第3期（总第230期） 2017年6月
车用发动机 VEHICLE ENGINE
No.3(Serial No.230)
Jun.2017
正丁醇预混合气对轻型柴油机热效率和排放的影响
田维，何文蒲，马帅，吴学舜，韩志强（西华大学汽车与交通学院，四川成都610039）
摘要：对1台轻型荣油机进气道进行改装，从而在进气道中形成均质丁醇预混合气。研究了在不同工况下正丁醇预混比对发动机指示热效率和挣放的影响。研究结果表明随着丁醇预况比例的增加，发动机指示热效率显现上升的趋势，转速为3350r/min，平均指示压力为1MPa时指承热效率的提升率达到最大为4.3%；压力升高率过大，限制了在大负荷条件下使用更高的丁醇预混比例；随着丁醇预混比例的增加，发动机soot和NO，排放明显改善，而CO和HC排放均随着丁醇预混比的增加而增大。
关键词：柴油机；丁醇；混合燃料；指示热效率；排放 DOl: 10.3969/j.issn.1001-2222.2017.03.011
中图分类号：TK411.26
文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2017)03-0063-05
柴油机以其较高的热效率成为现代工业、物流运输最主要的动力源。然而，在柴油机的燃烧过程中，燃烧温度、燃油与空气混合物当量比的不均匀分布[!)，会造成在燃烧瞬间生成大量的炭烟（soot)和 NO,[2),其中soot和NO，之间还存在着折中关系[3-]，使得要通过缸内净化的方法对其处理的难度大大增加。为了使柴油机能够适应越来越严格的排放法规，世界各国的科研人员采用各种措施来降低柴油机的排放[5-]，如在柴油机上加装废气再循环(EGR)和柴油机颗粒捕集(DPF)装置或者选择性催化还原后处理(SCR)装置{]。这些后处理装置虽然可以有效地改善柴油机排放，但大大增加了柴油机的开发成本和周期。与此同时，一些科研人员致力于发展清洁的可再生替代能源来降低柴油的消耗和排放，如LPG、DME、生物柴油、醇类燃料8等。其中以醇类燃料为代表的含氧燃料以其能够在不导致 NO，排放恶化的前提下改善soot排放而倍受人们关注[$10]。丁醇作为新一代的极具竞争力的含氧燃料[11],相对于甲醇、乙醇等具有许多优点，如理化性质接近烃类，能量密度高，与汽油和柴油互溶性好且大比例混合时不存在分层等[12]，使其能够很好地应用于现存柴油机。
目前，国内外学者对丁醇在压燃式发动机上的研究可大致分为两个方向：一种为以丁醇、柴油掺混形成混合改性燃料，并通过缸内直喷来探索降低柴
收稿日期：2017-03-27，修回日期：2017-04-20
油机排放的途径。研究结果表明，在柴油中以不同比例掺人丁醇，可以使柴油具有更长的滞燃期，同时降低了s0ot和NO，排放(13-15)。另一种则是通过在进气道喷射丁醇建立均质混合气，与缸内直喷的柴油实时混合，实现混合气活性的分层，且混合比例可以随负荷进行改变。研究结果表明，这种方式可以延长滞燃期(16)，降低缸内最大燃烧压力和燃烧温度(1],与EGR配合使用可以改变soot与NO，的折中关系，大幅度降低排放[18-19]。
综上所述，丁醇与柴油的双燃料模式可以在不对现有柴油机进行大幅度结构改造的情况下，优化其燃烧和排放。因此本研究基于1台4缸轻型柴油机，通过增加一套低压多点喷射系统，利用开放式 ECU分别对丁醇、柴油供给系统进行控制，在缸内实现了柴油在丁醇预混合气氛围下与丁醇的复合燃烧。研究了发动机分别在不同转速和负荷下，丁醇预混比对发动机指示热效率和排放的影响。
试验设备及方法
试验设备 1.1
试验用发动机为1台轻型柴油机，发动机参数见表1。在进气道上加装多点低压喷射装置，其喷射压差恒定0.35MPa，采用BOSCH高压共轨系统对柴油进行缸内直喷。由自主开发的开放式ECU 实现对两种燃料的喷射控制。通过改变喷射脉宽来改变丁醇的喷射量，与此同时，柴油机的喷射压力、
基金项目：教育部春晖计划项目（Z2015083)；教育部流体及动力机械省部共建重点实验室学术成果配育项目（SBZDPY-11-19）作者简介：田维（1981一），男，博士，主要研究方向为内燃机工作过程优化及控制；tianvivqq.com，