增壓二甲醚發(fā)動機(jī)燃燒和排放控制試驗(yàn)研究.pdf

1、我國汽車工業(yè)的發(fā)展正面臨著日益嚴(yán)峻的能源供應(yīng)和環(huán)境保護(hù)雙重壓力。發(fā)展新的清潔能源,尤其是符合我國能源資源特點(diǎn)的汽車代用燃料已迫在眉睫。二甲醚由于其特殊物化特性,能夠?qū)崿F(xiàn)高效低污染燃燒,并改善我國的能源結(jié)構(gòu),近年來日益受到人們的重視。本文在國家科技部“十五”科技攻關(guān)專項(xiàng)“清潔汽車行動計劃”的資助下,深入研究了增壓二甲醚發(fā)動機(jī)的燃燒特性和排放特點(diǎn),并重點(diǎn)研究了二甲醚發(fā)動機(jī)的排放控制策略。
　　 本文對D6114ZLQB柴油機(jī)進(jìn)行改造

2、,根據(jù)二甲醚的物性特點(diǎn),專門設(shè)計了適合二甲醚的燃料供給和噴射系統(tǒng)。系統(tǒng)研究了燃油系統(tǒng)參數(shù)和運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)對二甲醚發(fā)動機(jī)性能和排放的影響。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)二甲醚燃料溫度對發(fā)動機(jī)動力性能影響顯著,溫度升高,功率下降明顯,應(yīng)用中必須控制二甲醚燃料的溫度。
　　 比較了二甲醚發(fā)動機(jī)和柴油機(jī)的燃燒、性能和排放特性。和柴油相比,二甲醚的最高爆發(fā)壓力、最大壓力升高率、燃燒噪聲均比柴油低。二甲醚擴(kuò)散燃燒速度比柴油快,燃燒持續(xù)期比柴油短。和柴油機(jī)相比,二甲醚發(fā)

3、動機(jī)低速扭矩顯著提高,NOx排放顯著下降,HC排放下降,CO排放略有升高。在各運(yùn)轉(zhuǎn)工況下,二甲醚發(fā)動機(jī)碳煙排放為零。二甲醚發(fā)動機(jī)排放全面達(dá)到歐Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn),并有較大余量。
　　 研究了二甲醚中甲醇含量對發(fā)動機(jī)性能和排放的影響,并測試了非常規(guī)排放HCHO。研究表明:隨著甲醇比例的增加,發(fā)動機(jī)油耗率、排溫升高,NOx排放降低,HC和CO排放增加,HCHO排放基本呈依次上升的規(guī)律,但總體來說,HCHO排放處于很低水平,濃度排放低于15×

4、10-6。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)甲醇含量高于1.5％時,油耗率增加明顯,HC和CO排放顯著增大。從性能、排放方面考慮車用二甲醚燃料成分,建議甲醇含量不高于1.5％。為今后車用二甲醚標(biāo)準(zhǔn)的制定奠定了基礎(chǔ)。
　　 為了進(jìn)一步降低二甲醚發(fā)動機(jī)的NOx排放,本文研發(fā)了適合增壓二甲醚發(fā)動機(jī)的“低壓回路”廢氣再循環(huán)系統(tǒng),研究了EGR率對燃燒和排放性能的影響。研究表明:在所有運(yùn)轉(zhuǎn)工況下,隨著EGR率增大,缸內(nèi)燃燒壓力峰值降低,壓力峰值出現(xiàn)的位置延后,著

5、火點(diǎn)延后,預(yù)混合燃燒峰值增大,擴(kuò)散燃燒峰值降低,燃燒持續(xù)期增大。隨著EGR率增大,發(fā)動機(jī)排溫升高。EGR對油耗率影響比較復(fù)雜,低負(fù)荷下,適當(dāng)?shù)腅GR量會降低發(fā)動機(jī)的油耗率。在中高負(fù)荷下,EGR的加入會使油耗率增大,經(jīng)濟(jì)性惡化。隨著EGR率的增加,發(fā)動機(jī)的NOx排放大幅度下降,高負(fù)荷下降幅度更大。HC排放隨EGR率增加而上升。EGR率在一定范圍內(nèi)時,EGR率對CO排放影響不大,但當(dāng)EGR率超過一定范圍時,EGR率的增大會引起CO排放急劇升

6、高。EGR率對碳煙排放影響不大,二甲醚發(fā)動機(jī)碳煙排放保持為零。
　　 針對采用EGR后二甲醚發(fā)動機(jī)HC和CO排放升高的問題,本文采用氧化后處理技術(shù),成功的解決了EGR引起HC和CO排放升高的問題。研究表明,經(jīng)過氧化后處理器,發(fā)動機(jī)HC和CO排放顯著下降,CO排放下降幅度達(dá)到90％。在此基礎(chǔ)上,本文提出了二甲醚發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)超低排放的控制策略,即采用廢氣再循環(huán)技術(shù)降低NOx排放,氧化后處理技術(shù)降低HC和CO排放。
　　 研究了

7、摻混LPG對二甲醚發(fā)動機(jī)燃燒和排放的影響。研究表明:隨著LPG含量的增加,滯燃期延長,著火點(diǎn)延后,燃燒持續(xù)期縮短。油耗率隨LPG含量增大有一個低谷,LPG含量過高或過低都會導(dǎo)致油耗率升高。試驗(yàn)表明,在二甲醚中摻混30％LPG時油耗率最低。LPG對NOx排放影響較復(fù)雜,低負(fù)荷時,LPG含量增大,NOx排放上升。中高負(fù)荷時,隨LPG含量增大,NOx排放先增大后減小。LPG含量增大使HC排放略有升高,而導(dǎo)致CO排放迅速增加。
　　 提

8、出了二甲醚發(fā)動機(jī)預(yù)混合燃燒的實(shí)現(xiàn)策略。利用二甲醚蒸汽壓高、易于汽化的特點(diǎn),采取增大柱塞直徑以及添加高熱值LPG燃料等措施縮短噴射持續(xù)期,通過大的廢氣再循環(huán)和推遲噴油技術(shù)以及添加低十六烷值的LPG延長滯燃期,使盡可能多的燃料在滯燃期內(nèi)噴入氣缸,著火前形成準(zhǔn)均質(zhì)混合氣,擴(kuò)大預(yù)混合燃燒的范圍,實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)的高效和低排放。試驗(yàn)表明,采用預(yù)混合燃燒,二甲醚發(fā)動機(jī)的油耗率略有改善,NOx排放大幅度下降,800r/min時各負(fù)荷下NOx排放下降幅度接近