高原环境下柴油机燃料与排放的研究现状及展望

第36卷第3期2019年6月

内燃机与动力装置

NNTERNALCOMBUSTNONENGNNE&POWERPLANT

Vol.36Na3

Jun.2019

DON10.19471/kh1673-6397.2019.03.014

高原环境下柴油机燃料与排放的研究现状及展望

胡金义

(西南林业大学，云南昆明650224)

摘要:对高原环境下使用柴油、其它新型燃料及加入助燃剂柴油的柴油机在经济性、动力性、排放性等方面进行对比,论述国内在醇类燃料、醸类燃料、沼气-柴油双燃料、无灰助燃剂及其他生物燃料等方面研究所取得的进展，着重分析各种燃料在经济性、动力性、排放性等方面的差异,指出现有研究的现状和不足。针对醇类燃料与柴油燃料难以完全互溶、双燃料需对发动机的燃烧室及供油系统等主要部分进行改装、无灰助燃剂的生产和成分计量困难因而加入量受到限制等各种新型燃料存在的问题，研究利用氮气吸附法从进气源头上减少氮气含量，提高进气含氧量，从而提高和改善柴油机在高原环境下的经济性、动力性和排放性能。

关键词:混合燃料;氮气吸附法;高原;排放

中图分类号:TK423.44文献标志码:A文章编号：1673-6397(2019)03-0079-07引用格式：胡金义.高原环境下柴油机燃料与排放的研究现状及展望[J].内燃机与动力装置，2019,36(3): 79-85.

HU Jinyh Research status and prospect oS diesel engine fuel and emission in plateau[J].Internal

Combustion Engine&Powerplant,2019,36(3)：79-85.

0引言

我国是世界上海拔最高、高原面积最大的国家，其中青藏高原海拔为3000-5300m,约占我国国土面积的37%。高原地区具有地型复杂、垂直变化大，天气寒冷、昼夜温差大，大气压力低、空气密度小、空气含氧量低等特点。柴油机在高原环境下使用时会受到高温、低温、气压等气候因素的影响,不仅影响柴油机性能的正常发挥，严重时可使其功能失效，影响使用寿命,对车辆装备及人员的生命财产形成安全隐患&1-'。随着排放标准越来越高，国内开始对柴油机混合燃料及助燃添加剂进行研究，提高发动机性能和减少排放。

1醇类燃料

申立中团队用一款非道路用卧式双缸直列水冷四冲程柴油机对柴油、乙醇柴油和生物柴油-乙醇-柴油等3种燃料进行了试验，分别对柴油机的经济性和排放性进行了对比⑶。他们在试验中发现，燃用E10和B10E10(E10表示混合燃料中乙醇的体积分数为10%,B10表示混合燃料中生物柴油的体积分数为10%)的燃油消耗率低于柴油，柴油机的经济性得到改善，改善程度受转速和负荷影响;低负荷时燃用E10的CO排放高于柴油和B10E10,高负荷时燃用E10和B10E10的CO排放均远低于柴油;燃用E10的HC排放高于柴油和B10E10,低负荷时燃用B10E10的HC排放和柴油相当，但高负荷时B10E10低于柴油;燃用E10的NO”排放均低于柴油和B10E10,低负荷时燃用B10E10的NO”排放低于柴油，但高负荷时略高于柴油;E10和B10E10的碳烟排放均比柴油有所改善，低负荷时不太明显，随着负荷的增加，改善

收稿日期：2018-12-31

作者简介：胡金义(1989—),男，河南商丘人，硕士研究生，助教，主要研究方向为新能源和机动车高原燃油排放,E-mail% 3305392774@.

80内燃机与动力装置2019年6月第36卷效果越明显。

柴油机参数如表1所示,燃料参数如表2所示。

1柴油机主要技术指标

柴油机型号燃烧室型式缸数缸径/mm冲程/mm排量/L 2D25直喷式缩口3型燃烧室2115120 2.5压缩比最大转矩/（N-m)最大转矩转速/（】a min_1)标定功率/kW标定功率转速/（a min-1)

17.5：1128160027.72400

表2燃料参数

参数乙醇E10B10E10B15E3B25E3B15E5柴油0柴油1柴油DGM a

5%DGM10%DGM

密度/(ycm-3)0.78830.82800.83700.83920.83250.88000.88000.83760.8265

十六烷值8.048.648.942.052.056.056.053.056.6126.053.454.0

热值/(MJ-kg-1)26.841.240.741.340.539.539.542.845.326.844.243.4

氧的质量分数/%35.0 3.3 4.3 3.2 4.210.010.0035.8 1.8 3.6

a DGM为二甘醇二甲醞（Diglymc）的缩写

相关学者对B50⑷、B15E5、B15E3#B25E3&5'等不同混合比的燃料进行了试验对比，由于试验条件和工作环境等因素不同，测得的数据及变化规律存在不同的结果，例如江鹏等［6'在另外的一个试验中使用B15E5燃料得出的结论是不利于经济性的改善，但是对于HC、CO、NO”和碳烟排放有相同的规律。

甲醇作为混合燃料的研究比较多,谢玉峰指出在生物柴油助燃的情况下，甲醇和柴油混合燃烧大负荷时的发动机参数如燃烧放热率、缸压、压升率等随甲醇质量比的增加而增大，但小负荷时呈现相反的趋势,NO”排放随着甲醇质量比增加而减小,HC和CO排放的变化则相反,这些结果与负荷有紧密的联系;李哲［8'在一种新型二冲程柴油机上进行甲醇与柴油的混合燃烧试验，指出随着甲醇-柴油混合燃料中甲醇比例的增加，混合燃料的燃烧始点滞后，滞燃期变长,缸内最大爆发压力和最高温度升高，抑制了NO”和碳烟的产生;王海峰等［9'用一台电控高压共轨四冲程柴油机进行甲醇柴油混合燃料试验,指出由 于甲醇的物理性质影响,使得滞燃期延长，导致NO”排放上升,碳烟排放明显降低;李佳豪［10］指出在燃料相同的情况下，随着负荷的增加,NO”排放增加,微粒排放先减/J、后增加，各个工况下，随着甲醇含量的增加,NO”增加，但是二氧化物的含量相对减少,微粒物浓度减/J、；陈妮［11］在试验中指出喷油角提前，颗粒物浓度下降,CO和HC排放先减小后增加;冯鲁煜&12'在试验中指出，甲醇和柴油混合燃料在微粒氧化催化器，废气再循环，氧化催化转化器的配合下，苯类、烯类、硫类排放物几乎可以降到零$也有关于其它醇类物质作为混合燃料的相关研究，刘亚坤［13'在试验中指出乙二醇作为混合燃料时,随着负荷的增加,NO”、HC、CO2的排放有下降的趋势，但是CO排放增加，N02在NO”中所占的比例增加，碳烟及超细颗粒物随着乙二醇的增加也得到了相应的改善;陈阳&⑷在试验中指出生物柴油加入乙二醇之后相对于柴油来说,碳烟及CO和HC排放得到相应的改善,N0”排放略有增加，随着加入量的增加, HC和NO”排放略有增加。

2双燃料

沼气具有价格便宜,资源广泛,排放清洁，热值高和抗爆性好等特点，符合节能减排的要求，沼气在发动机的应用越来越受人们的关注［15'16］,赵武云团队以沼气为主要燃料,进行适量柴油引燃的试验，试验用发动机参数如表3所示。试验发现，双燃料发动机若要达到原有的功率输出，需要对发动机进行改装,