供油提前角對(duì)聚甲氧基二甲醚柴油混合燃料排放的影響

1、供油提前角對(duì)聚甲氧基二甲醚柴油混合燃料排放的影響【摘 要】將聚甲氧基二甲醚（ PODE ）/柴油按照 1： 9 的體積比進(jìn)行混合，調(diào)整柴油機(jī)供油提前角，分別在16 °CA 、18°CA 和 20°CA 時(shí)進(jìn)行排放測(cè)試。結(jié)果表明，隨著 供油的提前，燃用 PODE/ 柴油混合燃料的柴油在 CO、HC 的排放上有較好的改善作用， 然而會(huì)增加 NOx 的排放； 燃用 PODE/柴油混合燃料時(shí)， 顆粒物 （PM）的總數(shù)量濃度和總體 積濃度都有所下降，而提前供油會(huì)增加顆粒物的總數(shù)量濃 度，降低總體積濃度，且 PM 粒徑分布朝小粒徑方向偏移。【關(guān)鍵詞】供油提前角；聚甲氧基二甲醚

2、；排放；顆粒 物中圖分類號(hào)： TK46+4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2017）32-0031-002【 Abstract 】PODE / diesel was mixed in the volume ratio of 1： 9 to adjust the advance angle of diesel oil supply ， and the emissions were tested at 16 ° CA，18 ° CA and 20 ° CA respectively. The results show that diesel fue

3、l with PODE / diesel blends can improve the emission of CO and HC with the advance of fuel supply ， but it can increase the emission of NO x. When using PODE / diesel blends ， particulate matter （PM ） decreased both in the total concentration and in the total volume ， while advance oil supply increa

4、sed the total concentration of the particulate matter ， decreased the total volume concentration ， and the PM particle size distribution shifted toward the smaller particle size.【Key words 】 Fuel supply advance angle； Polyoxymethylene dimethyl ether ； Emission ； Particulate matter聚甲氧基二甲醚( Polyoxymet

5、hylene dimethyl ethers ， PODE)十六烷值較高、含氧量較高、與柴油可任意比例互 溶、無(wú)需對(duì)柴油機(jī)供油系統(tǒng)進(jìn)行改動(dòng)，還能有效降低柴油機(jī) 的 CO、HC 和顆粒物( PM )排放，是一種較為理想的柴油 含氧添加劑 1-3 。目前， 國(guó)內(nèi)外對(duì) PODE/柴油混合燃料的研究主要集中在 在柴油中摻混 PODE的物化特性 3-5 和 PODE/柴油混合燃料 對(duì)柴油機(jī)燃燒特性和排放特性的影響 6-10 等方面，對(duì)實(shí)際 使用過(guò)程中柴油機(jī)參數(shù)的改變對(duì)使用 PODE/ 柴油混合燃料 影響的研究較少。本文將 PODE 按照體積比 1：9 與柴油進(jìn) 行混合，調(diào)整柴油機(jī)供油提前角，并進(jìn)行排放試

6、驗(yàn)。通過(guò)試 驗(yàn)分析不同供油提前角與 PODE/ 柴油混合燃料排放的影響。1 試驗(yàn)燃料與試驗(yàn)裝置1.1 試驗(yàn)燃料試驗(yàn)所用柴油為市售國(guó) V0#柴油， PODE 中PODE3、 PODE4和PODE5、PODE6-8 的質(zhì)量比為 60.2%：27.0%：9.5%： 3.3%。將 PODE 按照體積比 0：10和 1：9與柴油混合，命 名為 P0 和 P10，柴油和 PODE 物化特性如表 1 所示。1.2 試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法試驗(yàn)用柴油機(jī)為 186FA，立式單缸四沖程風(fēng)冷柴油機(jī)， 其他技術(shù)參數(shù)見表 2。其它試驗(yàn)設(shè)備包括測(cè)功機(jī)、德圖 Testo 350XL 煙氣分析儀、發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放顆粒物粒徑 ?V 儀

7、( TSI EEPS 3090)。試驗(yàn)裝置分布如圖 1 所示。試驗(yàn)選取柴油機(jī)轉(zhuǎn)速 2400r/min ，在不同負(fù)荷下， 分別燃 用 P0、P10 混合燃料進(jìn)行排放試驗(yàn)。供油提前角每間隔2°CA 設(shè)置一個(gè)點(diǎn)，即供油提前角設(shè)定為16°CA 、18°CA 和20° CA 。記錄尾氣排放中的 CO、 HC 和 NOx 等排放數(shù)值； 并利用 EEPS 3090 測(cè)量排氣中的顆粒粒徑分布。2 試驗(yàn)結(jié)果與分析2.1 供油提前角對(duì)排氣污染物排放的影響柴油機(jī) NOx 的產(chǎn)生條件是高溫富氧， 以及在高溫下的反 應(yīng)時(shí)間，負(fù)荷越大，缸內(nèi)溫度越高， NOx 的排放隨之增加 12-

8、13 。相同供油提前角，燃用 P10混合燃料比 P0的 NOx 排放略有增加， 100%負(fù)荷工況下， 燃用 P10 混合燃料比燃用 P0 的 NOx 排放增加了 1.8%，這取決于 P10 混合燃料中含氧 量的增加。不同供油提前角燃用 P10 混合燃料的 NOx 排放，則隨 著供油提前而顯著增加， 100%負(fù)荷工況下， 供油提前角 18° CA 和 20°CA 比 16°CA 的 NOx 排放增加了 19.65% 和 61.47%。當(dāng)供油提前時(shí)，滯燃期延長(zhǎng)，最高燃燒溫度升高， NOx 排放增加，如圖 2 所示。柴油機(jī) HC 排放主要因?yàn)闇计趦?nèi)在噴霧下游形成的過(guò)

9、稀混合氣區(qū)，以及噴注核心的混合氣過(guò)濃 14 。在柴油中摻 混 PODE 可降低 HC 排放，這是因?yàn)槿加椭械暮趿吭黾痈?善燃燒，使燃燒更充分。其中 50%負(fù)荷工況下，燃用 P10 混 合燃料比燃用 P0的 HC 排放降低最多，降低了 10.26%。不 同供油提前角燃用 P10 混合燃料的 HC 排放，隨著供油提前 也略有降低。這是由于供油提前，使混合氣更加均勻，燃燒 也更充分。其中 75%負(fù)荷工況下，供油提前角 18°CA 和 20° CA 比 16° CA 的 HC 排放分別降低最為明顯， 降低了 4.26% 和 11.70% 。柴油機(jī) CO 的生成原因是由較

10、低的燃燒溫度和較高的混合氣濃度 15 。在柴油中摻混 PODE 和提前 供油，都有利于降低 CO 排放，這與燃油中含氧量增加和提 前供油改善燃燒有關(guān)。其中， 100% 負(fù)荷工況下，燃用 P10 比燃用 P0的 CO 排放降低了 35.06%，而供油提前角 18°CA 和 20°CA 比 16° CA 的 CO 排放僅分別降低了 6.25%和 9.09%。2.2 供油提前角 ?PM 排放的影響100%負(fù)荷下，供油提前角對(duì) PM 排放的影響如圖 3 所示， 橫坐標(biāo)為分級(jí)后的各級(jí)特征粒徑 DP，縱坐標(biāo)為各級(jí) PM 數(shù) 量濃度，總數(shù)量濃度和總體積濃度分別記為ntotal

11、和 Vtotal ，見圖 4。PM 數(shù)濃度和粒徑隨著負(fù)荷的增加而增大，相對(duì)應(yīng)的總 數(shù)濃度和總體積濃度也隨著負(fù)荷的增大而顯著增加。隨著負(fù) 荷增加， 燃油消耗量增加， 混合氣濃度較高， 缸內(nèi)溫度升高， 缸內(nèi)壓力較大，易生成由不完全燃燒產(chǎn)生的碳核顆粒；且排 氣流速增加，核態(tài)顆粒間的碰撞、團(tuán)聚更劇烈，更容易形成 大顆粒，而被氧化的時(shí)間較短。燃用 P10 和燃用 P0 對(duì)比， 由于含氧量的增加， PM 粒徑分布朝小粒徑方向偏移，而燃 料本身的含氧量增加，也抑制的碳核的生成。隨著供油提前 角的增大， PM 粒徑分布朝小粒徑的方向偏移， PM 的總數(shù)濃 度略有上升，總體積濃度則隨著供油提前角的增大而下降。

12、提前供油可改善燃料，且滯燃期延長(zhǎng)，生成的 PM 在缸內(nèi)被 氧化的時(shí)間較長(zhǎng)，大量大顆粒被氧化成小顆粒，因此供油提 前角的增大使得 PM 粒徑分布朝小粒徑方向偏移；而提前供 油導(dǎo)致混合氣濃度增加，燃燒不完全的情況更加嚴(yán)重，因此 PM 總數(shù)量濃度隨著供油提前而增大。 100%負(fù)荷工況下，燃 用 P10 比燃用 P0 的 PM 總數(shù)量濃度和總體積濃度分別降低 了 11.47%和 15.51%；而供油提前角 18° CA 和 20° CA 比 16° CA 的 PM 總數(shù)量濃度分別增加了 11.65%和 22.93% ，總體積濃度降低了 5.23%和 12.83%。3 結(jié)論

13、（1）在柴油中摻混 PODE 和提前供油，有利于降低 CO 和 HC 的排放，而 NOx 排放則有所上升。 100% 負(fù)荷工況下， 燃用 P10混合燃料比燃用 P0的 CO 和 HC 排放分別降低了 35.06 和 10.26%， NOx 排放增加了 1.8%；供油提前角 18° CA 和 20° CA 比 16°CA 的 CO 排放分別降低了 6.25%和 9.09%， HC 排放分別降低了 4.26%和 11.70%，NOx 排放分 別增加了 19.65%和 61.47% 。（2）在柴油中摻混 PODE ，PM 粒徑分布朝小粒徑方向 偏移， 100%負(fù)荷工況下

14、，燃用 P10比燃用 P0的 PM 總數(shù)量 濃度和總體積濃度分別降低了 11.47%和 15.51%；供油提前 角為 16°CA 時(shí)，燃用 P0和燃用 P10 的幾何平均粒徑分別 為 110.44nm、 108.15nm。（ 3）提前供油， PM 粒徑分布朝小粒徑方向偏移，然而 PM 總數(shù)量濃度卻有所上升。 100%負(fù)荷工況下，供油提前角 18°CA 和 20°CA 比 16°CA 的 PM 總數(shù)量濃度分別增加了 11.65%和 22.93%，總體積濃度分別降低了 5.23%和 12.83% ； 燃用 P10時(shí)，供油提前角為 16°CA、18&

15、#176;CA 和 20°CA 的 幾何平均粒徑分別為 108.15nm、 99.16nm 和 89.14nm。提前 供油對(duì) PM 粒徑分布的影響，較在柴油中摻混 PODE 對(duì) PM 粒徑分布的影響大?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1Wang J， Wu F， Xiao J ， et al. Oxygenated blend design and its effects on reducing diesel particulate emissionsJ. Fuel， 2009， 88（ 10）： 2037-2045.2Zhang Z H ， Balasubramanian R. Effects of

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