柴油甲醇二元燃料发动机NO2生成特点及其影响因素的探究

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二氧化氮(NO2)具有较强的氧化能力,它既是一种大气污染物,同时又在发动机后处理系统中发挥着重要的作用,例如,柴油颗粒捕集器(DPF)的被动再生就是采用其对捕捉到的炭粒进行氧化。正是因为NO2具有这样的双重作用,近年来针对其生成和排放特性的研究引起了国内外学者的广泛关注。前期研究表明,与传统柴油机相比,柴油/甲醇二元燃料(DMDF)发动机可显著增加NO2的排放。但是,目前关于DMDF发动机中NO2的详细形成过程及其影响因素的研究还鲜有报道。为了探究DMDF发动机中NO2排放增加的机理及其影响因素,本研究进行了以下工作:首先,根据课题组前期的研究,提出了DMDF发动机中NO2增加原因的假设,通过商用计算流体力学(CFD)软件CONVERGE构建相关计算模型对其进行模拟验证,得出其生成特性。然后,在一台直列4缸、增压中冷、电控单体泵DMDF发动机上进行试验,系统地研究了不同运行条件对于DMDF发动机燃烧及NO2排放的影响,总结了影响DMDF发动机NO2排放的主要因素。主要研究结果如下:1、进气道喷入的甲醇是导致DMDF发动机NO2排放显著增高的直接原因。进气道喷入的甲醇会在缸内形成甲醇预混区,由于相同当量比下甲醇可以比柴油产生更多的过氧羟基(HO2·),且甲醇预混区较为合适的中等温度氛围有利于HO2·的积累和保存,所以NO2的生成反应得到了促进,排放量增加。2、温度对NO2排放的影响主要在于其对NO2生成反应的影响。DMDF发动机中,NO2的消耗反应对于NO2最终排放量的影响非常小,而大量研究表明,温度对NO2排放影响显著,所以温度主要作用于NO2的生成反应。3、通过控制NO2的生成条件可以控制DMDF发动机中NO2的排放。不同运行条件主要通过影响缸内温度,燃烧持续期,甲醇当量比以及氧含量等因素来影响一氧化氮(NO)和HO2·的形成以及两种物质间的接触时间(即,影响NO2的生成条件),进而影响DMDF发动机NO2的排放。4、NO2排放量的控制机制比NO2/NO比值的控制更为复杂。缸内温度对于NO和HO2·的影响是完全相反的,两种物质变化之间的竞争最终决定了NO2的排放量,这使得对于NO2排放量的控制变得较为复杂。但是,NO2/NO比值的变化趋势与HO2·的变化趋势一致。因此,NO2/NO比值的控制可以单纯通过控制HO2·的形成和积累来实现。
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