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《天津大学》 2010年
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柴油乙醇组合燃烧及其在发动机上应用的研究

陈绪平  
【摘要】:乙醇是一种可再生燃料,采用柴油/乙醇组合燃烧(DECC)模式,将掺水乙醇作为燃料应用到压燃式发动机上以替代柴油,可以实现柴油机的高效清洁燃烧。本课题的目的就是在研究柴油/乙醇组合燃烧特性的基础上,对发动机应用DECC模式提升排放品质进行研究。 通过定容燃烧弹试验,研究了初始压力为3MPa下柴油在乙醇和空气混合气氛围中着火特性,结果表明,乙醇的加入延长了柴油的滞燃期,缩短了高温反应的放热时间,加快了高温反应的进行。 在一台单缸机上,对比分析了原机和柴油乙醇组合燃烧模式的燃烧性能。结果表明,乙醇的加入使得着火始点较原机推迟,放热率峰值增大,初始放热率急剧升高。当30%掺水乙醇的加入后,其峰值放热率进一步升高,着火始点也较纯乙醇推迟更多,初始放热率所占比重比纯乙醇进一步增大。 在直列泵式、增压中冷国Ⅱ发动机上采用柴油/掺水乙醇组合燃烧方式,并加装氧化催化转化器后,按照国Ⅲ规定的检测方法,对比纯柴油排放,该机的NOx由6.49 g /kW.h降到3.46 g /kW.h,微粒由0.142 g /kW.h降到0.089 g /kW.h,HC和CO测量值分别为0.34 g /kW.h和0.10 g /kW.h。ELR测试结果为0.687m-1。除微粒仅达国Ⅲ排放标准外,其他排放达到了国Ⅳ排放标准且经济性保持不变。进而在电控高压共轨、增压中冷国Ⅲ发动机上,研究了柴油/掺水乙醇组合燃烧模式下的排放性能,利用先进的傅立叶变换红外光谱分析仪(FTIR),对包括常规气体排放和醛类排放进行全面检测。结果表明,在加装氧化催化后处理器后,与原机相比,NOx比排放从4.108 g/kW.h降至3.034 g/kW.h,PM比排放从0.079 g/kW.h降至至0.068 g/kW.h,HC、CO比排放分别从0.209 g/kW.h、0.59 g/kW.h降至至0.094 g/kW.h、0.02g/kW.h;乙醛和甲醛排放与原机相当;经济性分析表明,DECC模式下,燃料经济性存在一个高效运行区,在中高转速、中高负荷可以获得较低的当量比油耗和醇柴替代率。整体运行DECC可以将发动机热效率提高4%以上。 本文研究结果表明,采用柴油/乙醇组合燃烧模式,发动机具备达欧Ⅴ甚至更低排放标准的潜力。在当前业界普遍采用SCR技术降低NOx的情况下,组合燃烧模式提供了一种非SCR的思路和技术路线。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TK401

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