PDF《生物柴油/DMF 混合燃料对柴油机低温燃烧的影响》

105 ― Keywords:low temperature combustion;

biodiesel;

DMF;

blending ratio;

load;

soot 随着化石能源的不断消耗以及排放法规的日益 严格, 生物质燃料的研究受到广泛关注, 其中在发动 机上研究较多的是生物柴油和生物乙醇. 生物柴油 是以油料作物、 野生油料植物和工程微藻等水生植物 以及动物油脂、 餐饮垃圾油等为原料通过酯交换工艺 制成, 美国和欧洲国家已建立了商品化生物柴油生产 基地, 并将生物柴油作为代用燃料广泛使用. 与传统化石柴油相比, 生物柴油含氧、 芳香烃和 硫含量低、 无毒性且具有生物降解能力, 具有很好的 环境友好性, 但同时生物柴油黏度很高, 雾化特性较 差, 在发动机上一般采取与柴油或乙醇等小比例混合 来改善喷雾和燃烧特性[1-2] . Zhu 等[3] 研究了生物柴 油-乙醇混合燃料对直喷柴油机性能和排放的影响, 结果表明, 混合燃料能改善发动机热效率, 同时降低 NOx 和颗粒物排放. 近年来, 随着生产工艺的改进, 新型生物燃料 2, 5-二甲基呋喃(DMF)逐渐受到人们的重视[4-5] . 相比 于乙醇, DMF 具有能量密度高、 沸点高、 不溶于水和 辛烷值高等优点, 可从自然界含量丰富的葡萄糖、 纤 维素经过较简单的几步反应得到. 同时研究表明, DMF的制备能量消耗相对乙醇可降低60%以上, DMF 在未来具有巨大的应用潜力.研究者最初在汽油机上 开展了DMF的研究, 结果表明, DMF是一种理想的汽 油替代燃料[6-7] . 近几年来, DMF 在柴油机上应用的 相关研究也逐渐被报道. Liu 等[8] 将2, 5-二甲基呋喃 (DMF)和柴油掺混进行试验, 发现混合燃料由于较 低的十六烷值和含氧特性, 大幅降低了碳烟排放. 低温燃烧是一种具有实现高效和低排放潜力的 新型燃烧方式. 柴油机低温燃烧主要采用大比例废 气再循环(EGR)延长滞燃期和降低燃烧温度, 从而改 变缸内燃烧反应过程的混合气浓度和温度发展历程, 实现超低的碳烟和 NOx 排放[9] . 研究表明, EGR 对碳 烟的影响也比较复杂, 在中高 EGR 率下存在 Soot- bump 区域, 进一步增大 EGR, 虽然会降低碳烟, 但燃 油经济性会恶化, HC 和CO 排放也急剧增加[10-11] . 本课题组前期研究表明, 在传统柴油机低温燃烧中掺 入部分含氧生物燃料来改变燃料的理化特性, 是改善 低温燃烧性能和排放的重要途径[12] . 本文将重点针对生物柴油/DMF 混合燃料对低 温燃烧的影响开展研究, 针对柴油、 生物柴油、 DMF20(在生物柴油中掺混体积分数 20%,的DMF) 和DMF50(在生物柴油中掺混体积分数 50%,的DMF)4 种燃料, 在不同负荷和高 EGR 率(50%,)条件 下, 研究低温燃烧的燃烧特性和排放特性, 探索通过 燃料特性优化改善低温燃烧过程的途径.

1 试验系统及研究方法 1.1 试验系统 试验在一台由六缸机改造的单缸柴油机上进行, 试验缸有独立的进/排气、 EGR 和高压共轨燃油喷射 系统. 发动机的主要技术参数见表 1, 图1是试验台 架示意. 进气增压由外部压气机模拟, 通过调节排气 背压阀和 EGR 阀改变 EGR 率, 喷油量、 喷油次数、 喷油时刻、 喷油压力等参数通过电控系统可以灵活控 制. 气缸压力由 Kistler6125C 传感器测量, 采样间隔 为0.5°,CA, 每个工况点采集

50 个循环的气缸压力用 于燃烧分析. 气体排放及 EGR 率的测量由 Horiba MEXA 7100,DEGR 排 气分 析仪完成 , 采用AVL 415,S 滤纸式烟度计测量烟度, 烟度单位为 FSN. 表1发动机主要参数 参数指标标定转速/(r・min-1 ) 2,500 缸径/mm