.4J/℃A、0.7J/℃A 和 3.1J/℃A;压力升高率峰值分别下降了 0.069MPa/℃A、0.052MPa/℃A、0.049MPa/℃A、0.03MPa/℃A 和 0.042MPa/℃A。大负荷时提高EGR率能够有效控制缸内燃烧温度,使NOx排放明显降低,与无EGR相比,12%EGR率时P0、P10、P20、P30和P40的氮氧化物排放量分别降低了 63.3%、65.2%、67.3%、63.9%和66.9%。小负荷时,由于过量空气系数大,颗粒物随EGR变化不明显,中负荷和大负荷时颗粒物排放随EGR率增加而增加。

关键词：双燃料发动机 pode掺混比 EGR率燃烧特性排放特放

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