喷油策略对柴油/正丁醇/PODE混合燃料部分预燃烧过程和排放的影响

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随着排放法规的日益严格,传统的机内净化技术已经很难满足要求,迫使研究人员寻找更加清洁的燃烧方式,如开发新型燃烧模式、研究新型内燃机技术、寻找高效清洁的燃烧能源。部分预混合燃烧是一种新型燃烧模式,相对于传统内燃机燃烧模式有更低的颗粒物和NOX排放,而且部分预混合燃烧相对于HCCI燃烧模式更易于控制。醇类和醚类燃料都具有较高的含氧量,有利于降低颗粒物排放而被广泛的研究,但醇类和醚类燃料两者的性质有较大的差别,对发动机燃烧和排放也会产生不同的影响。目前对醇类和醚类燃料在部分预混合燃烧模式下的放热特性和颗粒物排放特性的研究仍不完善,尤其缺少对两种燃料在部分预混合燃烧模式下的对比试验。本文针对以上问题,在一台高压共轨柴油机开展了基于燃油喷射控制策略的部分预混合燃烧模式下的燃烧放热特性、常规气态排放和颗粒物排放特性的研究。(1)在晚喷和早喷模式下,放热率峰值明显增加,NOX排放随着主喷定时的延迟逐渐减少。燃用丁醇掺混燃料后,燃烧滞燃期增加,有利于预混合气的形成,放热峰值和最大压力升高率增加,NOX排放减少,HC和CO排放增加,而燃用B20P20可以改善HC和CO升高的趋势,但NOX排放略有升高。(2)两次喷油策略中,随着预喷策略的加入,缸内的最大爆发压力、压力升高率都明显降低,整体燃烧变得柔和。两次喷油策略相较于单次喷射,NOX排放降低,能够保持较大比例的预混合燃烧,HC和CO排放较高。预喷定时越提前,NOX排放降低,但HC和CO排放急剧升高。随着预喷油量的增加,NOX排放降低。预喷策略中,随着主喷定时的延迟,NOX排放降低,HC和CO排放增加。(3)单次喷射模式中,在早喷和晚喷模式下,排放颗粒物质量浓度都较低,核模态颗粒物排放数量浓度较高,聚集态颗粒物排放数量浓度减少。燃用含氧掺混燃料后,进一步增加了核模态颗粒物的数量,减少了聚集态颗粒物数量,排放颗粒物趋于小径化。预喷策略下,随着预喷定时的延迟,颗粒物几何平均直径逐渐增加,颗粒物质量总浓度逐渐增加。预喷油量的增加,颗粒物数量总浓度和几何平均直径都呈现先增加后降低的趋势,而颗粒物质量总浓度逐渐降低。采用后喷策略后,丁醇掺混燃料B20、B40的核模态颗粒物数量浓度减少,聚集态颗粒物增加,但B20P20的核模态数量浓度增加,聚集态颗粒物在一定程度上减少。B0、B20、B40、B20P20四种燃料都随着后喷油量的增加或者后喷定时的延迟,颗粒物几何平均直径逐渐增大。
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