高原低氧环境下含氧燃料对柴油机工作过程的影响.pdf

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1、第2期(总第223期)车用发动机No．2(SerialNo．223)2016年4月VEHICLEENGINEApr．2016高原低氧环境下含氧燃料对柴油机工作过程的影响龙佳庆，陈贵升，沈颖刚。，陈春林，李伟东(1．柳州职业技术学院，广西柳州545005；2．昆明理工大学云南省内燃机重点实验室，云南昆明650500)摘要：以高原共轨柴油机为研究机型，根据台架试验和发动机结构参数，运用AVLFire构建其燃用B100(纯生物柴油)和B70N30(体积7O生物柴油+3O正丁醇)的三维CFD模型，并进行验证。利用该模型对比研究了不同海拔氧浓度对发动机燃用

2、不同含氧燃料工作过程的影响规律，并在此基础研究了B70N30耦合EGR对发动机的影响机理。计算结果表明：相比D100(纯柴油)，B100和B70N30的缸内局部当量比降低，活性自由基(OH，0)浓度及其缸内分布区域增大，从而导致NO排放升高，但同时使C0生成量峰值减小，Soot和C0缸内分布区域以及排放终值都随大气氧浓度的降低而显著减少；相比B100，B70N30因汽化潜热增大，其NO排放降低，但原子氧的增加导致Soot和C0同时降低；对于B70N30，随EGR率增大，N0大幅度降低，C0显著升高，而Soot因滞燃期延长变化较小。关键词：高原；生

3、物柴油；正丁醇；工作过程；数值模拟DOI：10．3969／j．issn．1001—2222．2016．02．010中图分类号：U473．19文献标志码：B文章编号：1001—2222(2016)02～0050-08我国具有地区之间海拔环境差异大、高原占地性好_】，而生物柴油具有十六烷值和黏度较高等特面积广的地理特点。研究表明，随海拔高度增加，空点_1。因此，正丁醇与生物柴油掺混后的燃料特气密度、大气压力和大气内氧浓度同时大幅降低口]。性更适合于高原柴油机及其低温燃烧模式。汽车发动机因进气氧含量减少会出现动力性与经济本研究在生物柴油中掺混正丁醇，以

4、数值模拟性下降、炭烟(Soot)排放快速升高等严重问题l_2]。为研究手段，拟通过研究不同海拔大气氧浓度与不废气再循环(EGR)能有效抑制NO生成，是现代先同EGR率对现代共轨柴油机燃用不同特性含氧燃进汽车发动机满足超低排放法规(如欧6)不可或缺料的燃烧过程和排放物生成的影响机理，探寻适应的重要技术l_3]。但EGR参与燃烧会带来缸内氧浓于高原柴油机高效清洁燃烧的燃料特性。度降低，导致Soot增加等问题，这在空气稀薄的高1试验设备及试验方法原低氧环境下更为突出。研究表明，采用含氧燃料可以在一定程度上弥试验发动机为DJ9高压共轨柴油机，其主要参补进

5、气分子氧含量的不足，有效抑制柴油发动机在数见表1。高原缺氧环境与低温燃烧中Soot的生成_6]。正丁发动机台架试验是在海拔2km的高原大气醇(n—Butano1)是近年来国内外广泛关注的一种低环境下进行，当地大气压为81kPa。在转速十六烷值新型生物含氧燃料，目前其化学反应动力2200r／min，不同负荷下对柴油机燃用纯石化柴学机理研究已有较大发展_6]。相对于乙醇，正丁油(D100)、纯生物柴油(B100一菜籽油)和B70N30醇具有与柴油互溶性好、热值高、润滑性提高等优(体积分数7O生物柴油+3O正丁醇)时的燃烧点。因此，目前正丁醇被认为比生

6、物乙醇更适合作与性能(未引入EGR)进行测定，用于CFD模型构为车用发动机的替代燃料_】。但其辛烷值较高，直建与验证。试验按国家标准对D100和B10O理化接在柴油机上应用难以压燃，故其适合与高十六烷特性进行了测定。B70N30重要特性参数(如低热值燃料掺混燃烧。正丁醇黏度低于柴油，其含氧质值、氧含量和密度等)根据正丁醇和B1O0理化参量分数(21．6)高于生物柴油，且与生物柴油互溶数计算得到。不同试验燃料的理化特性参数详见收稿日期：2015—10—28；修回日期：2015—11—23基金项目：国家自然科学基金(51366007)；云南省应用基础

7、研究面上项目(2013FD10019)作者简介：龙佳庆(1983一)，女，硕士，讲师，主要研究方向为发动机燃烧与排放；taoran_long：@163．com。2016年4月龙佳庆，等：高原低氧环境下含氧燃料对柴油机工作过程的影响二维网格，同时生成燃烧室的三维六面体动态网格。表1试验发动机主要参数采用6孔喷油器，喷孔直径为0．219mm，喷雾锥角为156。。为节省计算时间，生成的计算网格为1／6发动机型式直列、4缸、高压共轨、增压中冷模型(见图lb)，平均网格大小为0．8mm，所建模型缸径／ram8O在上止点时的网格数为15325个，在下止点时网

8、格行程／ram92数为30400个。燃烧室型式直喷m型压缩比185：1最大扭矩／N·m235最大扭矩转速／r·min2000～2200标