汽油與DTBP混合燃料壓燃試驗研究

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1、中國工程熱物理學會燃燒學學術(shù)會議論文編號:094023汽油與DTBP混合燃料壓燃試驗研究梁晨,紀常偉,戴曉旭，胡博，劉達洋（北京工業(yè)大學環(huán)境與能源工程學院，北京100124）（電話：13910825805,E-mail:liangchen0629@gmail.com）關(guān)鍵詞：汽油DTBP混合燃料燃燒排放為了拓寬柴油機的燃料使用范圍，同時分析DTBP點火促進劑對高辛烷值燃料在壓燃方面應用的可行性以及今后的使用和發(fā)展前景。本文在壓燃式柴油機臺架上將一定體積分數(shù)的DTBP混入汽油中并噴入燃燒室，以研究汽油混合DTBP的可行性以及對燃燒和排放的影響。本實驗發(fā)動機為IVECOSOFIMO8

2、140.47直列4缸渦輪增壓中冷直噴柴油機。試驗轉(zhuǎn)速設(shè)定為1400r/min，試驗范圍為0-140N·m。在柴油與DTBP的混合實驗研究中，DTBP作為點火促進劑，因其自燃溫度低、擴散及燃燒速度快、蒸發(fā)霧化性能好等特點，能夠提高柴油的十六烷值，明顯縮短柴油的滯燃期。通過參考DTBP與LPG混合燃燒的數(shù)據(jù)，在本試驗中，DTBP與汽油按照15/85的體積比例進行混合。通過與原機各工況點第4缸的缸壓和排放數(shù)據(jù)進行對比，確定汽油混合DTBP的可行性以及對燃燒和排放的影響。2實驗結(jié)果及分析2.1汽油/DTBP混合燃料的燃燒范圍圖2為1400r/min、原機與汽油/DTBP混合燃料燃燒的轉(zhuǎn)矩

3、隨油門開度變化的曲線。圖2表明在隨著油門開度的增大，當燃燒柴油時原機轉(zhuǎn)矩可達到140N·m，而汽油/DTBP混合燃料的轉(zhuǎn)矩僅能提高到80N·m。在傳統(tǒng)柴油噴射過程中由柴油對高壓油泵柱塞及針閥進行潤滑，由于汽油的密度和粘度小于柴油，當燃燒汽油混合燃料時，對于部件的的潤滑性能較差，并造成了噴油系統(tǒng)內(nèi)由于潤滑不足而引起的柱塞及針閥卡滯，因此在汽油/DTBP混合燃料燃燒時隨著油門開度的增加轉(zhuǎn)矩僅能提高到80N·m。圖2發(fā)動機轉(zhuǎn)矩變化曲線2.2汽油/DTBP混合燃料對柴油機燃燒的影響圖3為1400r/min、原機與汽油/DTBP混合燃料燃燒的缸壓峰值隨制動平均有效壓力變化的曲線。圖3表明汽

4、油/DTBP混合燃料燃燒的缸壓峰值與柴油原機的變化趨勢相符,且在20N·m之后高于柴油原機。這主要是因為汽油的霧化及揮發(fā)性能均高于柴油。隨著噴油量的增加，在預混燃燒階段，當DTBP被壓燃后參與燃燒的汽油量增加且多于相同狀況下原機的柴油量，因此使得當轉(zhuǎn)矩高于20N·m之后汽油/DTBP混合燃料的缸壓峰值高于柴油原機。圖3缸壓峰值隨bmep變化的曲線圖4為1400r/min、原機與汽油/DTBP混合燃料燃燒缸壓峰值的曲軸轉(zhuǎn)角隨制動平均有效壓力的變化曲線。圖4表明缸壓峰值轉(zhuǎn)角隨bmep增加而錯后，但汽油/DTBP混合燃料燃燒的缸壓峰值轉(zhuǎn)角比柴油原機提前0.2-1.1°CA。這主要是因為

5、汽油和DTBP較柴油更易霧化，同時汽油的揮發(fā)性更強，因此使得汽油/DTBP混合燃料的預混燃燒期較柴油原機縮短，導致其缸壓峰值位置前移。當DTBP與柴油進行混合燃燒時也導致混合燃料預混燃燒期縮短，但因柴油的霧化和揮發(fā)性較汽油較差，因此其缸壓峰值有所降低。而汽油的霧化及揮發(fā)性能好,使得汽油/DTBP混合燃料的在預混燃燒階段有更多的燃料參與燃燒，改善了燃燒狀況，因此在提高缸壓峰值的同時提前了峰值位置轉(zhuǎn)角。圖4缸壓峰值轉(zhuǎn)角隨bmep的曲線圖5為1400r/min、不同制動平均有效壓力下原機與汽油/DTBP混合燃料的10%已燃能量分數(shù)對應的曲軸轉(zhuǎn)角(CA0-10%)變化曲線。圖5表明，汽油

6、/DTBP混合燃料的10%已燃能量分數(shù)對應的曲軸轉(zhuǎn)角明顯滯后于柴油原機1-1.5°CA。這主要是因為汽油混合DTBP后雖然十六烷值有所提高并實現(xiàn)壓縮燃燒，但其十六烷值仍低于普通柴油，因此其滯燃期較柴油有明顯延長。但由于混合燃料氣化完全，大量汽油揮發(fā)并與缸內(nèi)空氣均勻充分混合，當DTBP著火并引燃汽油后，汽油迅速燃燒，同時火焰擴散速度快于柴油原機，因此盡管混合燃料的滯燃期延長，但混合燃料燃燒的缸壓峰值轉(zhuǎn)角仍先于柴油原機。圖510%已燃能量分數(shù)曲軸轉(zhuǎn)角隨bmep變化曲線2.3汽油/DTBP混合燃料對排放的影響圖6為1400r/min、不同制動平均有效壓力下原機與汽油/DTBP混合燃料燃

7、燒的CO變化曲線。圖6表明，汽油/DTBP混合燃料燃燒時CO排放變化趨勢與原機相同，且CO的排放數(shù)值較原機降低0.01%。當汽油/DTBP混合燃料在柴油機中燃燒時，屬于稀燃狀況，因此CO主要是由于燃燒不充分造成。DTBP低溫分解、氧化并釋放熱量，同時由于汽油易于蒸發(fā)的特點，加快了混合燃料在預混期的蒸發(fā)擴散的速度，改善了預混燃燒期的燃燒狀況，減少了不完全氧化物的生成，因此使得汽油/DTBP混合燃料燃燒的CO排放低于柴油原機。圖6CO隨bmep變化曲線圖7為1400r/min、不同制