柴油機(jī)燃用短鏈醇酯混合燃料的燃燒過程及排放特性研究.pdf

1、各種各樣的生物質(zhì)燃料得以廣泛應(yīng)用，而燃料碳鏈長短和含氧官能團(tuán)會造成燃料理化性質(zhì)的差異，進(jìn)而影響混合燃料的燃燒過程和排放特性。本文選用乙醇和碳酸二甲酯（DMC)為代表的短鏈醇酯含氧燃料，研究含氧官能團(tuán)羥基和羰基對燃燒過程的影響。依據(jù)乙醇、DMC和柴油的分子結(jié)構(gòu)、分子極性及相似相容理論配制不同比例的混合燃料EOD15(15％DMC+85%柴油）、E7.5D15(7.5%乙醇+15%DMC+77.5%柴油）、E15D15(15%乙醇+15%D

2、MC+70%柴油），開展DMC/乙醇/柴油三元混合含氧燃料的燃燒過程和排放特性研究，分析不同負(fù)荷工況下各混合燃料的當(dāng)量比油耗、缸內(nèi)壓力、瞬時放熱率和排放物等性能參數(shù)，同時依據(jù)化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)，追蹤醇酯燃料低溫反應(yīng)區(qū)關(guān)鍵自由基及C0和NO的生成特性。本文的主要研究工作及成果如下：
　　(1)以柴油作為參照，在不同負(fù)荷工況下，對不同摻混比例的乙醇/DMC/柴油混合燃料的燃燒過程進(jìn)行分析，研究短鏈結(jié)構(gòu)醇/酯燃料對燃燒產(chǎn)物的影響。在低負(fù)荷工

3、況下，由于短鏈結(jié)構(gòu)的醇酯燃料汽化吸熱，使缸內(nèi)溫度降低，當(dāng)量比油耗略有上升；高負(fù)荷工況下，低沸點的短鏈醇酯促使混合燃料揮發(fā)，使可燃混合氣量增加，燃燒速率和熱效率提高，當(dāng)量比油耗隨之降低。以全負(fù)荷工況為例,隨乙醇和DMC摻混比例的增加，由于短鏈醇酯燃料汽化吸熱，使缸內(nèi)溫度略有降低，E0D15、E7.5D15和E15D15等混合燃料的著火延遲期逐漸增加，缸壓曲線后移且壓力峰依次降低，同時放熱峰依次后移但峰值逐漸上升。
　　(2)各負(fù)荷工

4、況下混合燃料對煙度的降低作用明顯。低負(fù)荷工況下，混合燃料的NOx排放與柴油接近，但大負(fù)荷工況下，混合燃料E7.5D15和E15D15的NOx排放較柴油明顯上升。與柴油相比，混合燃料E0D15的CO和HC排放稍有降低，而隨乙醇摻混比例的增加，混合燃料E7.5D15和E15D15的CO和HC排放逐漸增加，且在低負(fù)荷工況下上升效果更為明顯。
　　(3)利用化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)軟件Chemkin，對混合燃料燃燒過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，并與試驗數(shù)據(jù)相

5、校驗，驗證模型的準(zhǔn)確性。短鏈含氧燃料乙醇和DMC摻混比例的增加使缸內(nèi)壓力和溫度略有降低，壓力和溫度曲線后移。從反應(yīng)機(jī)理角度看，在低溫區(qū)正庚烷脫氫反應(yīng)生成重要的活性基團(tuán)OH_，但乙醇和DMC的加入會爭奪低溫反應(yīng)區(qū)內(nèi)的OH?，活性較強(qiáng)的OH?轉(zhuǎn)化為并不活躍的H202，延緩化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程，造成著火延遲期增長。
　　(4)短鏈醇酯燃料的加入使缸內(nèi)溫度降低，一定程度上造成CO排放增加，但在較高反應(yīng)溫度條件下缸內(nèi)累積的H202分解生成更多量的O