【作者】

郑启虎; 黄豪中; 郭晓宇; 李佳蔚; 田思冉; 陈科旭

【单位】

广西大学

【摘要】

煤制油的含硫量较低，并且与柴油相比，其芳烃含量更低，因此在发动机中应用可以有效降低NOx和颗粒物的排放。煤制油可以由煤炭通过化学方法加工而成，在我国多煤少油的环境下，利用煤制油技术能有效缓解我国的能源安全问题。但是，煤制油的十六烷值较高，因此反应活性极强，这使得其燃烧剧烈，容易导致发动机发生震动以及碳氢排放增加。而碳酸二甲酯作为一种清洁低碳燃料，其十六烷值较低，与煤制油混和能够有效降低煤制油的反应活性和增强发动机性能。本文在自行搭建的发动机台架上，分析了不同碳酸二甲酯掺混比例以及在不同喷射策略下，碳酸二甲酯/煤制油混合燃料对发动机燃烧性能和排放特性的影响。 碳酸二甲酯分别以总体积的10%、20%和30%的比例与纯煤制油混合，制成三种混合燃料（MT10、MT20、MT30）用于柴油机燃烧，并和纯煤制油（M100）燃烧对比分析。图1显示了两种喷射策略下的污染物排放特性，添加碳酸二甲酯使得混合燃料的燃烧持续期延长和有效热效率增加，并且有效热效率最大提升约11.19%。此外，由于碳酸二甲酯具有较高的含氧量，因此，促进了燃烧产物的氧化，使得CO和Soot的排放显著降低，其中，CO的排放量降低了约40.56%，而Soot的排放量则降低了约77.14%。 与单次喷射相比，采用预喷策略能够有效提高柴油机的性能，其中，最大缸内压力明显增加，且排放物得到较大的改善。随预喷间隔的增加，缸内最大压力增大，燃烧持续期延长，瞬时放热率峰值增加，同时Soot的排放量降低，总颗粒数浓度减少，且NOx排放增加幅度较低。特别是当碳酸二甲酯的掺混比例为30%且预喷间隔为15 °CA时，Soot的排放降低了约30.78%，并且NOx的排放仅增加了约4.70%。图2显示了Soot排放量随碳酸二甲酯比例和预喷间隔的变化云图，由图可观察到Soot排放的变化趋势，初步找到合适的混合比和预喷间隔。图3显示了总颗粒物浓度随预喷间隔的变化，在较小预喷间隔内，颗粒物的直径逐渐向中径靠拢并且数量不断减少。 随着预喷比例增加，主喷燃烧的放热更加接近上止点，着火延迟期和燃烧持续期缩短，最大缸内压力增加，同时，CO、THC和Soot的排放降低。当掺混30%的碳酸二甲酯且预喷比例为20%时，最大缸内压力增加了约7.58%，CO、THC和Soot的排放分别降低了约8.13%、10.12%和49.01%。图4显示了不同模态颗粒数量及比例随预喷比例的变化规律，随着预喷比例的增加，总颗粒物浓度减少，核态和聚态颗粒物都有降低的趋势。 可以知道，煤制油与碳酸二甲酯掺混可以有效改善发动机的Soot以及颗粒物的排放，特别是在结合预喷策略的情况下，使得发动机性能以及排放得到进一步改善。

【关键词】

煤制油;碳酸二甲酯;预喷策略;燃烧性能;排放特性

【论文集名称】

高效清洁燃烧

【会议名称】

2024世界内燃机大会

【会议时间】

2024-4-19至2024-4-23

【会议地点】

天津市

【下载次数】

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