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柴油乙醇组合燃烧对共轨发动机性能影响的研究

作　者: 阳向兰
导　师: 姚春德
学　校: 天津大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 共轨柴油机 柴油乙醇组合燃烧 掺水乙醇 燃烧特性 排放特性
分类号: TK401
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 26次
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内容摘要


乙醇是最有前景的石油替代燃料以及未来车用燃料,柴油掺水燃烧也可用来有效的降低柴油机的NOx和PM排放,采用柴油/乙醇组合燃烧模式,将掺水乙醇作为燃料应用到压燃式内燃机上以替代柴油。通过进气道喷射不同比例掺水乙醇然后由柴油引燃,使两者在发动机内实现共同燃烧。首先,通过在一台六缸共轨增压发动机改装的单缸机上对缸压进行测量,分析研究了原机和柴油乙醇组合燃烧模式的燃烧性能。结果表明纯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,其峰值放热率有进一步的升高,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。在高速大负荷下,纯乙醇和掺水乙醇的加入都使得最高燃烧温度和最高燃烧压力都较原机有所升高,但是在低速小负荷下最高燃烧温度和压力都有所降低。其次,利用先进的傅里叶变换红外光谱分析仪(FTIR)在另一台四缸共轨发动机上研究了不同掺水比例乙醇柴油组合燃烧模式下的排放性能,主要包括常规气体排放和醛类排放。随着乙醇掺水比例的增大,NOx和NO的排放水平呈现降低的趋势,各个工况下掺水乙醇的加入都增加了NO2的排放,使得NO2/NO比值显著增大,最高达到了64%。DOC后NOx整体排放几乎没有影响,但DOC后的NO2/NO比值都比DOC前有所增加。DOC对DECC模式下增加的HC、CO和甲醛排放有很好的净化效果,基本上达到了甚至低于原机催化前的排放水平,但DOC对乙醛的排放在中高转速25%负荷时基本没有起到净化效果。结果表明柴油机运行DECC模式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以及较高的有效热效率。整体运行DECC可以将发动机热效率提高6%以上。掺水乙醇可以作为压燃式发动机的替代燃料,取代部分柴油,采用柴油掺水乙醇组合燃烧模式结合DOC催化转化转化装置,调整合理的替代率,可以有效的提高发动机的经济性,改善有害污染物的排放。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-22
  1.1 能源是未来社会可持续发展的保障  8-11
    1.1.1 代用燃料对保障国家能源安全的重要性  8
    1.1.2 代用燃料对调整我国能源结构的重要性  8-9
    1.1.3 代用燃料对降低内燃机排放的作用  9-11
  1.2 乙醇燃料是现实的石油替代燃料之一  11-16
    1.2.1 国内外乙醇燃料发展现状  11
    1.2.2 乙醇燃料在发动机上应用  11-13
    1.2.3 乙醇和水在柴油机上的应用  13-16
  1.3 掺水乙醇在柴油机上应用  16-18
    1.3.1 掺水乙醇在柴油机上应用的意义  16-17
    1.3.2 国内外掺水乙醇的使用情况  17-18
  1.4 本课题的主要研究内容和现有的工作基础  18-22
    1.4.1 本课题的研究意义  18
    1.4.2 现有的工作基础  18-21
    1.4.3 主要研究内容  21-22
第二章 排放检测方法及设备  22-28
  2.1 红外线光谱的特点  22-23
  2.2 FTIR设备资料  23-28
    2.2.1 传统测试方法与FTIR方法的精度比较  23-24
    2.2.2 FTIR的测量原理  24-27
    2.2.3 FTIR的优势  27-28
第三章 共轨发动机实现DECC模式的燃烧特性  28-42
  3.1 试验装置和方法  28-29
  3.2 柴油/纯乙醇组合燃烧模式与原机燃烧特性的比较  29-36
    3.2.1 缸内压力  30-31
    3.2.2 放热率  31-32
    3.2.3 示功图  32-33
    3.2.4 缸内温度  33-34
    3.2.5 NOx排放  34-36
  3.3 柴油纯乙醇和柴油掺水乙醇两种组合燃烧模式燃烧特性的比较  36-41
    3.3.1 最大缸压的比较  36-37
    3.3.2 放热率的比较  37-38
    3.3.3 最高温度的比较  38-39
    3.3.4 NOx排放的比较  39-40
    3.3.5 替代率和替代比  40-41
  3.4 本章小结  41-42
第四章 共轨发动机实现DECC模式的排放特性  42-66
  4.1 试验设备和原机参数  42-43
    4.1.1 试验发动机参数  42-43
    4.1.2 氧化催化转化器（DOC）的规格  43
  4.2 常规气体排放  43-58
    4.2.1 NOx排放  43-53
    4.2.2 HC的排放  53-56
    4.2.3 CO的排放  56-58
  4.3 醛类排放  58-62
    4.3.1 乙醛的排放  58-60
    4.3.2 甲醛的排放  60-62
  4.4 乙醇柴油替代率对排放的影响  62-63
  4.5 经济性比较  63-65
  4.6 本章小结  65-66
第五章 全文总结与工作展望  66-68
  5.1 全文总结  66-67
  5.2 工作展望  67-68
参考文献  68-74
发表论文和科研情况说明  74-75
致谢  75

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 内燃机 > 一般性问题 > 理论
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