2-甲基呋喃发动机低温燃烧模式下燃烧及排放性能试验研究

摘要

随着工业化的发展，人们过度依赖化石燃料提供能源，造成了严重的能源危机和环境污染。所以，寻求可再生、清洁能源替代化石燃料，降低对化石燃料的依赖和环境污染尤为重要。2-甲基呋喃（MF）与汽油有相似的性质并可大规模从果糖、葡萄糖、纤维素等生物质制备，同时表现出与发动机良好的适应性引起了国内外研究人员广泛的关注。柴油机低温燃烧在降低有害排放物和燃烧噪声方面有巨大潜力，近年来受到广泛研究。 本实验在一台直喷柴油机上进行，燃料为柴油和10%、20%、30%质量分数的MF-柴油混合燃料，分别记做M0、M10、M20和M30。首先研究废气再循环（EGR）率和燃料特性对低温燃烧和排放的影响。进而在固定的EGR率下，研究单次喷射策略（主喷时刻）、两次喷射策略（预主喷策略以及主后喷策略）、三次喷射策略（预-主-后喷策略）对MF-柴油混合燃料低温燃烧和排放的影响。 研究结果表明，添加MF能降低混合燃料的十六烷值，延长滞燃期，预混燃烧加强，提高热效率；同时由于MF分子含氧，缩短了燃烧持续期，使得最大压力升高率升高。MF的掺混使得碳烟、1,3-丁二烯以及苯二烯排放大幅度降低但是NOx排放升高；颗粒物粒径分布向大粒径方向移动，小颗粒数目增大而大颗粒数目降低，平均粒径增大。在大的EGR率下能有效的降低NOx排放，适当的提前主喷时刻可以有效地提高热效率，但是最大压力升高率是限制主喷时刻进一步提前的关键因素。 采用预主喷策略在较小的预喷角度下能有效地降低最大压力升高率，提高热效率，降低NOx、1,3-丁二烯的排放，但是碳烟排放恶化；较大的预喷角度又会造成HC和CO排放量显著升高。随着预喷角度的增大，核模态粒子数目增加而聚集模态粒子数目降低。因此针对不同比例的混合燃料，应该综合考虑经济性和排放性细化预喷参数。在主后喷策略中，后喷角度对主喷燃烧的影响较小。较小的后喷角度有利于降低最大压力升高率，提高热效率，降低碳烟的排放，但是NOx和乙醛排放量升高。三次喷射策略有利于降低NOx和碳烟排放，但是其热效率显著下降。

目录

声明

第1章 引言

1.1 研究背景及意义

1.2 第一代生物燃料研究现状

1.3 第二代生物燃料-MF

1.4 柴油机低温燃烧技术

1.5 本文主要研究内容和方法

第2章 试验设备及条件

2.1 试验装置

2.2 尾气分析系统

2.3 试验控制和数据采集系统

2.4 测试燃料以及试验条件

2.5 本章小结

第3章 混合燃料特性和单次喷射策略对低温燃烧和排放的影响

3.1 实验方案

3.2 混合燃料特性对低温燃烧和排放的影响

3.3 EGR率和主喷时刻对M20燃烧和排放的影响

3.4 本章小结

第4章 预喷策略对混合燃料低温燃烧和排放的影响

4.1 实验方案

4.2 预喷策略对混合燃料低温燃烧以及排放的影响

4.3 本章小结

第5章 后喷策略和三次喷射策略对混合燃料低温燃烧和排放的影响

5.1 实验方案

5.2 后喷策略对混合燃料低温燃烧和排放的影响

5.3 三次喷射策略对混合燃料低温燃烧和排放的影响

5.4 本章小结

第6章 结论

6.1 研究总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间学术成果