论文部分内容阅读
面对内燃机发展中日益严峻的能源危机和环境污染问题,寻找开发替代燃料、实现内燃机高效清洁燃烧成为近年来科研工作者的研究热点。在由木质纤维素生产的众多第二代生物燃料中,具有环状结构的环戊醇作为车用替代含氧燃料具有巨大的潜力。但是,环戊醇较大的密度和粘度在一定程度上影响燃料的低温流动性及雾化性能。乙醇的粘度和密度较低,蒸发性较好,以一定比例的乙醇(10%)替代柴油或环戊醇既可以改善燃料的理化性质,又可以改善雾化,降低碳烟排放。基于上述思想,本研究以柴油为基础燃料(记为D100),按体积比配制柴油环戊醇二元混合燃料(记为D80CP20),并以一定体积比乙醇(10%)替代环戊醇或柴油配制三元混合燃料(记为D80CP10E10和D70CP20E10)。首先对比研究了四种燃料之间理化特性的差异,并基于定容燃烧弹和光学发动机测试平台利用高速摄影法和双色法研究不同喷射压力(100、120和100MPa)和不同喷射时刻(6°、9°、12°和15°CA BTDC)下四种燃料的喷雾特性、燃烧特性以及代表碳烟排放的KL因子的差异。研究结果表明:(1)混合燃料均具有比柴油更低的十六烷值和低热值,而密度、汽化潜热和表面张力相比柴油有不同程度的提高。与D80CP20相比,虽然D80CP10E10和D70CP20E10的十六烷值和热值有略微下降,但运动粘度的下降和燃料中氧含量的提升对改善燃料雾化和减少碳烟排放具有积极作用。(2)添加环戊醇可以有效改善雾化质量,而以一定比例乙醇替代环戊醇或柴油后,虽然燃料的雾化效果相比D80CP20略微变差,但是乙醇具有蒸发性优点,且可以通过提升喷射压力来改善雾化水平。总之,D80CP20对于燃料雾化程度的改善要略微强于D80CP10E10和D70CP20E10,D80CP10E10要强于D70CP20E10。(3)以一定比例乙醇替代环戊醇或柴油具有比D80CP20更大的减少碳烟排放潜力,其中D70CP20E10具有最低的碳烟排放,D80CP10E10和D70CP20E10相对于D100,碳烟分别减少了89%-98.3%、94%-98.4%。增加喷射压力是减少碳烟排放的有效途径。(4)燃烧的放热随着环戊醇和乙醇的加入而降低,这是由于扩散燃烧比例和低热值的降低。相比D80CP20,在较高喷射压力下,以一定比例乙醇替代环戊醇在热量释放上具有更好的效果。(5)光学发动机测试平台研究结果表明:在所有工况下,相比D80CP10E10和D70CP20E10,D80CP20具有更高的缸内压力和放热率,且增加喷射压力或提前喷油时刻可以有效降低环戊醇和乙醇的加入对缸压和放热率产生的负面影响;D80CP20均具有最大的火焰燃烧面积。此外,以一定比例乙醇替代环戊醇(D80CP10E10)要比替代柴油(D70CP20E10)带来的不利影响小。(6)环戊醇和乙醇的加入可以有效降低碳烟排放。与D80CP20相比,D80CP10E10在整个燃烧过程中均具有较低的碳烟排放水平,但考虑到缸压和放热率的影响,D80CP20可以看作未来的替代燃料,特别是在喷射压力为140MPa,喷射时刻为15°CA BTDC工况下。