雙燃料條件下輕型柴油機排放的試驗研究

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雙燃料條件下輕型柴油機排放的試驗研究

道路運輸部門制定的排放法規已經成為驅動發動機技術革新的主要力量。交通運輸每年產生的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，將成為未來發動機最具前景的燃料。由于CNG和傳統汽油具有相似的燃燒特征，因此CNG發動機將采用火花塞點火。而火花塞點火往往需要一個較低的壓縮比，以防止爆震現象的出現，但這會導致CNG發動機效率大幅降低。采用雙燃料燃燒技術可以解決上述問題，且為發動機運行提供高度的靈活性，而不需要對原型發動機進行大幅改動。該方法已經成功應用在一些重型發動機上，但還沒有應用在輕型發動機上。因此，本文通過試驗對輕型柴油機在雙燃料燃燒模式下的燃燒特性進行了研究。

試驗在瑞典隆德大學內燃機試驗室進行，試驗發動機基于沃爾沃D4 2.0L柴油機，將其改造為雙燃料發動機時，拆除原本的渦輪增壓器，更換為排氣歧管和背壓閥，以完全控制進氣和排氣壓力。CNG噴射系統采用4個日本京濱公司生產的73mL CNG噴射器，噴射壓力固定為0.5MPa。采用基于LabVIEW開發的控制程序對發動機進行控制，柴油機噴油嘴、高壓柴油泵和柴油機共軌泵采用NI 9751直噴驅動模塊組件控制。控制柴油共軌壓力為100MPa、天然氣共軌壓力為0.475MPa、進 氣 氣 流 壓 力 為0.11MPa、排氣氣流壓力0.135MPa、發動機轉速為1500r/min。高頻信號采用美國國家儀器生產的NI PXI-FPGA 7854R多功能數據采集卡進行采樣，低頻信號采用NI PXI-6221采樣。結果顯示：①雙燃料燃燒相比傳統燃燒模式顯示出較大的優勢，由于柴油燃料的分散，使混合物具有較高的反應活性，理論上可減少26%的CO2排放；②發動機在低負荷雙燃料模式下，較高的柴油替代率和較高的稀釋條件使混合氣過于稀薄，不利于火焰傳播，使未燃燒的HC排放增加，發動機效率降低，可通過CNG分層直噴可解決該問題；③在發動機高負荷雙燃料模式下，較高的柴油替代率將產生較好的燃燒效果，而柴油替代率達到95%時需要采用三元催化器作為后處理系統。

PabloGarciaetal.SAE 2015-24-2439.

編譯：李臣