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增压中冷压燃式发动机燃用柴油醇的十三工况排

来源:内燃机工程 【在线投稿】 栏目:期刊导读 时间:2021-07-18
作者:网站采编
关键词:
摘要:第34卷第3期2004年7月吉林大学学报(工学版)JilinUniversity(EngineeringandTechnologyEdition)V01.34Ju
第34卷第3期2004年7月吉林大学学报(工学版)JilinUniversity(EngineeringandTechnologyEdition)V01.34JulyNo.32004Journalof文章编号:1671—5497(2004)03—0352—05增压中冷压燃式发动机燃用柴油醇的十三工况排放特性谭满志,郭英男,刘金山,洪伟,高海润.吕庆胜(吉林大学汽车工程学院,吉林长春130022)摘要:在应用自行研制的助溶剂解决了乙醇与柴油相溶性问题的基础上,进行了增压中冷压燃式发动机燃用E10柴油醇十三工况排放特性的试验研究。结果表明:与燃用08柴油相比,燃用E10柴油醇的排放污染物HC、NO,、PM和SOF的比排放量有所增加,Co和DS的比排放量有所减少;中小负荷工况分担率的增加导致了多种排放污染物比排放量的增加;乙醇的高汽化潜热使缸内温度变低是比排放量增加的主要原因。提高中小负荷的进气温度可以适当提高缸内温度,从而降低CO、HC、PM和SoF的比排放量,但No。比排放量会有所增加。关键词:内燃机工程;柴油醇;涡轮增压发动机;柴油机排放;十三工况法中图分类号:TK411.71文献标识码:AECER4913一modeexhaustemissionsfromturbo—chargedintercOOledCIenginefueledwithdiesOholTANManzhi,GuoYingnan,LIUJinshan,HONGWei,GAOHairun,L0Qingsheng(Cb£Z曙已∥A“fD埘ofi御En∥九鲫‘ing,.,“inU,litP,百j砂,Ghn”Jgc^“n130022,C^i九n)Abstract:Theexhaustemissionsfromaturbo—chargedandintercooledcompressionignitionenginefueledwiththeE10diesohol(10%mal∞hol+90%mdieSel,andtheneceSSarySolubilizingagentwasaddedtoaSsisttheirmutualSolubility)weremeasuredaccordingtotheECER4913一modetestcycle.TheresultsshowthatthebrakespecificemissionsofHC,N0z,PMandSOFfromtheengineusingE10arehigherthanthoSeusingdieselfuel,whilethebrakespecificemiSsionsofC0andDSarelower.ThereaSonforemiSSiondeteriorationfromthediesoholoperationistheemiSSioncontributionratesincreaseatlow—tomoderateloadswhichmayattributetodecreaseofin—cylinderchangetemperature.Increasingtheintaketemperatureatlow—tomoderateloadoperatingconditionsmaycompenSatethetemperaturedropcausedbytheethanolvaporizationinthecylinder,leadingtothedecreaseofbrakespecificemissionsoftheCO,HC,PM,andSoF,butwithincreaseoftheNo,emission.1(eywords:internal—combustionengineengineering;diesohol;turb争chargeddieselengine;dieselengineexhaustemiSSion;ECER4913一modetestcycle收稿日期:2003—12.14.基金项目:“十五”国家科技攻关计划资助项目(2003BA408811).作者简介:谭满志(1970一),男,助理研究员.E.mail:t11121970@163.com通讯联系人:郭英男(1946一),男,教授,博士生导师.E—mail:jiandingzhan@jlu.edu.cn万 方数据第3期谭满志。等:增压中冷压燃式发动机燃用柴油醇的十三工况排放特性‘353’乙醇(酒精)是一种可再生的生物能源,又为含氧燃料,在汽车上应用有利于解决石油短缺问题并能改善排放状况。乙醇的理化性质接近汽油,在汽油机上掺烧乙醇的技术已十分成熟,并在许多国家得到推广应用。柴油机的应用范围比较广,如果能解决在柴油机上掺烧乙醇的技术问题,意义会更大。近年来美国、德国和泰国等国都在积极进行柴油醇的开发和在柴油机上的应用研究工作L1qJ。随着乙醇燃料生产基地的建成,我国也进行了在柴油机上应用乙醇燃料的研究工作L4咱J。作者在目前我国中重型汽车中应用最广的增压中冷柴油机上,应用自行研制助溶剂解决乙醇与柴油相溶性问题的基础上进行了发动机十三工况排放试验研究,探索了进气温度对排放的影响。试验用发动机及燃料试验用发动机为直列6缸、水冷、4冲程柴油机;缸径为106mm;行程为125mm;额定功率为155kw/2300r?min-。;最大扭矩为725N?m/1400r?min~;压缩比为17;供油提前角为9±1CA。;吸气方式为空一空增压中冷;燃烧室形状为直接喷射的ct,型;喷油泵为P型泵;喷油器为PF93S1,6孔,孔径为0.24mm。试验中发动机的油量和供油提前角未做任何调整。表l给出了柴油和乙醇燃料的主要理化特性。从表中可看出两种燃料的性质差别较大,尤其是乙醇的低十六烷值和高汽化潜热会对柴油机燃用柴油醇产生不利的影响。乙醇具有较强的亲水性,而柴油具有较强的憎水性。石油系燃料憎水性顺序为:脂肪族烃>烯烃>芳香烃。柴油中含有较多的脂肪烃,较少的芳香烃,因而柴油与乙醇混合时,表现出较差的相溶性,不易形成稳定的乳化液。采用助溶剂可解决柴油与乙醇相溶问题。本试验使用自行研制的助溶剂将柴油与乙醇配制成柴油醇燃料(diesoh01)。柴油醇中乙醇和助溶剂的含量以体积分数计量,E10柴油醇表示乙醇的体积分数为10%,助溶剂的含量为体积分数的1.5%。表l燃料的主要理化特性TablelPhysicalandchemicalpropertiesoffuels低热值汽化潜热质量密度燃料分子式分子量十六烷值垒!:堑二.丛L虹:1/塑:kg‘m。3柴油C16—23180~20040~45425002700.82~O.88乙醇C2H50H46826770904O.792试验结果及分析2.1燃用柴油与E10柴油醇十三工况排放试验结果表2给出了燃用O#柴油和燃用E10柴油醇的十三工况排放试验中各种排放污染物的比排放量。PM表示微粒,SOF表示微粒中可溶有机物。DS表示微粒中干碳烟。燃用两种燃料时发动机各工况的进气温度保持一致。从表2可以看出,与燃用08柴油相比,燃用E10柴油醇时,HC、PM和SoF的比排放量增加较大,分别增加了81.5%、35.6%、86.3%;NO。的比排放量增加了1%;CO和DS的比排放量分别减少了6.7%和13.2%。图1给出了燃用0#柴油和E10柴油醇的十三工况排放试验中各种排放污染物比排放量在各个工况下的分担率。从图中可看出,与燃用0#柴油相比,燃用E10柴油醇的十三工况排放试验中各种排放万 方数据?354?吉林大学学报(工学版)第34卷表2不同燃料十三工况排放试验结果ECER4913一modeteStresultofengineuSingTabel2differentfuelsO25车O.20≥00O9一面015瑶遥0IO世君005UO0”如”∞:2OOm鲢。i:阍fl『.一i阄r垦r垦厂睡嚯m厂圄r国阁l穗…。r曩r瞎r目喝r爵r瞽一.一q.参尊∞]/●疆|}丑u量{f三≥邑“<撂适蛙丑oZf2≥邑h<■疆世丑=厶f2O≥Ol邑一●hOOO|月阚r图隅l23456稻世丑ko∞i内旧旧一~8910111213f一车≥善∞】/撂遥|f丑∽ol7f:况图1十三工况各种排放污染物的比排放量分担率Fig.1(为ntributionsofbrakespecificemi鹃iollSatECER4913一modeteSt污染物比排放量在中小负荷工况和大负荷工况呈现相反的变化规律。由于乙醇的十六烷值只有8个单位,汽化潜热是柴油的3.4倍,因此使柴油醇的十六烷值降低,汽化潜热增加。燃用柴油醇导致着火性变差,混合气形成困难,使缸内压缩终了温度变低,延长了混合气着火前的滞燃期。在中小负荷工况下,缸内温度相对较低,乙醇的高汽化潜热使缸内温度变得更低。汽化潜热大还会造成局部淬熄和失火现象,导致燃烧恶化。而此时空燃比较大,柴油醇含氧优势又得不到发挥,致使多种排放污染物比排放量增加,尤其在低转速小负荷(2、3工况点)工况下,其比排放量增加幅度更大;缸内温度变低使No:的比排放量有所减少。在大负荷工况下,缸内温度相对较高,空燃比较小,柴油醇又为含氧燃料,有利于燃烧,使Co、HC、PM、DS和SOF比排放量减少,但NO。比排放量增加。受中小负荷和大负荷不同变化规律的影响,燃用柴油醇十三工况排放试验中多种排放污染物比排万 方数据第3期谭满志,等:增压中冷压燃式发动机燃用柴油醇的十三工况排放特性‘355?放量增加。2.2燃用E10燃料在不同进气温度的十三工况排放试验从上文分析可知,在中小负荷工况,燃用柴油醇使缸内温度变低是十三工况排放试验中多种排放污染物比排放量增加的主要原因。因此在中小负荷工况可以通过提高进气温度来增加乙醇汽化所需的热量。提高缸内温度,促进混合气形成,改善燃烧状况,降低中小负荷排放污染物的比排放量。本试验选取十三工况的中小负荷工况点(2、3、4、10、11、12工况)提高进气温度。在初始进气温度30℃(记为了、1)的基础上依次提高到55℃、80℃和110℃(分别记为T2、丁3和T4),其余工况点保持与T1相对应的进气温度。表3给出了燃用E10柴油醇在不同进气温度下的十三工况排放试验中各种排放污染物的比排放量。图2为燃用E10柴油醇在不同进气温度下的十三工况排放试验中,各种排放污染物比排放量在中小负荷工况的分担率。从表3可以看出,随着发动机中小负荷进气温度的提高,燃用E10柴油醇CO、HC、PM和s0F比排放量逐渐减少,NO,的比排放量逐渐增加,Ds的比排放量变化不大。当中小负荷初始进气温度为T。图2不同进气温度下,中小负荷工况各种排放污染物比排放量的分担率Fig-2C0n廿ibutioIlSofbrakespecific锄iSsioIlSofatECER4913一modeteStforengineunderlow—to—midloadsanddifferentintaketemperatures万 方数据356吉林大学学报(工学版)第34卷??表3E10燃料在不同进气温度的十三工况比排放量试验结果Table3ECER4913一modetestresultdengineusingE10at出珏erentintaketemperaturesCoHc丛g:!坦:垒2:!]49:!!曼:垒2:130.8551.272No,PMDSSOF1[g:f蔓旦:12::3丛墨:!蔓!:12:!]![g:!迎:!!:!]![g:!堡!:!!:135.938O.1410.046O.095。!Tl丁01l6Ol2O】19O6OO73丁OO9硒如6188O1O5O7OO58TO蚍珊协O7"6343O094O¨∞舛6OO48时,除NO,的比排放量与燃用柴油时相比有所增加外,其余排放污染物的比排放量均与燃用柴油相当或有所降低。从图2可以看出,在所选取的十三工况的中小负荷工况点(2、3、4、lO、ll、12工况点),通过提高进气温度,可使Co、HC、PM和s0F的比排放量减少,进气温度愈高,比排放量减少得愈多。相对高转速中小负荷工况点(10、11、12),低转速中小负荷工况点(2、3、4)的缸内温度更低,提高进气温度,减少排放量的效果更明显。但NO,的比排放量随进气温度的提高而增加。试验结果也验证了本文所得出的结论:燃用柴油醇中小负荷缸内温度变低是十三工况排放试验中多种排放污染物比排放量增加的主要原因。3结论(1)增压中冷柴油机燃用柴油醇十三工况排放试验中,HC、NO小PM、SOF的比排放量有所增加,Co和微粒中干碳烟(DS)的比排放量有所减少;多种排放污染物比排放量增加是由于中小负荷工况的比排放最增加所致;缸内温度变低是比排放量增加的主要原因。(2)提高增压中冷柴油机燃用柴油醇中小负荷的进气温度可以降低中小负荷工况下CO、HC、NO。PM和SoF的比排放量,从而降低十三工况试验中这些排放污染物的比排放量,但No。比排放量会有所增加。参考文献:[1]NAGARAJANG,RAoN,RENGANARAYANANS.TechfliqueSofusirlgethanolinDIdie∞lengine-a㈣parativestudy【Z].The14thIntematio舱lS肿p06iumon甜cohoIFuels(1鲫岖ⅪV)Phuket,Thadand,2002.[2]RoBERTFaIlickE,wlLLI舢订SoNIan.Compari∞nofemiSsionsaIldfudeconomychafacteristicsof∞nventioml,E一15andcetaneimproverinaheavydie鸵lengine【z].The14thIntemationalS舯posi啪on舢coholFueIs(ISAFⅪV)Phuket,Thailand,2002.[3]SCHUETZLED,HANW.TheEvaluationofdieseI/ethanolfuelblendsfordi∞eIveKclesinthailand:Derformanceand锄iSsionsstudies[Z].The14thIntenlati伽IaIS舯posiumon~∞holFuds(ISAFⅪV)Phuket,Thailand,2002.[4]Z地州Gwugao,HUANGzhen.Studyofperfomance觚de)【husterTliSsionofacompre鼹ionigIlitiondieselenginefueledwithbi争diesohoI[Z].The14thIntemationalSymp0Siumon~∞holFudS(1sAFⅪV)Phuket,Thailand,2002.[5]谭满志,郭英男,刘金山,于世涛,黄维钧.使用柴油醇对增压中冷柴油机性能和排放的影响[J].吉林大学学报:工学版,2004,34(1):112—117.TANManzhj,GuoYingnan,LIUJjllshaIl,YUShitao,HUANGWe巧Illl.Effectofdie∞holonperfomanceandexhauStemissioflSf栅turbo-chargeddieSelen西ne[J】.Joumal0fJihnUrIiversity(E嚼neeringandTechnobgyEdition),2004,34(1):112—117.【6]吕兴才,黄震,张武高.柴油机燃用柴油醇的性能和排放特性的研究【J].内燃机学报,2003,21(4):112—117.LUXingcai,HUANGZhen,ZHANGWugao.ResearchonperfomanceandemiSSioIlSofdjeselenginefueledwithdieS0hol【j].TranSactionsofCSICE,2003,21(4):193—198.(责任编辑陈永杰)万 方数据

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