DTBP對M85燃燒特性影響的研究

賈文建，倪健健，陳滿，王文龍，許修國

(1.長城汽車股份有限公司技術中心，河北保定 071000； 2.河北省汽車工程技術研究中心， 河北保定 071000)

DTBP對M85燃燒特性影響的研究

賈文建1,2，倪健健1,2，陳滿1,2，王文龍1,2，許修國1,2

(1.長城汽車股份有限公司技術中心，河北保定 071000； 2.河北省汽車工程技術研究中心， 河北保定 071000)

在化學反應動力學理論的基礎上，將DTBP(二叔丁基過氧化物)作為添加劑進行M85的燃燒試驗研究。研究表明：DTBP對M85甲醇汽油的燃燒速率影響明顯，極大地縮短了滯燃期與燃燒持續期。

DTBP；燃燒特性；催化劑

0 引言

汽車的動力性很大程度上取決于發動機的燃燒特性，而發動機的燃燒特性與缸內燃燒壓力、壓力升高率、燃燒溫度、溫度升高率、放熱量以及放熱率密切相關。基于定容燃燒彈，通過試驗分析在不同填充壓力、不同初始溫度、不同混合氣濃度下M85的燃燒特性，得出初始條件的改變對其燃燒過程有明顯的影響，同時也發現燃料在定容燃燒彈內的燃燒速率偏低，直接影響壓力升高率，較低的壓力升高率會影響汽車動力性。且M85可能會因為甲醇汽化潛熱值過大而導致冷啟動困難的問題。基于以上兩點問題，在定容燃燒彈上以DTBP作為催化劑，研究DTBP對M85燃料燃燒過程的影響。

1 DTBP的作用機制

添加劑的研究一直集中于過氧化物和硝酸酯類，硝酸酯類有較弱的RO-NO2，而過氧化物有弱的-O-O-鍵，兩類都在較低溫度下就可以產生活性自由基，從而加速燃料燃燒的鏈式反應，能夠改善低溫啟動性以及發動機的燃燒特性。添加劑改善燃料的燃燒特性與添加劑的分子結構以及化學反應機制息息相關。以下是(DTBP)的反應機制[1-2]：

低溫情況下(600～670K)DTBP會出現O-O鍵斷裂而分解成為兩個(CH3)3CO.，接著叔丁氧自由基((CH3)3CO.)發生β-斷裂生成活性甲基自由基CH3.，甲基自由基與氧氣反應最終生成羥基自由基(OH.)，生成的活性羥基自由基快速進攻燃油分子，奪取烷烴上的氫原子，生成烷基自由基R.，進而引發低溫鏈式反應。通過化學反應機制可以得出添加劑熱分解產生的甲基自由基CH3.在改善燃燒特性方面起關鍵作用。

2 燃料的配制

M85燃料以及加入添加劑的配制過程：

(1)首先用正庚烷與異辛烷配制試驗所需要的93號汽油，93號汽油就是用體積比為7%的正庚烷與93%的異辛烷混合而成。

(2)配制M85甲醇汽油。取85%的甲醇、14%的正庚烷與異辛烷配制而成的混合試劑，并添加1%的高碳醇(正丁醇)作為助溶劑。以上所取試劑的百分比均為體積比[6]。

(3)配置完成后，攪拌、搖晃使配制燃料能夠均勻混合，然后按照試驗所需的燃料量量取燃料。由于燃料的揮發性與甲醇的親水性，試驗所需要的燃料都是現場配置。

3 DTBP對M85燃燒特性的影響

3.1 添加劑DTBP對M85甲醇汽油燃燒壓力以及壓力升高率的影響

圖1所示為在過量空氣系數為1、初始壓力為0.8 MPa、初始溫度分別為200與250 ℃下，加入2%的添加劑DTBP的M85甲醇汽油混合燃料與無添加劑的M85甲醇汽油的燃燒壓力與壓力升高率變化曲線的對比圖。

圖1 添加劑對燃燒壓力以及壓力升高率影響

可以看出：在加入添加劑后，無論是在初始溫度為200 ℃還是250 ℃時缸內最高燃燒壓力基本保持不變，在4.4 MPa附近。分析得到添加劑無法改變缸內燃燒壓力的峰值，但是在兩種不同條件下，燃燒壓力的峰值都前移。還可以看到：壓力升高率最大值變大，在初始溫度為200 ℃，壓力升高率峰值從0.05 MPa/ms提高到0.075 MPa/ms；在初始溫度為250 ℃時，壓力升高率峰值從0.075 MPa/ms提高到0.1 MPa/ms，而且壓力升高率的峰值也前移。這是滯燃期與燃燒持續時間變短的結果，最高壓力相近，隨著燃燒持續時間減少，壓力升高率也隨之增大。通過分析可以得出：DTBP使甲醇汽油的燃燒速率大幅度提升。DTBP的添加可提高壓力升高率，有助于提高發動機的動力性。

3.2 添加劑DTBP對M85甲醇汽油燃燒溫度以及溫度升高率的影響

圖2所示為在過量空氣系數為1、初始壓力為0.8 MPa、初始溫度分別為200與250 ℃下，加入2%的添加劑DTBP的M85甲醇汽油混合燃料與無添加劑的M85甲醇汽油的燃燒溫度與溫度升高率變化曲線的對比圖。

圖2 添加劑對燃燒溫度以及溫度升高率影響

可以看出：在加入添加劑后，無論是在初始溫度為200 ℃還是250 ℃時，缸內最高溫度基本保持不變在2 700 K附近。分析得到添加劑無法改變缸內溫度的峰值，這是由放熱量決定的，而放熱量又是由混合氣工質的量決定的，加入添加劑而工質的量不變，最終放熱量就是一定的。但是在兩種不同條件下，缸內溫度的峰值都前移。還可以看到：溫度升高率最大值變大，在初始溫度為200 ℃，壓力升高率峰值從30 K/ms提高到45 K/ms；在初始溫度為250 ℃時，壓力升高率峰值從45 K/ms提高到57 K/ms，而且溫度升高率的峰值也前移。這同樣是滯燃期與燃燒持續時間變短的結果，最高溫度相近，而燃燒持續時間減少，溫度升高率也隨之增大。

3.3 添加劑DTBP對M85甲醇汽油燃燒放熱量以及放熱率的影響

圖3所示為在過量空氣系數為1、初始壓力為0.8 MPa、初始溫度分別為200與250 ℃下，加入2%的添加劑DTBP的M85甲醇汽油混合燃料與無添加劑的M85甲醇汽油的放熱量與放熱率變化曲線的對比圖。

圖3 添加劑對放熱量以及放熱率影響

可以看出：在加入添加劑后，放熱量與放熱率的變化趨勢與溫度、壓力的變化相同，無論是在初始溫度為200 ℃還是250 ℃時，最終放熱量基本保持不變，在30 kJ附近。分析得到添加劑無法改變放熱量的峰值，這是由于加入添加劑而工質的量不變，最終放熱量就是一定的。但是在兩種不同條件下，缸內放熱率的峰值都前移。還可以看到：放熱率最大值變大，初始溫度為200 ℃時，放熱率峰值從350 J/ms提高到480 J/ms；初始溫度為250 ℃時，放熱率峰值從460 J/ms提高到580 J/ms，而且放熱率的峰值也前移。這同樣是滯燃期與燃

燒持續時間變短的結果，最高溫度相近，而燃燒持續時間減少，放熱率也隨之增大。

4 總結

首先分析了DTBP作為一種助燃劑的作用機制，然后介紹了試驗所需的燃料以及燃料的配制過程。綜合以上對于壓力、壓力升高率、溫度、溫度升高率、放熱量以及放熱量的曲線對比分析得出：添加劑DTBP對M85甲醇汽油的燃燒速率影響十分明顯，極大地縮短了滯燃期與燃燒持續期；在初始溫度200 ℃時，燃燒持續時間在加入DTBP后從149 ms提高到104 ms，縮短了45 ms；在250 ℃時，燃燒持續時間在加入DTBP后從105 ms提高到87 ms，僅僅縮短了18 ms：可以看到隨初始溫度升高，DTBP的助燃效果變弱。

【1】于善穎．小型火花點火發動機可控充氣準均質稀混合氣燃燒的研究[D]．天津:天津大學，2003．

【2】李國岫，張欣，姚寶峰,等．CNG發動機理論空燃比與稀燃對比研究[C]//中國工程熱物理學會第十一屆年會,2005:515-520．

【3】王天有．四氣門汽油機稀混合氣燃燒及降低NOx排放的研究[D]．天津:天津大學,2002．

【4】趙玉壘，張紀鵬，王德昌,等．定容燃燒彈溫度場分布的研究[J].青島大學學報(工程技術版)，2010,25(3):84-88． ZHAO Y L,ZHANG J P,WANG D C,et al.Study on the Temperature Field Distribution for the Constant Volume Combustion Bomb[J].Journal of Qingdao University(Engineering & Technology Edition),2010,25(3):84-88．

【5】劉金山．燃燒邊界條件對乙醇燃燒均質壓燃的影響規律[D]．長春:吉林大學，2006．

Study on the Effect of DTBP on Combustion Characteristics of M85

JIA Wenjian1,2,NI Jianjian1,2,CHEN Man1,2,WANG Wenlong1,2,XU Xiuguo1,2

(1.Research & Development Center of Great Wall Motor Company, Baoding Hebei 071000,China; 2.Automotive Engineer Technical Center of Hebei, Baoding Hebei 071000,China)

On the basis of the theory of chemical reaction kinetics, the combustion experiments of M85 were carried out using DTBP as an additive. The research shows the influence of DTBP on the M85 methanol gasoline combustion rate is very obvious, the ignition delay period and combustion duration are shortened greatly.

DTBP；Combustion characteristics；Catalyst

2017-02-26

賈文建(1989—)，男，碩士，研究方向為節能減排。E-mail：562625312@qq.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.06.017

U473.5

A

1674-1986(2017)06-062-3