雙燃料條件下輕型柴油機(jī)排放的試驗(yàn)研究

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雙燃料條件下輕型柴油機(jī)排放的試驗(yàn)研究

道路運(yùn)輸部門制定的排放法規(guī)已經(jīng)成為驅(qū)動發(fā)動機(jī)技術(shù)革新的主要力量。交通運(yùn)輸每年產(chǎn)生的CO2約占全球總排量的20%，其中約80%來自道路車輛。壓縮天然氣（CNG）因其較低的成本和CO2排放，將成為未來發(fā)動機(jī)最具前景的燃料。由于CNG和傳統(tǒng)汽油具有相似的燃燒特征，因此CNG發(fā)動機(jī)將采用火花塞點(diǎn)火。而火花塞點(diǎn)火往往需要一個較低的壓縮比，以防止爆震現(xiàn)象的出現(xiàn)，但這會導(dǎo)致CNG發(fā)動機(jī)效率大幅降低。采用雙燃料燃燒技術(shù)可以解決上述問題，且為發(fā)動機(jī)運(yùn)行提供高度的靈活性，而不需要對原型發(fā)動機(jī)進(jìn)行大幅改動。該方法已經(jīng)成功應(yīng)用在一些重型發(fā)動機(jī)上，但還沒有應(yīng)用在輕型發(fā)動機(jī)上。因此，本文通過試驗(yàn)對輕型柴油機(jī)在雙燃料燃燒模式下的燃燒特性進(jìn)行了研究。

試驗(yàn)在瑞典隆德大學(xué)內(nèi)燃機(jī)試驗(yàn)室進(jìn)行，試驗(yàn)發(fā)動機(jī)基于沃爾沃D4 2.0L柴油機(jī)，將其改造為雙燃料發(fā)動機(jī)時，拆除原本的渦輪增壓器，更換為排氣歧管和背壓閥，以完全控制進(jìn)氣和排氣壓力。CNG噴射系統(tǒng)采用4個日本京濱公司生產(chǎn)的73mL CNG噴射器，噴射壓力固定為0.5MPa。采用基于LabVIEW開發(fā)的控制程序?qū)Πl(fā)動機(jī)進(jìn)行控制，柴油機(jī)噴油嘴、高壓柴油泵和柴油機(jī)共軌泵采用NI 9751直噴驅(qū)動模塊組件控制?？刂撇裼凸曹墘毫?00MPa、天然氣共軌壓力為0.475MPa、進(jìn) 氣 氣 流 壓 力 為0.11MPa、排氣氣流壓力0.135MPa、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為1500r/min。高頻信號采用美國國家儀器生產(chǎn)的NI PXI-FPGA 7854R多功能數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采樣，低頻信號采用NI PXI-6221采樣。結(jié)果顯示：①雙燃料燃燒相比傳統(tǒng)燃燒模式顯示出較大的優(yōu)勢，由于柴油燃料的分散，使混合物具有較高的反應(yīng)活性，理論上可減少26%的CO2排放；②發(fā)動機(jī)在低負(fù)荷雙燃料模式下，較高的柴油替代率和較高的稀釋條件使混合氣過于稀薄，不利于火焰?zhèn)鞑?，使未燃燒的HC排放增加，發(fā)動機(jī)效率降低，可通過CNG分層直噴可解決該問題；③在發(fā)動機(jī)高負(fù)荷雙燃料模式下，較高的柴油替代率將產(chǎn)生較好的燃燒效果，而柴油替代率達(dá)到95%時需要采用三元催化器作為后處理系統(tǒng)。

PabloGarciaetal.SAE 2015-24-2439.

編譯：李臣