柴油环己醇含氧混合燃料发动机燃烧与排放特性研究

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环己醇作为柴油的替代生物质燃料,可以从木质纤维素生物质中获取,来源丰富且成本较低。从环己醇的理化特性来看,环己醇的低热值与柴油更为接近,有利于提升柴油机的燃油经济性;环己醇还具有较低的蒸汽压力和较高的闪点,吸湿性小,有助于其与柴油形成不发生相分离的稳定混合物。本文将环己醇和柴油按照0%/100%、10%/90%和20%/80%体积分数比例掺混依次得到D100、D90CH10和D80CH20试验燃料,并分析了三种试验燃料的理化性质,然后基于一台直列4缸,外装EGR系统的涡轮增压中冷共轨柴油发动机上研究了1600r/min和2000 r/min下,不同负荷、EGR率以及主预喷间隔下柴油机/环己醇共混物的燃烧和排放特性。得出以下结论:(1)随负荷增加,D100、D90CH10和D80CH20燃料的预喷脉宽减小,主喷脉宽增加。同一负荷下,主喷脉宽呈现出D80CH20>D90CH10>D100的规律。EGR率和主预喷间隔变化对试验燃料的主预喷脉宽几乎没有影响。(2)随负荷增加,D100、D90CH10和D80CH20的滞燃期均减小。同一负荷下,滞燃期呈现出D80CH20>D90CH10>D100的规律。此外,转速的增加会导致滞燃期的延长。(3)随负荷增加,D100、D90CH10和D80CH20的峰值缸内压力、峰值压力升高率、峰值放热率以及峰值缸内温度增加。与D100相比,随环己醇掺混比例的增加,混合燃料的峰值压力升高率更低,而其缸内峰值压力更高一些;随EGR率增加,所有试验燃料的峰值缸内压力和峰值压力升高率降低。同一EGR率下,峰值缸内压力呈现出D80CH20>D90CH10>D100规律,峰值压力升高率呈现出D80CH20<D90CH10<D100。(4)相同负荷下,D80CH20的峰值放热率和峰值缸内温度最高,依次为D90CH10和D100。在特定负荷下,D100、D90CH10和D80CH20试验燃料的峰值放热率和峰值缸内温度随EGR率的增加而降低。在相同负荷下,同一EGR率下,峰值放热率和峰值缸内温度呈现D80CH20>D90CH10>D100规律。(5)主预喷间隔对D100、D90CH10和D80CH20试验燃料的峰值压力、峰值放热率和峰值温度均有明显的增加效果,同时,增大主预喷间隔降低了三种燃料的峰值压力升高率。在相同主预喷间隔下,D90CH10和D80CH20的峰值放热率和峰值缸内温度均高于D100,峰值压力升高率均低于D100,且D80CH20的峰值放热率和峰值缸内温度最高,峰值压力升高率最低。(6)随负荷增加,试验燃料的NOX排放增加。相同负荷下,与D100相比,D90CH10和D80CH20的NOX排放更高一些。在同一负荷下,随EGR率的增加,D100、D90CH10和D80CH20燃料的NOX排放降低,与在0.56 MPa负荷下相比,在0.92 MPa负荷下EGR率降低NOX的效果更好。在同一负荷和EGR率下,D80CH20的NOX排放最高,依次为D90CH10、D100。随着主预间隔增大,D100、D90CH10和D80CH20燃料的NOX排放略有增大。在同一主预喷间隔下,混合燃料的NOX排放稍高于纯柴油,并随环己醇添加比例的增加而增大。(7)D100、D90CH10和D80CH20的颗粒物排放随负荷增加而增加。相同负荷下,与燃用D100燃料相比,燃用D80CH20燃料很大程度降低了颗粒物总数浓度和体积浓度。EGR率从0%增加到4%时,三种燃料的颗粒物排放略微增加,当EGR率继续增加时,颗粒物排放增加幅度上升。同一EGR率下,D80CH20颗粒物排放降低效果最佳。随着主预喷间隔从6°CA增加到20°CA,D100、D90CH10和D80CH20的颗粒物排放量呈现出先增加后减小趋势,但颗粒物排放相差很小。相同的主预喷间隔下,D80CH20的总颗粒物数浓度和体积浓度最低,其次为D90CH10和D100。(8)相同负荷下,D80CH20的NOx、超细颗粒物排放低于无EGR率时D100的排放。因此,燃用D80CH20,EGR率为8%可以达到颗粒物和NOX排放同时降低的目的。
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