使用LG-柴油混合燃料的压燃式发动机燃烧与废气排放特性

使用LPG—柴油混合燃料的压燃式发动机燃烧与废气排放特性摘要为了减少污染物排放，尤其是来自直喷式（DI）柴油发动机排出的烟和氮氧化物，工程师们提出了各种解决方案，其中之一就是用气体燃料作为部分燃料补充柴油来使用。使用液化石油气作为替代燃料是一种很有前景的解决方案。柴油发动机中使用石油气很有潜力，既经济又环保。液化石油气其较高的自燃温度有非常大的优势，使得传统柴油发动机的压缩比能够维持下去。本文描述的是在一个单缸直喷式柴油机进行的实验研究，发动机已经过适当改动能在液化石油气-柴油混合燃料条件下运行，并使用不同混合率的液化石油气与柴油混合燃料（0％，10％，20％，30％，40％）。比较结果是在不同的发动机转速和负载对比与传统的柴油和混合燃料对比下得出的，来揭示混合燃料燃烧对发动机性能和尾气排放的影响。1。简介目前，各种替代燃料已在研究，目的是减少柴油发动机柴油燃料的消耗和氮氧化物（NOx）和微粒排放量。因为其十六烷值较低，液化石油气（LPG）和压缩天然气（CNG）是最广泛使用点燃式发动机的燃料。斯内尔格罗夫等[1]指出，欧洲测试循环中，在25°C时，与使用无铅汽油相比，使用LPG给车辆减少排放带来了实质性的效益。根据报告碳氢化合物（HC）排放量降低40％，一氧化碳（CO）的降低60％，二氧化碳（CO2）大幅减少。这主要因为，和汽油相比LPG有高的氢/碳比。根据Yoong和Watkins[2]，因其较高的热效率，所以，提高燃油经济利用可从使用LPG的内燃机获得，而不是无铅汽油。这是因为LPG有较高的辛烷值，通常纯丙烷辛烷值（RON）为112，这样能在高压缩比时阻止爆燃出现。Homeyer等[3]指出，与使用无铅汽油对比，使用LPG时在功率输出方面存在一不利因素，原因是部分进气被LPG取代，燃气的体积比远大于其液态。在双燃料压燃式（CI）发动机中，液化石油气为主要燃料，一定数量的柴油作为点火源，像在传统柴油发动机里一样，LPG和空气气一起引入和压缩。因其有高的自燃温度，LPG和空气的混合气不会自燃。少量的柴油在压缩冲程快结束时注入缸内引燃混合气，这时柴油自燃并产生点火源给周围空气-LPG混合气。那些柴油可由传统柴油机的喷射装置喷入，其通常只是提供一小部分发动机功率输出[4,5]。Karim等[6,7]已经指出，双燃料发动机在低负荷，LPG浓度更低时，注入的燃料点火延迟将增加，分散均匀的部分LPG仍未燃，致使排放效果较差。因为LPG-空气混合气稀释了，低负荷下的LPG燃烧效果欠佳导致高的CO和未燃HC含量的排放。但是，在高负荷下，LPG进气量增加会导致，在柴油雾化附近不受控制的反应速率增加，从而敲缸。本文的目的是考察一台测试的发动机在采用LPG-柴油混合燃料，尾气排放和运行特点。正因如此，在作者的实验室的直喷式试验发动机上进行测试研究。对试验机子适当改进后以适应使用混合燃料，有两套设备进行测量，均在变化的运行条件下进行，一是只使用柴油，另一个是使用混合燃料。处理被测汽缸压力数据信息，从而推导揭示了混合燃料对放热速率、燃烧时间、着火延迟期,汽缸压力和有效油耗率()的影响。此外,排放测量数据的分析揭示了混合燃料燃烧对污染物形成机理的影响。2.LPG和柴油的性能介绍液化石油气是由天然气生产和原油提炼的副产物。液化石油气和柴油的主要性能已经在表1中给出，在表里也给出了混合燃料的性能。可以看出，LPG在室温常压下是气态，需在压力保持在约0.5兆帕和温度25℃条件下，来保证它是液态。为了表示出混合燃料中的LPG质量分数，我们使用了下面的表达式：当z=0%，代表柴油燃料，z=10%,z=20%,z=30%,z=40%表示LPG在混合燃料里的质量分数。从表一可以看出，随着LPG的质量分数的增加，混合燃料的质量低热值和蒸发热值也增加，但体积低热值确减少。3.1实验设备著使抓用的顾发动仆机为弃单缸镜，自行然吸波气，胳四冲昼程，塘风冷找，直姓喷，者高速资，带图燃烧叛室的钩ZH刷11煤05乘W柴年油发影动机啊。该段发动饱机的咸基本饲数据章见图腔2。艰使用赞高压淋燃油法泵喷砖射，坊其喷开嘴为轨直径俩8毫泪米，寸其有懒四个扁喷油弦孔（于每孔坡直径衬为0置.3士2毫素米）忠。这蛋个喷纪油嘴撕置于敢燃烧则室中持心，笑开启次压力董为1受8M众pa变。波在本沈实验弯中，果LP粉G—垫柴油样燃料当如液只化气含燃料数一样四制备醒，如夺图1堂。首肤先，抖往空亡LP翁G箱青里灌叔入少卡量的政柴油址,其均次，肤通过涝压缩某氮气施，在遗油箱驳里产禾生一储定的销压力陕（该买压力涛不低鲜于L纳PG些饱和石蒸汽丈压）拜。最潮后，酒由加互压氮烧气把崇一定另质量扎的L催PG暮压到立柴油丙里，支用手慌摇L适PG行管，灿并立影即开喊展实宽验。吗燃料损出口励位于诵管底刑。混臭合燃隙料通雁过过泻滤器永和电魄磁猫磁肿阀，的直接摔进入瘦注射舍泵，待这样事可以某过滤议杂质展，迅版速切诵断燃准料供漫给，姓保证条实验蹦安全允，并仁防止励发动电机受树损。命混合炕燃料滩通过切活塞洲注入燥汽缸件，剩迅余的检燃料伶则进厚入回望油管勺，被胡回收民利用炭。L芹PG拉的蒸寻汽压置力非扛常高剃，在邀燃油至系统获极易浪发生积气阻千,因避此有它必要佳把L狗PG战压力底加大曾到约艺2.视0M铁pa羡，防染止氮拨气或严气泵戏阻塞叔。厌漆带计翻时功早能的倦高精筑密电仅子秤青每3迁0秒棋测量驰燃油勺的流完量。凑安装夸Ki佳st断le求r披电换伴能器失和示Ki彻st障le肾r雷电荷右放大歪器，秩用来压监控膛汽缸弊压力制（1偶00拉个工灯作周坑期取快平均颈值）绪，并属使用赏CB觉56兽6燃穿烧分败析仪挪记录折测量胁数据咬。气少体排躲放量父的通尿过A痒CL相老Di址ga贯s命4损00傻0测议量，梳该仪差器专惜门为凭专门率检测聪NO美x鼓的化斯学发巩光测例量器统，H艇C由音火焰股电离扣探测硬分析吩仪(益FI非D)得分析童，C拜O和谊CO断2由柳非分卵散（唱ND东IR打）红矮外分存析仪泊分析透。烟双雾则臣由部诸分流年烟雾戚不透楼明性率测量驰仪测禁量（征AV笨L化Di论sm馆ok港e快4信00彻0）跃。该识实验船安装隆如图浴1（怕b）首。测型量装等置的伴主要以技术脊要求鬼和解禾决方罢案如门表3帐所示坟。滚3.蜡2。扩试验遮条件之检查泡对所挽处情格况检恰验后傻空气劣进气顿温度印是2径3·歪C。氧测量继是采附取在载6组籍不同唯的发哥动机进负荷泉，相慨应于纸全负红荷的苦15石%,敲30披%,摔45戒%,足60伸%,衫75君%和镜90并%,移有两畅个发始动机逐转速勿：1骗50退0和叛20终00晋r/悬分钟胃，其胃均在席柴油夕和混莫合燃当料下僚运行雾。洁洋当倍发动幕机正饱使用赠柴油脸运行邻时,猜阀门液1(崭V1伙)是盘开放君和阀伪门2事(V改2)师关闭诚,当喷发动剖机使贯用混顺合燃当料运则行时累，V飘1关字闭和问V2丈打开除【如锤图1颂(b蓄)】伴在发抓动机碎运行洗新一分组混最合燃签料前锣,回允用抚充分衡的时存间消乔耗剩隔下的迅燃料迫。表匙4给聋出对疑应地聚柴油埋和混暑合燃窑料的钥质量饱流量垮率，喜并在积所有岂的情置况下踏进行基了测词定。蜂混合吓燃料典的平袋均燃万料有窝效油斩耗率唱，是址在柴芦油等吧量低狼热值语的基吗础上衔计算帽得出茄的，稠所依胖据的起计算舞公式着如下迅4爽热释同放率氏试验汪的评崇估妈对于冶每一顽个操怎作条曲件,贱记录借下发酬动机交的1涂00看个压掘力循国环，杰并从蚂其中姐估计诸平均童气缸征压力猾迹线矮。使你用平搁均测灾量气间缸压蒸力图络和上韵止点爬采集脂的信璃号，川我们荷可以纱估计税点火惊延时纵期，勒燃烧臣时间歌和放宪热率辛速率届，然卧后从蛾热释艇放速都率估班算燃咱烧持用续时爱间和钥强度紧。这脊是柴匹油机亡燃烧瓦机理跟的信决息的言最宝炕贵来优源。团放热哭率图颤也为乖我们勉提供鲜了燃誉烧初稼期有阀价值究的信表息，赞而燃砖烧初摘期是饮大部锁分伞NO面x死形成膝的时火期。送热释杜放率谨是通迫过热代力学来第一笼定律铲计算湿确定激的。挤公式新如下丈：笼其中魔热导挨率由翅下式心给出售：木导热张系数恼h第使用废伤Wo匪sc格hn恒i铲的传大热系索数。袖点火吩延迟确是从超喷油仰到压予力急矩剧上领升这紫段时移间间东隔。况燃烧蚀持续革期是秃从燃迹烧放腿热开醉始到显放热免结束键。部5，茅结果腿与讨圈论仇如前拌所述督，目权前的欣主要分工作练范围爷是，秧通过兽运行驳现有划的直爬喷式伞柴油固机发凤动机惕，考聪查混更合燃务料燃业烧对墓发动淘机性籍能和魄排放纳的影戏响。垦在以顶下各丙段，血所有趁的测脸试案凡例均掀已给牵出，谣重点趣的是滤燃烧轻机理刃和污另染物福的排岁放。波芳由戴于发亮动机钱的脉酒冲特昆性，露我们期始终何在个决工作漂条件混下以嫂3次逆测量均取平帅均采瘦集数妹据。答这使贸我们伤能够盏确定杰的所读测数痒据可晶重复宽性，盯并估扩计测止量精态度。割特别塔强调虑考虑堡到对询污染亚物排跌放量馒的测舌量误母差。肉为了柏保证隶所测相值的速精度狸高，饶气体让分析紫仪必导须槽在每杜次测酷量前川使用从参考炎气体羞校准法。烟桂度计狮也务纠必在鼻每次第测量恩前调夜整到茄零点虽。舍豪为克了估生计测放量的起可重球复性念和程耀序的没精度絮，每耕个测沾量参扔数的逮变化协系章数（透CO疏V的疼）是斥确定排的。榜它代园表每坚个数除值平猎均数阅的百脱分比菌作为既标准躬差。押每个胀主要城CO矩V的臣测量窄参数漏列于椒表5背。看兽这些吃值可已以得京出，棉测量牧是非匆常重虫复性腰的，广特别陪是对旺发动泳机的煮性能舒而言居。对鸣于考悼虑到述污染旺物排吃放量共，C早OV陈是小呈于3斩.5揉％的血气态滚污染开物和惜3.沉8％好的烟氏雾。赖通过待实测或数据峰，我臂们可腥以得央出混紫合燃摆料对渡发动塌机性酬能和谁排放份影响圆的合备理结则论。帆5.客1筝使用制混合皇燃料华对缸者压地和放猛热率仙的影念响腾烛图厨2好给出辟了发算动机肝转速残为1雕50辈0和抽20努00衔转/许分钟是，负矿荷为熄满负差荷的案30城％和唉60喘％条良件下秒的热摇释放狱率，宏其燃川料为秧柴油筹Z键=肉0％掌和混籍合燃嫂料z笛=婚1蓄0％晚，2饺0％音，3屯0％放和4率0％析。结厚果表幸明，债混合辽燃料同的热叙释放粉率峰熄值比炕柴油腔稍高粘，在购15神00予转/秧分转城速下悲随着修LP欣G质烂量分浪数的揭增加氏保持锋不变株。L拜PG赵的质伞量分鸭数低谦于2姓0％宪时，悦20气00榜r/地mi减n速蛛与1民50位0转治/锋分钟耕情况乏是一浸样的尾，但串是，际当L跟PG发的质图量分树数大蜜于2废0％凭，混所合燃茧料的软热释誓放率兵峰值提明显孔下降混。L糊PG鉴-柴底油混袜合燃最料与凯柴油怎燃料怒相比乓，其蝶热释押放初鼻始位巨置（岁以曲信轴角乓度）俩延迟梁些，坛这种劳延迟奋会随税着L尿PG演的质拉量分温数增辛加而笑趋于沟增加蝶，在世高转桂速时画（2愉00梨0r说/m策in遇）尤躁为明蚀显。让LP栏G质亦量分颈数的错增加盘会降戒低混宾合燃扒料的脊十六输烷值坡，增些加点刻火延桐迟时掩间，诞在点抚火延厘迟期紫内可蜂燃烧监的燃己料数柜量增袋加了好，随涛之热来释放税率的捞峰值暑还有制预混灭合燃绞烧阶脂段放膜热量种也增偶加。帆由于硬混合航燃料延的密扯度降阿低，良为了厨达到椒同样翼水平归的平送均有对效压铁力，伪需增丙加喷占油时盗间。胁但是剧，由蚂于L巨PG独低沸滑点，艇其瞬辛间沸赛腾喷伪射可边以促匠进混兔合燃容料的麦雾化染，可储在扩拿散燃榆烧阶瞎段改茅善燃炉烧缩千短燃收烧杆时间份[1平0]饿。同缓时，庸数据洁显示守所有票燃料马几乎础在同辅一位我置释潜放热怪量，拜这在圣另一诵个方跃面提改供了擦，当之LP年G质年量分伐数低膛于2码0％梦或在伶15期00逮r/辩mi例n转廊速时霸，短稳时间垃扩散熔燃烧羡阶段烧发生耍的证冬据。还林在欣气缸锤的压快力和垦温度礼相同姜的条渔件下昆，点确火延物迟表雅现为照物理贿和化钳学的隶预燃颠阶段听的准烘备时探间，喝在时成间（飘毫秒运）变靠化很贩短，肿但随梨着发屑动机醋曲轴老转速昼的增更加而浅增加委。放冻热曲船线表灭明在宅低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