煤基合成柴油对压燃式发动机燃烧及排放的影响研究

发布时间：2020-11-17 03:16

　　 随着全球范围内对于节能减排及低碳经济的不断重视,为同时满足严格的排放法规及迅猛增加的燃油需求,通过优化燃料特性改善发动机燃烧过程受到了内燃机燃烧领域研究者的重视。其中采用清洁替代能源能够在一定程度上缓解资源短缺的状况,也是降低内燃机排放的有效方法。煤制油作为主要的石油替代燃料之一,在技术上和商业运作上已经趋于成熟,作为内燃机替代燃料具有良好的应用前景。本研究依托于国家自然科学基金项目,针对持续急剧增加的燃油需求以及日益严格的排放标准,以探索高效清洁的车用替代燃料及同步降低柴油机氮氧化物(NOx)和超细微粒排放为目标,开展煤基费托合成柴油(Coal-to-Oil,CTL)与排气再循环(EGR)、喷油参数复合控制实现内燃机高效清洁燃烧技术研究。试验研究了CTL燃料对压燃式发动机性能、燃烧及排放的影响规律,并与国V石化柴油进行了对比。通过燃料设计,制取CTL与石化燃料、酯类含氧燃料的混合燃料,试验研究不同理化特性燃料以及EGR、喷油参数等边界条件对于燃烧及排放的影响规律。研究结果表明:1、燃料组分及理化特性对发动机的性能、燃烧过程及排放特性有着明显的影响,与普通石化柴油相比,发动机燃用CTL经济性得到改善,在喷油策略不变时转矩略有下降,可以通过调整喷油策略及燃料理化特性进行改善。CTL燃料在燃烧过程中具有良好的着火性,滞燃期较短,压力升高率降低,对缓解柴油机工作粗暴、改善发动机工作平稳性具有积极作用。2、发动机燃用CTL燃料可以有效降低CO、HC、NOx排放量及消光烟度,微粒排放中各模态微粒数量浓度及总微粒数量浓度均低于国V柴油。与普通石化柴油相比,CTL燃料的CO、HC、NOx的十三工况加权平均比排放量分别降低了51.42%、45.62%和14.35%,消光烟度降低范围为33.33%~80%,微粒排放中核态微粒及总微粒数量浓度可降低45%以上。3、引入再循环排气(EGR)后,CTL燃料的NOx排放进一步降低,消光烟度略有增加,燃用CTL燃料能够提高发动机对于EGR的耐受性。在相同EGR率条件下,CTL的NOx、消光烟度及不同粒径范围的微粒数量浓度均低于石化柴油。4、对于瞬变工况,发动机燃用CTL燃料的NOx排放明显低于石化柴油,在未引入EGR情况下,与国V柴油相比,CTL燃料在增负荷过程前期的烟度峰值降低近50%,在增负荷过程结束时刻,消光烟度降低了44.50%;在引入EGR情况下,CTL燃料的消光烟度降幅为63.76%。因此可以发现,CTL燃料的消光烟度对瞬变工况的敏感性低于国V柴油,同时对于瞬变过程中引入EGR的耐受性更好。5、将CTL作为添加剂与普通石化柴油配合使用,可以改善普通石化柴油的理化特性指标,有利于改善经济性、燃烧并降低排放污染物,同时可以改善纯CTL燃料动力性不足的问题。适当提高喷油压力,同时引入大比例EGR可以同步降低CTL/国V柴油混合燃料的NOx及微粒排放。与国V柴油相比,CTL添加比例为60%的C60燃料可以达到良好的性能及排放水平,在喷油压力为120MPa、EGR率为30%条件下,C60的NOx及消光烟度降幅分别为9.42%和27.27%。6、添加含氧燃料DMC有助于进一步降低CTL燃料的CO、HC及微粒排放。燃用DMC添加比例为15%的D15燃料,CO、HC及消光烟度的降低幅度分别为47.62%、62.07%及54.26,但NOx排放增加了10.28%。引入EGR可以进一步降低NOx排放,在30%EGR条件下可以使NOx排放降低近75%,同时燃用D15燃料可以改善引入EGR导致的微粒排放恶化程度。与纯CTL相比,在相同EGR率(30%)条件下,D15燃料的消光烟度和微粒总数量浓度分别降低了61.17%和42.76%。可见通过调整CTL燃料特性协同控制EGR、喷油参数等边界条件,能够同时降低发动机的氮氧化物和微粒排放,缓解柴油机NOx和微粒的矛盾关系,有利于促进CTL燃料在内燃机上的高效清洁利用。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U464
【部分图文】：

车排放标准对改善环境污染具有重要意义。图 1.1 PM2.5 分布云图图 1.1 是 NASA（美国国家航空航天局）公布的全球空气质量地图，图中展示了世界各国空气动力学直径低于 2.5μm 的悬浮颗粒分布状况，可以发现我国的华北和华东地区的 PM2.5 浓度非常高。研究表明我国强雾霾的污染物主要成分与美国洛杉矶的光化学烟雾和英国伦敦的烟雾事件的成分相同，同时还包含了中国特有的沙尘气溶胶。《2015年政府工作报告》明确指出要强化治理机动车尾气，改善油品质量，并且淘汰排放标准过低的黄标车。2015 年 8 月 29 日新修订的《中华人民共和国大气污染防治法》更加严格的规范了机动车环境管理工作，包括新车达标监管、“黄标车”加速淘汰、在用车环保管理、车用燃料改善及车用尿素供应等，大力减低机动车排放污染物对环境和群众健康的影响。现阶段，机动车使用的燃料主要是石油燃料，汽车保有量的不断攀升使得石油需求量急剧的增长

EEPS不同粒径下的浓度测试范围稀释比是影响微粒排放粒度测量精度的重要因素之一，在对微粒取样过程中应尽量

压 EGR 方案，引入方式如图 2.7（b）所示。该方案中排气回入口位置为中冷器出口，排气与增压后的空气混合后进入缸内。高压 EGR 方式避免了排气对增压器的污染损坏，获得广泛的应用，但是可获得的 EGR 率受排气与进气的压差影响较大，特别在中高负荷工况下，获得大 EGR 率较困难。因此为了获得高比例 EGR，本研究通过
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 谭丕强;丁佩磊;胡志远;楼狄明;;CTL柴油轿车实际道路的排气颗粒数量及粒径分布[J];内燃机工程;2013年05期

2 王铁;史伟奇;王丁丁;廖文蓉;邓永慧;汪恒;;增压中冷柴油机燃用F-T柴油的燃烧特性[J];车用发动机;2013年03期

3 谭丕强;鲍锡君;胡志远;楼狄明;;柴油机燃用GTL柴油和纯柴油瞬态工况的排放特性[J];内燃机学报;2013年03期

4 杜家坤;孙万臣;王晓丹;李国良;谭满志;赖春杰;;GTL添加比例对高压共轨柴油机微粒排放粒度分布的影响[J];内燃机学报;2013年03期

5 汪恒;王铁;史伟奇;王丁丁;廖文蓉;邓永慧;;F-T煤制油对增压中冷柴油机性能与排放的影响[J];车用发动机;2013年02期

6 何旭;郑亮;赵陆明;李红梅;王建昕;;生物柴油喷雾、着火和燃烧特性试验研究[J];内燃机工程;2012年05期

7 尹超;高俊华;尧命发;;甲醇发动机与汽油发动机瞬态排放特性的对比研究[J];汽车工程;2011年09期

8 谭丕强;张同;胡志远;楼狄明;;GTL燃料发动机的性能及排放特性[J];车用发动机;2011年04期

9 郏国中;贾振华;;基于改善柴油机排放的燃烧过程优化措施[J];汽车实用技术;2011年05期

10 潘芝桂;邵毅明;吴岳伟;;柴油机排放控制技术研究现状与发展趋势[J];内燃机;2010年03期

相关博士学位论文 前4条

1 杜家坤;基于燃料特性与燃烧边界条件协同控制的高效清洁燃烧技术研究[D];吉林大学;2016年

2 郝斌;不同燃料对柴油机排气颗粒物的影响研究[D];天津大学;2014年

3 刘立东;柴油机燃用F-T柴油的基础研究[D];天津大学;2011年

4 吴君华;增压二甲醚发动机燃烧和排放控制试验研究[D];上海交通大学;2007年

相关硕士学位论文 前8条

1 李鹏磊;丁醇/柴油混合燃料燃烧及颗粒物排放特性研究[D];吉林大学;2017年

2 张波;汽油/柴油混合燃料对压燃式发动机燃烧及排放特性的影响[D];吉林大学;2016年

3 周北杨;燃料喷雾特性对压燃式发动机燃烧及排放的影响规律研究[D];吉林大学;2016年

4 高聪慧;甲醇/F-T柴油双燃料发动机的性能与排放研究[D];太原理工大学;2015年

5 代玉利;煤制油的喷雾燃烧及排放特性实验研究[D];天津大学;2014年

6 苗永;正丁醇—汽油发动机低温燃烧特性的模拟研究[D];天津大学;2014年

7 汪恒;甲醇/F-T柴油混合燃料柴油机的燃烧与排放特性[D];太原理工大学;2013年

8 杜宏飞;F-T柴油混合燃料对柴油机性能与排放的影响规律[D];天津大学;2009年

本文编号：2887024