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我国石油资源严重短缺,甲醇作为可再生替代燃料受到了人们的广泛关注,然而在柴油机上应用甲醇燃料还有许多问题需要解决。燃用醇类燃料时,排气中有未燃醇、醛酮、芳烃等非常规有害成分,为消除人们的顾虑,降低尾气非常规排放对人体的危害,有必要研究掺醇发动机的醛酮羰基排放特性及生成过程,从而制定科学的控制策略。
试验使用自制的甲醇/柴油混合燃料,在发动机台架试验时对尾气非常规成分进行采集,为此首先根据试验要求设计了采样装置。并用高效液相色谱法对尾气中的各成分进行定性分析和定量分析,通过优化分离方法,在20分钟内可将尾气中的甲醛、乙醛、丙烯醛、丙酮、丙醛、丁烯醛、异丁烯醛、丁酮、丁醛、苯甲醛、正戊醛、对甲基苯甲醛、己醛完全分离。
在一台4826柴油机上进行台架试验,试验发现在喷油量相同时随着掺烧比例的增加动力性下降,HC和CO排放升高,低比例时变化较小。通过对羰基排放的研究表明:无论是柴油还是甲醇/柴油混合燃料尾气中都含有醛酮排放物,其中甲醛和乙醛是最主要的羰基排放物,所占比例占总羰基排放物的52.7%~65.3%,而且C1~C3的小分子醛酮含量多于高分子醛酮。随着甲醇添加量的增加,羰基排放呈上升趋势,如10%负荷条件下,M15燃料的总羰基排放分别为M0、M5、M10燃料的4.14、2.03和1.26倍。当发动机负荷增大时,羰基排放明显降低,在小负荷时排放量最多,中等负荷和大负荷时总排放量基本不变。在小负荷时使用纯柴油,中高负荷时使用甲醇/柴油;采用电控方式、双燃料喷射,使掺烧比例可调,同时根据负荷的不同灵活控制甲醇的使用,可以有效改善羰基排放。
以正庚烷作为柴油的机理,加入甲醇的反应机理构成甲醇/柴油混合燃料的机理。通过CHEMKIN4.1化学动力学软件分析了影响甲醛生成与消耗的反应,通过敏感性分析获得了其主要反应路径。通过对甲醇添加比例、过量空气系数、压缩比的分析发现:随着添加比例的增加,甲醛和乙醛的生成量增加;过量空气系数增大,甲醛、乙醛生成量减少,并且生成反应延迟;压缩比对甲醛和乙醛的影响最明显,压缩比减小,醛酮排放明显增多。因而为改善羰基排放,可以掺烧低比例的甲醇,并且适当增大过量空气系数并提高压缩比。