含氧混合燃料的燃烧与排放特性

1、含氧混合燃料的燃烧 和排放特性汇报人：吴杨春 学 号：M060114133柴油机燃用柴油碳酸二甲酯(DMC)混合燃料的燃烧与排放特性柴油机使用柴油工作时，由于柴油是分子量较大的碳氢化合物，因此，柴油机燃烧特点是中高负荷运行时由于混合气局部缺氧，往往产生较大的碳烟排放。近年来一种较为有效地手段是在柴油中混合一定比例的高含氧添加剂，使混合燃料中具备一定的氧含量，从而在燃烧过程提供氧和降低混合气局部缺氧问题，进而达到降低柴油机碳烟排放的目的。碳酸二甲酯含氧量高达533，一定比例下和柴油互溶时无需助溶剂，由于含氧比例大，柴油中加入少量碳酸二甲酯即可提供一定的氧比例，因此，作为柴油含氧添加剂具有很好的效

2、果。1、燃料特性为验证柴油添加碳酸二甲酯降低碳烟的效果，在一台单缸柴油机上进行了实验研究，表111和表112分别给出了发动机参数和燃料特性。与柴油相比，碳酸二甲酯具有较高的含氧量，较低的热值和十六烷值。实验中配置10和20体积比例碳酸二甲酯的含氧混合燃料进行实验并记录了缸内压力数据。为便于分析，对燃烧参数进行了如下定义：着火滞燃期：从针阀开启(喷油始点)到压力急速升高的始点 (燃烧始点)主燃烧期：从压力急速升高的始点到压力急速升高的终点总燃烧期：从压力急速升高的始点到放热结束。图111给出了混合燃料质量含氧量、十六烷值、低热值和气化潜热随DMC掺混比例的关系。由于DMC的十六烷值比柴油低，因此

3、混合燃料的十六烷值随DMC掺混量的增加而略有下降，这将导致混合燃料着火滞燃期随DMC的增加而增加；此外，随着DMC的增加，混合燃料的热值降低，需要喷入更多的混合燃料以保证得到相同的做功输出，而汽化潜热的增加使燃油蒸发带来的缸内温降增加。2、柴油及柴油DMC混合燃料的放热率曲线由于DMC的添加使得混合燃料的滞燃期增加，因而，随着柴油中的DMC掺混比例的增加，混合燃料的燃烧始点随着DMC掺混比例的增加而被延迟，但混合燃料的燃烧结束时刻相差不大，这表明柴油中DMC的添加促进了混合燃料的燃烧过程，使得混合燃料的燃烧持续期随着DMC的添加而缩短。3、混合燃料燃烧期在相同的负荷下，混合燃料着火滞燃期随DM

4、C添加比例的增加而增加，相同DMC掺混比例时，滞燃期随发动机负荷的升高而缩短。产生这一结果的原因是，混合燃料十六烷值随DMC掺混比例的增加而下降，同时，混合燃料汽化潜热值随DMC的增加而增加，导致喷油时刻缸内气体平均温度下降。DMC掺混比例相同时，缸内热力状态随发动机负荷的增加而提高。实验表明，混合燃料的主燃烧期随DMC的添加变化很小，这表明，对于不同DMC掺混比例的混合燃料，燃烧一旦开始，主燃烧阶段的燃烧将以相同的速率进行。混合燃料的总燃烧持续期随DMC的添加变化很小；对于同一种混合燃料，总燃烧持续期随负荷的增加而呈现出线性增加趋势3、混合燃料的缸内最大压力值及其对应的曲轴转角随 DMC 掺

5、混比例的关系在中、高负荷时，混合燃料燃烧最大压力值随DMC的增加而略有增加；在低负荷时，混合燃料燃烧最大压力值随DMC的增添加而略有下降。中、高负荷时，最大压力对应的曲轴转角随DMC的添加基本上不发生变化，但混合燃料预混燃烧量却随DMC的增加而增加，燃烧过程等容性提高，最大压力值增加。 ；低负荷时，DMC的添加使混合燃料燃烧放热过程被推迟，最大压力对应的曲轴转角随DMC掺混比例的增加而略微增加，燃烧过程等容性下降。4、混合燃料的最大放热率值及其对应的曲轴转角随DMC掺混比例的关系最大放热率和及其对应的曲轴转角随DMC掺混比例的变化趋势与最大压力升高率及其对应的曲轴转角随DMC掺混比例的变化趋势

6、基本相同。实验结果表明，在中高负荷时，DMC的添加可以提高最大放热率值，此时发动机排气碳烟浓度相对较高，添加含氧燃料对降低碳烟和促进燃烧有较好效果。5、最高平均气体温度Tmax及其对应的曲轴转角随DMC掺混比例的关系在相同的负荷下，Tmax随混合燃料中DMC掺混比例的增加而略有降低，由于DMC的添加使混合燃料的汽化潜热增加，混合燃料低热值降低，导致喷入缸内的燃料量增加，这使得混合燃料燃烧产物的质量(或热容)增加，从而降低最高平均气体温度。当混合燃料中DMC掺混比例小于5时， Tmax对应的曲轴转角随DMC掺混比例的增加而增加；当混合燃料中DMC掺混比例大于5时，对于不同DMC掺混比例的混合燃料

7、， Tmax对应的曲轴转角基本相同。6、混合燃料的有效燃油消耗率(BSFC)与发动机负荷(BMEP)的关系在相同负荷下，有效燃油消耗率随混合燃料中DMC掺混比例的增加而增加。DMC的添加使混合燃料的低热值下降，为了获得相同的功率输出，发动机需要供给更多的燃料量。7、当量柴油热值有效燃油消耗率(diesel equivalent BSFC)与发动机负荷(BMEP)的关系当量柴油热值有效燃油消耗率由公式:对于不同DMC掺混比例的混合燃料，当量柴油热值燃油消耗率没有发生明显的变化。由于混合燃料自带氧，使得扩散燃烧过程得到改善，扩散燃烧的改善使燃烧过程整体燃烧速率提高，带来功率输出的增加；同时，着火滞

8、燃期随DMC掺混比例的增加而增加，导致预混燃烧量增加，而预混燃烧量的增加，将产生高燃烧压力和较大的功率输出。综合作用使混合燃料当量柴油热值有效燃油消耗率随DMC掺混比例的增加而呈现略微下降的趋势。8、混合燃料的有效热效率随发动机负荷的关系有效热效率与当量柴油热值有效燃油消耗率的关系：两参数之间呈反比例关系，当量柴油热值有效燃油消耗率能够更好的反映出混合燃料的有效热效率。9、柴油掺混不同比例DMC时排气CO浓度随负荷的关系试验结果表明，CO随DMC掺混比例的增加而降低，这一趋势在高负荷时更为明显。DMC的添加使得混合燃料具有自带氧能力，这不仅会抑制不完全燃烧过程中CO的产生，特别是扩散燃烧阶段C

9、O的生成，并且会促进发动机膨胀过程和排气过程CO的后氧化。10、混合燃料碳烟排放发动机排气碳烟随DMC的增加而明显降低，这与CO随DMC掺混比例增加的变化趋势一致。碳烟主要生成在扩散燃烧阶段，DMC的添加使得混合燃料含氧，从而促进了扩散燃烧。同时，含氧燃料的添加促进了碳烟在随后的膨胀阶段和排气过程中的后氧化。低转速时，碳烟在膨胀阶段和排气过程中的氧化时间较长，碳烟随混合燃料DMC含量(或氧含量)增加而降低的趋势更加明显。在发动机转速为1 800 r/min时，混合燃料含氧量每增加10，碳烟降低2030；而在发动机转速为1200 r/min时，碳烟降低253511、混合燃料氮氧化物排放在相同负荷下，发动机NOx浓度的最大值出现在DMC掺混比为10% (体积) (即含氧量为7(质量)时，此后，随着DMC掺混比例的进一步增加，NOx浓度呈而下降趋势。NOx受预混燃烧量、过量空气系数，气体温度的综合影响。高负荷时，较高的温度有利于NOx的形成，DMC的添加提供了一部分氧，这同样有利于NOx的形成。12、混合燃料碳烟排放和氮氧化物排放的关系上图给出了相同的负荷和转速下氮氧化物排放