正丁醇及其同分异构体对柴油机低温燃烧影响的试验研究

正丁醇-汽油HCCI发动机低温燃烧过程的模拟
何邦全;吴永惠
【期刊名称】《内燃机学报》
【年(卷),期】2013(031)003
【摘要】利用BOOST软件计算均质充量压缩着火(HCCI)发动机的换气过程,而在CHEMKIN软件中计算压缩、燃烧和膨胀过程,其中燃烧由建立的正丁醇-汽油化学反应动力学简化机理计算.对简化机理进行了反应路径和敏感性分析.同时,模拟研究了固定气门参数及转速下,正丁醇体积分数分别为0％、10％、30％和100％时正丁醇-汽油混合燃料HCCI发动机的着火特性.结果表明:正丁醇在低温反应阶段生成的OH促使正丁醇燃料的消耗,而正丁醇反应生成的OH促进了正丁醇-汽油混合燃料中汽油替代物正庚烷和异辛烷的低温氧化,成为正丁醇-汽油燃料着火随着正丁醇含量增加而提前的主要原因;随着残余废气中甲醛含量的增加,正丁醇-汽油HCCI发动机着火时刻提前.
【总页数】6页(P222-227)
【作者】何邦全;吴永惠
【作者单位】天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津 300072;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津 300072
【正文语种】中文
【中图分类】TK412.2
【相关文献】
1.HCCI甲醇发动机燃烧过程三维数值模拟 [J], 李程;周昌祁;许伟康;刘元
2.正丁醇-汽油HCCI发动机燃烧特性 [J], 柳茂斌;何邦全;袁杰;赵华
3.稀释方式对正丁醇-汽油HCCI发动机燃烧的影响 [J], 何邦全;袁杰;柳茂斌
4.直喷汽油机SI/HCCI燃烧过程的CFD模拟研究 [J], 石玲;刘建房;范钱旺;范君艳
5.正丁醇/乙醇-汽油HCCI发动机的低温燃烧与排放特性 [J], 柳茂斌;何邦全;赵华因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

丁醇-柴油双燃料发动机的燃烧和排放特性试验研究李鑫;董超;韩伟强;刘兴文;李博仑【摘要】为了深入研究丁醇同分异构体在双燃料发动机上燃烧和排放的差异,基于1台重型6缸涡轮增压柴油机,在转速1500 r/min、缸内循环总能量1280 J/cycle 工况下,针对正丁醇-柴油和异丁醇-柴油双燃料的燃烧和排放特性进行了试验研究.研究结果表明:随着柴油喷射定时的提前,正丁醇-柴油和异丁醇-柴油双燃料燃烧的最大缸内压力相位、放热率峰值相位和θCA10提前,最大缸内压力、缸内最高平均温度和燃烧持续期增加,放热率峰值和最大压力升高率先增大后减小,HC,CO和颗粒物排放降低,而NO x排放先增加后减少.在相同的柴油喷射定时和丁醇替代比条件下,相比于正丁醇-柴油双燃料燃烧,异丁醇-柴油双燃料燃烧的θCA10,θCA50和θCA90均提前,滞燃期和燃烧持续期变短,最大缸内压力、放热率峰值和最大压力升高率降低,HC和NO x排放较高,而CO和颗粒物排放较低.【期刊名称】《车用发动机》【年(卷),期】2019(000)002【总页数】8页(P77-84)【关键词】正丁醇;异丁醇;柴油;双燃料;燃烧;排放【作者】李鑫;董超;韩伟强;刘兴文;李博仑【作者单位】西华大学流体及动力机械教育部重点实验室 ,四川成都 610039;国家汽车质量监督检验中心 ,湖北襄阳 441004;西华大学流体及动力机械教育部重点实验室 ,四川成都 610039;西华大学流体及动力机械教育部重点实验室 ,四川成都610039;西华大学流体及动力机械教育部重点实验室 ,四川成都 610039【正文语种】中文【中图分类】TK421.2近年来，采用缸内直喷高活性燃料+气道喷射低活性燃料的双燃料(或RCCI)燃烧模式已成为国内外的研究热点。

该模式能够通过调节缸内工质的活性分布和梯度有效地控制燃烧相位、放热规律并降低压力升高率，可在全工况范围内实现稳定燃烧[1-2]。

正丁醇改性柴油研究近几十年来，世界上的石油资源日趋于枯竭。

石油资源的紧张也给社会的发展也带来了极大的能源压力。

面对汽车的保有量急剧的增长和石油资源对地球生态环境的严重影响的双重压力，世界汽车界一直在寻找可以有效实现汽车工业可持续发展的解决方法。

我国是一个典型的“富煤少油”的能源大国，针对当前世界石油资源日趋于枯竭的现状，国内外许多科学家已经开始研究和寻找可持续性燃料。

在探索过程中，柴油汽车的发展也得到了充分的关注。

但因柴油汽车的发动机在废气排放方面仍然存在部分的问题，对此国内外许多的科学家都有在柴油中掺混添加剂的想法以求改善柴油机的排放性能，本文选择的添加剂是正丁醇，主要研究的是在柴油机中掺混不同比例的正丁醇对柴油机的排放性能产生的影响，并探究正丁醇在柴油机中的应用研究。

当今世界面临着化石燃料的缺乏和严重的环境污染两大严重的问题。

由于可使用的化石燃料总量为定值，所以当今全球化石燃料的储备逐日减少；同时化石燃料的需求量却不断增加且化石燃料的价格提高；外加目前国家对二氧化碳排放的严格限制，导致人们对于可替代化石能源和可再生能源研究的重视和关注日益增加。

燃用过多的大型化石燃料也会对全球环境的发展造成一系列的影响：大气污染、局部地区的酸雨增多和海水污染加剧了全球温室气体效应[1]。

随着全球劳动人口数量的持续快速增长和能源生产工业化的发展趋势，预计从2020年到2040年全球对可再生能源的需求量规模预计将逐年增加30%。

因当前时代的能源使用技术水平限制，人们对传统化石燃料的燃烧仍然具有较强的依赖性。

传统化石燃料燃烧会导致一系列污染物排放，包括一氧化碳、氮氧化物和颗粒物等，其中这些颗粒物的主要有机污染成分之一就是碳烟。

这些有机污染物的排放过多对于人类健康和生态环境都会有非常大的影响和危害，国家为了控制相关的排放量，并制定了严格的燃烧排放的标准。

与一般汽油机的燃烧相比，柴油机的燃烧具有少量二氧化碳燃烧排放低、动力调节性能好、热效率高等的优点，能有效的控制和改善全球温室效应，所以汽车的柴油化已经逐渐的成为一种发展趋势。

第32卷（2014）第2期内 燃 机 学 报 Transactions of CSICEV ol.32（2014）No.2收稿日期：2013-08-25；修回日期：2013-11-23. 基金项目：国家自然科学基金资助项目(50636040).作者简介：顾小磊，工程师，博士，E-mail ：guxiaolei027@.文章编号：1000-0909(2014)02-0131-0732-021正丁醇和异丁醇对柴油机燃烧与排放特性的影响顾小磊1，俞建达1，黄佐华2，李佳峰3，胡林峰1(1. 中国第一汽车股份有限公司无锡油泵油嘴研究所，江苏 无锡 214063； 2. 西安交通大学 动力工程多相流国家重点实验室，陕西 西安 710049；3. 伊利诺伊大学香槟分校 机械工程学院，香槟-厄巴纳 61801)摘要：通过一台V6发动机研究了柴油中掺混正丁醇和异丁醇在不同转速、不同EGR 率和喷油时刻下对燃烧与排放性能的影响．结果表明：正丁醇-柴油燃料比异丁醇-柴油混合燃料着火滞燃期短，异丁醇缸内峰值压力和预混放热率比正丁醇高．柴油中掺混正丁醇和异丁醇可以明显降低碳烟排放，使得碳烟随着EGR 率变化变得平缓．同时掺混正丁醇对碳烟降低的效果更明显，而且掺混丁醇对NO x 排放影响不大，一氧化碳与碳氢排放保持在较低水平．最后柴油机燃用丁醇可以达到同时降低碳烟和NO x 的效果．关键词：柴油机；正丁醇-柴油；异丁醇-柴油；碳烟；燃烧与排放 中图分类号：TK428.9 文献标志码：ACombustion and Emissions of a Diesel Engine Fuelled withn -Buanol/Diesel and Iso -Butanol/Diesel BlendsGU Xiao-lei 1，YU Jian-da 1，HUANG Zuo-hua 2，LEE Chia-fon 3，HU Lin-feng 1(1. Wuxi Fuel Injection Equipment Research Institute ，China FAW Company Limited ，Wuxi 214063，China ；2. State Key Laboratory of Multiphase Flow in Power Engineering ，Xi’an Jiaotong University ，Xi’an 710049，China ；3. Department of Mechanical Science and Engineering ，University of Illinois at Urbana-Champaign ，Illinois 61801，USA ) Abstract ：Combustion and emissions of a V6 diesel engine fuelled with n-butanol/diesel and iso -butanol/diesel blends at different engine sp eeds ，EGR rates and injection timings were studied. Results show that n -butanol/diesel blends give shorter ignition delay comp ared with that of iso-butanol/diesel blends. Iso-butanol has higher p eak cylinder p ressure and p remixed heat release rate than those of n-butanol. n-Butanol and iso -butanol blended in diesel can significantly reduce soot emissions. Soot emission becomes insensitive to the increase of EGR rate. Soot emission decreases more effectively fuelled with n-butanol than that fuelled with iso -butanol. Butanol blending has little effect on NO x emissions. Carbon monoxide and total hydrocarbon emissions keep a low level. Diesel engine fuelled with butanol can simul-taneously reduce smoke and NO x emissions.Keywords ：diesel engine ；n -butanol/diesel ；iso-butanol/diesel ；soot ；combustion and emissions近年来，醇类燃料由于其自身含氧，可以减少颗粒物排放成为研究的焦点．乙醇是目前使用最为广泛的一种醇类燃料，但是与丁醇相比，丁醇具有优势：1)丁醇体积热值高，比乙醇高1/3；2)丁醇的腐蚀性小，比乙醇、汽油更安全[1]；3)丁醇可在现有燃料供应和分销系统中使用，而乙醇不可以．这些优点为丁醇可能成为内燃机替代燃料提供了很好的优势．关于柴油机燃用醇类掺混柴油混合燃料时发动机性能和排放的报道较多[2-7]．Yao 等[2]研究了正丁醇掺混柴油并采用多次喷射技术，结果表明正丁醇可以有效降低碳烟和一氧化碳的排放并保持NO x 变化不大. Rakopoulos 等[3]研究了正丁醇掺混柴油燃烧、排放以及燃烧噪声性能特性，结果表明掺混正丁醇可以降低颗粒物排放，但是NO 排放稍有增加．张全长·132· 内 燃 机 学 报 第32卷 第2期等[8]研究了柴油中掺入正丁醇燃料在不同EGR 率、进气压力下对燃烧、性能和排放的影响．但是很少有对柴油机燃用柴油掺混异丁醇的研究报道[9]．异丁醇作为一种生物燃料，可以从非石油原料(如稻草秆、树皮等)制取得到，属于可再生燃料．而且柴油掺混异丁醇具有很好的互溶性，长时间不会分层．正丁醇和异丁醇同属丁醇同分异构体，分子式相同，但分子结构不同，正丁醇碳链是直链结构，而异丁醇是支链结构．相关的基础燃烧研究表明异丁醇燃烧更容易生成碳烟的先导物[10-11]，但很少有在发动机台架上对这两种丁醇的碳烟排放性能进行研究． 其次，正丁醇和异丁醇都属于生物燃料，柴油掺混生物燃料对发动机的排放性能的研究非常有必要．1 试验装置 试验用发动机是一台自然吸气、中间水冷的废气再循环(EGR )系统、共轨直喷的V6柴油机．发动机的技术参数如表1所示．表1 发动机技术参数 Tab.1 Engine specifications参数 数值缸径/mm 81活塞行程/mm 88排量/L 2.7 压缩比 17.3燃烧室 敞口ω型转矩/(N ·m ) 400(1900r/min ) 废气再循环冷却方式 水冷式使用了3种燃料，柴油、柴油＋正丁醇和柴油＋异丁醇(正丁醇和异丁醇作为醇类燃料)，试验的整体布置如图1所示，柴油机和电涡流测功机相连．为了监视和测量空气、燃油及冷却水的状态，发动机上安装了缸压传感器、冷却水温度传感器和排气温度传感器等．所用的缸压传感器采样间隔为0.25°CA ，每个工况采集30个循环缸内压力进行平均．燃烧放热率的表达式为n d d 1d d 1d 1d Q V p p γθγθγθ=+−− (1)式中：d Q n /d θ 为单位曲轴转角下的放热率；γ为混合气比热比；p 和V 分别为缸内压力和容积．EGR 阀的开度随要求而实时调节，EGR 率定义为进气管与排气管中的二氧化碳体积分数的比值，即EGR /ηϕϕ=进出(2)试验中，MEXA-554JU 气体分析仪用来测量氧气、二氧化碳、一氧化碳和未燃碳氢的体积分数，Horiba MEXA-720NO x 分析仪用来测量NO x 的体积分数，碳烟是通过标准滤纸测量得到．图1 试验系统布置示意Fig.1 Layout of experimental setup发动机的转速为1000、1500和2000r/min ，平均有效压力(BMEP )为0.3和0.5MPa ．为研究发动机喷油时刻对排放性能的影响，发动机的喷油时刻是变化的，遵从规律：喷射采用预喷和主喷两次喷射，预喷和主喷之间间隔固定为18.5°CA ．即发动机预喷和主喷时刻同时提前或同时推迟．当发动机运行到稳定工况后，ECU 会根据当时的转速、负荷和EGR 率给定一个默认的喷油时刻，定义此时刻为“0”喷射时刻，具体的预喷和主喷时刻分别为上止点前16.15°CA 和上止点前－2.11°CA ．以后以每2°CA 相对于默认喷油时刻提前或者推迟改变喷油时刻．正丁醇和异丁醇掺混体积分数为15%和30%，分别记为NB 15、IB 15和NB 30、IB 30．所用的柴油为美国市场上使用的超低硫含量的2号柴油，硫质量分数低于50×10-6，记为B 0．2 试验结果和分析2.1 有效燃油消耗率(BFSC)图2a ～图2d 示出转速为1000r/min 下不同掺混比下有效燃油消耗率(BFSC )与废气再循环和喷油时刻的关系．当发动机工作在低负荷(BMEP 为0.3MPa )时，从图2a 中可知，进气道中引入废气以后有效燃油消耗率增加．当EGR 率较小时(＜20%)，增加EGR 率后BSFC 增加幅度很少；当EGR 率超过20%以后，BSFC 迅速增加，这是因为大量的废气引入导致燃烧恶化，即混合气中氧含量减少导致燃烧不充分，这从图7、图8中碳烟和CO 排放得到验证．同时纯柴油的BSFC 最低，而IB 30的BSFC 最高．图2b 所示与默认喷油时刻相比，当喷油时刻提前时，BSFC 稍有降低；当喷油时刻推迟时，BSFC 明显升高．当发动机工作在BMEP 为0.5MPa 时，BSFC 有2014年3月 顾小磊等：正丁醇和异丁醇对柴油机燃烧与排放特性的影响 ·133·a ）BMEP 为0.3MPa (默认喷油时刻)b ）BMEP 为0.3 MPa (EGR 率为0)c ）BMEP 为0.5,MPa (默认喷油时刻)d ）BMEP 为0.5,MPa (EGR 率为0)e ）不同转速和BMEP图2 不同掺混比下燃油消耗率与EGR 率和喷油时刻的关系Fig.2 Relationship between BFSC and EGR rate/injectiontiming类似的结果．图2e 给出了不同转速下发动机BSFC 与EGR 率的关系，低负荷时BSFC 最高；随着转速的增加BSFC 降低，这主要是由于摩擦功占整个输出功率减少的缘故． 2.2 燃烧特性图3a 和图3b 示出了转速为1000r/min 、不同EGR 率下缸内压力和放热率与曲轴转角的关系．燃料着火滞燃期随EGR 率增加而增长；IB 30和NB 30着火滞燃期比纯柴油更加敏感．图3c 给出了转速从1000r/min 增加到2000r/min 下缸内压力和放热率变化情况．随着转速增加，放热律曲线由单峰变成了双峰，表明扩散燃烧增强．图4给出了转速为1000r/min 时着火滞燃期与EGR 率的关系．纯柴油主喷着火滞燃期最短，IB30a ）EGR 率为0(1000r/min)b ）EGR 率为28%(1000r/min)c ）EGR 率为28%(不同转速)图3 不同EGR 率及转速下缸内压力和放热率随曲轴转角的关系Fig.3 Relationship between cylinder pressure/heat releaserate and crank angle at different EGR rates·134·内 燃 机 学 报第32卷 第2期最长，NB30处于上述两种燃料之间.这是因为：1)正丁醇和异丁醇比纯柴油更容易挥发，这有利于可燃混合气的形成和混合；2)正丁醇和异丁醇的十六烷值比纯柴油小，这增加了燃料着火滞燃期．这可以从EGR 率为28%时两种低十六烷值燃料(IB30和NB30)的燃烧相位明显较为靠后得到验证．而且3种燃料表现出明显的单峰放热，呈现出较为明显的预混燃烧的特点．图4着火滞燃期和EGR率的关系Fig.4Ignition delay versus EGR rate图5示出1000r/min、不同喷油时刻下缸内压力和放热率与曲轴转角的关系．喷油时刻提前和推迟导致缸内压力升高和降低，这也意味着燃烧温度的增加和降低．同时，随着喷油时刻推迟，预喷燃烧放热率的峰值增加．这是因为燃料预喷时刻处于活塞压缩行程，喷油时刻推迟意味着燃料被喷入到更高温度气体中，这有利于燃料蒸发与燃烧．而主喷燃料放热率的峰值基本相差不大，表明主喷燃烧受气缸气体温度影响较小．2.3排放特性图6a～图6d为1000r/min、不同掺混比和不同负荷下，NO x与EGR率和喷油时刻的关系．由图6a 可知，随着EGR率增加NO x明显降低，当EGR率大于25%时NO x降低幅度变缓．同时可以看出掺混正丁醇和异丁醇以后，NO x排放相差不大，燃用IB30时NO x稍有增加．这是因为柴油掺混丁醇后，着火滞燃期增加，预混燃烧分数增大，有利于NO x排放生成．同时，由于燃料富氧从某种程度上又会导致NO x 排放升高．图6a是以上两个因素竞争的结果，图6c 给出类似结果．正丁醇的汽化潜热比异丁醇大也是导致燃用正丁醇时NO x较低的一个因素．由图6b可知，随着喷油时刻的推迟，NO x排放单调降低；喷油时刻提前导致NO x增加，这是因为随着喷油提前角推迟，着火延迟期缩短，预混合燃烧放热量所占的比例减少，使缸内最高平均燃烧温度降低，抑制NO x生成，从而导致NO x降低．图6e给出了不同转速下氮氧化物和EGR率的关系．转速从1000r/min增加到2000r/min NO x排放随EGR率增加而降低的规律相似．a）相对默认喷油时刻提前6°CAb）默认喷油时刻c）相对于默认喷油时刻延迟6°CA图5不同喷油时刻缸内压力和放热率随曲轴转角的关系Fig.5Relationship between cylinder pressure/heat release rate and crank angle at different injection timings图7a～图7d为1000r/min、不同掺混比和不同负荷下，碳烟与EGR率和喷油时刻的关系．从图7a 中可知，随着EGR率的增加碳烟增加．当EGR率小于20%时，碳烟生成量稍有增加；当EGR率大于20%时，碳烟排放迅速增加，这是因为EGR率较大时缸内氧浓度降低，这有利于碳烟生成；同时，引入废气后，缸内工质比热增大，缸内温度降低，这将导致碳烟氧化效率降低，从而导致碳烟迅速增加．掺混丁醇可以有效降低碳烟，这是由于一方面添加丁醇后汽化潜热高，十六烷值低使滞燃期延长，燃烧前燃油与空气混合的更加充分；另一方面，丁醇是含氧燃料，2014年3月 顾小磊等：正丁醇和异丁醇对柴油机燃烧与排放特性的影响 ·135·a ）BMEP 为0.3 MPa (EGR 率)b ）BMEP 为0.3 MPa (喷油时刻)c ）BMEP 为0.5 MPa (EGR 率)d ）BMEP 为0.5 MPa (喷油时刻)e ）不同转速的EGR 率图6 不同掺混比下NO x 与EGR 率和喷油时刻的关系 Fig.6 Relationship between NO x emission and EGRrate/injection timing at different blend ratiosa ）BMEP 为0.3 MPa (EGR 率)b ）BMEP 为0.3 MPa (喷油时刻)c ）BMEP 为0.5 MPa (EGR 率)d ）BMEP 为0.5 MPa (喷油时刻)e ）不同转速的EGR 率图7 不同掺混比下碳烟与EGR 率和喷油时刻的关系 Fig.7 Relationship between smoke emission and EGRrate/injection timing at different blend ratios·136· 内 燃 机 学 报 第32卷 第2期这有利于碳烟排放的降低．对于正丁醇和异丁醇来说，它们的含氧量相同；正丁醇的汽化潜热比异丁醇大，对于正丁醇来说这可以减少碳烟生成；但是正丁醇的着火滞燃期比异丁醇短(图4)，这又会促进碳烟生成，图7a ～图7d 给出的是以上两个因素竞争的结果．文献[10-11]表明异丁醇更容易生成碳烟的先导物，与柴油掺混异丁醇更容易生成碳烟结论相似．图7e 给出了不同转速下碳烟随EGR 率的变化规律，碳烟排放在不同转速下具有相似的规律．图8a 和图8b 为1000r/min 、不同掺混比下，CO 与THC 排放随EGR 率的变化关系．在中低EGR 率下，CO 与THC 排放都保持在较低水平，但随着EGR 率继续增加均出现急剧增加，这主要是由于大量废气的引入以及燃烧恶化所引起的[12-13]．同时，在大EGR 率下，掺混丁醇后THC 和CO 排放较纯柴油低，这是a ）1000r/min 下CO 排放b ）1000r/min 下THC 排放c ）不同转速下CO 排放图8 不同掺混比下CO 与THC 排放Fig.8 CO and THC emissions at different blend ratios 因为丁醇十六烷值较低，自身含氧抑制CO 排放；而异丁醇THC 排放比正丁醇高，这主要是因为异丁醇饱和蒸气压高的缘故．当发动机转速从1000r/min 增加到2000r/min ，较大EGR 率下一氧化碳排放急剧降低如图8c 所示．图9a 和图9b 给出1000r/min 、不同负荷下smoke-NO x 的trade-off 关系．纯柴油的smoke-NO x 之间有明显的trade-off 关系．当掺混丁醇以后，发动机生成的碳烟和氮氧化物向坐标的左下方移动．表明添加丁醇后可以同时达到降低碳烟和氮氧化物排放的效果．图9c 给出了不同转速下碳烟和氮氧化物排放的关系．当转速从1000r/min 增加到2000r/min 时，碳烟和氮氧化物排放向左下方移动，表明增加转速有利于发动机的排放．a ）1000r/min (BMEP 为0.3 MPa )b ）1000r/min (BMEP 为0.5 MPa )c ）不同转速(BMEP 为0.5 MPa )图9 Smoke -NO x 的trade -off 关系Fig.9 Trade -off relationship between smoke and NO xemissions2014年3月顾小磊等：正丁醇和异丁醇对柴油机燃烧与排放特性的影响·137·3结 论(1) 与正丁醇-柴油混合燃料相比，柴油机燃用异丁醇-柴油混合燃料着火滞燃期长，缸内压力峰值高，预混燃烧放热率高．(2) 柴油中掺混正丁醇和异丁醇燃料后对NO x 的影响不大；在中低EGR率下，CO与THC排放都保持在较低水平，但随着EGR率继续增加均出现急剧增加．(3) 柴油中掺混正丁醇和异丁醇可以有效降低碳烟排放，丁醇对碳烟排放抑制作用除了源于十六烷值低以外，自身含氧也是抑制碳烟生成的重要因素；并且掺混正丁醇比异丁醇对碳烟降低效果更为明显；同时，掺混丁醇可以同时达到降低NO x和碳烟的效果并保持燃油消耗率增加不大．(4) 柴油机转速从1000r/min增加到2000 r/min，有效燃油消耗率稍有降低，燃烧放热率曲线呈现预混燃烧和扩散燃烧的双峰波形，氮氧化物和碳烟排放呈现出相似的规律．参考文献：［1］Wallner Thomas，Miers Scott A，McConnell Steve. A comparison of ethanol and butanol as oxygenates using adirect-injection，spark-ignition engine[J]. Journal ofEngineering for Gas Turbines and Power-Transactions ofthe ASME，2009，131(3)：1-9.［2］Yao Mingfa，Wang Hu，Zheng Zunqing，et al.Experimental study of n-butanol additive and multi-injection on HD diesel engine performance andemissions[J]. Fuel，2010，89(9)：2191-2201. ［3］R akopoulos C D，Dimaratos A M，Giakoumis E G.Study of turbocharged diesel engine operation，pollutantemissions and combustion noise radiation during startingwith bio-diesel or n-butanol diesel fuel blends[J].Applied Energy，2011，88(11)：3905-3916. ［4］Lebedevas Sergejus，Lebedeva Galina，Sendzikiene Egle，et al. Investigation of the performance andemission characteristics of biodiesel fuel containingbutanol under the conditions of diesel engine operation[J]. Energy and Fuels，2010，24(8)：4503-4509. ［5］Kinoshita Eiji，Imabayashi R yota，Takata Seiji，et al.Diesel combustion characteristics of palm oil methylester with 1-butanol[J]. 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Combustion and Flame，2010，157(12)：2318-2325.［12］郑尊清，李善举，刘海峰，等. 正丁醇燃料特性对柴油机低温燃烧影响的机理[J]. 内燃机学报，2013，31(2)：97-102.［13］安晓辉，刘波澜，张付军，等. 基于氧浓度的EGR 对柴油机性能影响的仿真[J]. 内燃机学报，2013，31(2)：115-119.。

4190型柴油机掺烧丁醇低温燃烧特性胡登; 邓涛; 黄加亮; 叶子枭; 王尚鹏; 范金宇【期刊名称】《《集美大学学报（自然科学版）》》【年(卷),期】2019(024)006【总页数】8页(P449-456)【关键词】4190型柴油机; 丁醇; 低温燃烧; 燃烧特性【作者】胡登; 邓涛; 黄加亮; 叶子枭; 王尚鹏; 范金宇【作者单位】集美大学轮机工程学院福建厦门361021; 福建省船舶与海洋工程重点实验室福建厦门361021【正文语种】中文【中图分类】U677.20 引言目前，燃油费用占船舶总成本的比例逐步提高，选择合适的替代燃料成为降低海上运输成本和解决能源紧张局势的一项重要措施[1]。

张全长等[2]初步研究正丁醇对柴油机低温燃烧和排放的影响。

郑尊清等[3]进行了喷射参数对柴油掺混燃料低温燃烧影响的试验研究。

S.Szwaja等[4]在汽油机的压缩比分别为8和10，丁醇-汽油混合燃料掺烧比例分别为0%、20%和60%时的研究结果显示，丁醇可以高比例掺混或者完全替代汽油作为汽油机的燃料。

Dogan O等[5]在高速柴油机上掺混不同比例丁醇(0%、5%、10%、15%、20%)，燃烧性能结果表明，制动油耗率随着丁醇比例的增加而增加，排气温度降低，氮氧化物变化不明显，一氧化碳排放降低，碳烟排放降低明显。

本文在电控柴油机最优运行参数基础上，通过AMEsim[6]和AVL-FIRE[7]软件，在给定运行参数条件下，研究改变丁醇掺混比例，喷油提前角，进气压力和EGR率时，柴油机低温燃烧LTC(low temperature compression)[8-9]的燃烧性能。

1 研究对象及条件电控化改造后的4190型柴油机基本参数如表1所示。

表1 柴油机基本性能指标Tab.1 Basic performance indexes of diesel engine缸数Number ofcylinders涡前排温Vortex frontdischargetemperature/℃燃烧室型式Combustionchamber type总排量Totaldisplacement/L标定功率Calibrationpower/kW标定转速Calibrationspeed/(r·min-1)壁温Walltemperature/℃缸盖温度Cylinderheadtemperature/℃湍流长度Turbulencelengthscale/m喷油持续期Fuelinjectionduration/(°)4≤600半开式ω型Semi-opentype ω23.822201 000403.15542.250.006 2429.4缸径×行程Borediameter×strokemm/mm标定扭矩Calibrationtorque/(N·m-1)压缩比Compressionratio平均有效压力Averageeffectivepressure/MPa气道形式Airway form发火顺序Fire order活塞温度Pistontemperature/℃湍动能Turbulentenergy/(m·s-2)1/8喷油量One eighthof fuelinjection/g进气阀关闭角Intake valveclosing angle/(°)190×2102 10014∶11.147双气道Double airway1-3-4-2631.2518.3750.049 35593.5在额定工况下，设置缸内的丁醇(C4H10O)的质量分数为0，对比通过模型仿真的缸压曲线与原机台架实测的缸压曲线，不断调整相关参数，直至两条曲线误差在5%以内方可用于仿真计算。

生物燃料丁醇作为发动机燃料的研究进展陆大旺;姜莉;唐浩哲;王闯【摘要】生物丁醇与乙醇相比,具有更高的热值;还具有更小的水溶性腐蚀性,且燃烧后不产生氮化物和硫化物;可以减少温室气体的排放等优势,是继生物乙醇后的又一种新型的极富潜力的生物燃料.通过分析世界各国的研究结果可得到以下结论:丁醇所具有的潜能及优点足以作为未来可替代再生清洁能源之一.通过对比分析目前世界上丁醇的主要来源及制备流程,并结合近期丁醇研究所取得的成果,以及丁醇在汽柴油发动机上的应用成果,对丁醇未来作为替代燃料在汽柴油机上的发展做出了展望.【期刊名称】《交通节能与环保》【年(卷),期】2019(015)004【总页数】4页(P8-11)【关键词】生物丁醇;生物燃料;生产;制备;汽柴油机;应用【作者】陆大旺;姜莉;唐浩哲;王闯【作者单位】黑龙江工程学院汽车与交通工程学院,黑龙江哈尔滨 150050;黑龙江工程学院汽车与交通工程学院,黑龙江哈尔滨 150050;黑龙江工程学院汽车与交通工程学院,黑龙江哈尔滨 150050;黑龙江工程学院汽车与交通工程学院,黑龙江哈尔滨 150050【正文语种】中文【中图分类】U469.71 丁醇的来源传统丁醇制备主要是从石油中萃取，但随着石油资源的日渐枯竭，这种传统的制备方法逐渐被摒弃，取而代之的是更为环保的可再生生物发酵制备方法，且与传统方法相比，新方法的原料价格更低也更为环保。

目前主要的丁醇来源方法有以下几种：（1）来源于餐厨垃圾随着人类生活水平及社会经济发展的不断提高，厨余垃圾的产量逐年增加。

其中，厨余垃圾的有机物质中糖类物质、纤维素类的含量均有利于微生物的生长；各种微量元素的比例也有助于代谢产物的积累。

厨余垃圾发酵制取丁醇，不但弥补了生产原料费用昂贵及来源单一的不足，而且解决了厨余垃圾严重污染这一难题。

目前国内与国外极少有利用厨余垃圾发酵制备丁醇的完整流程和商业行为。

（2）来源于藻类和甘油生物质能源是通过植物的光合作用，将太阳能通过光合作用以化学能的形式存储在生物体内的一种能量形式，也被称为绿色资源。

丁醇柴油对发动机性能的影响研究肖明伟;何金戈;张惜辉;陈振斌【摘要】按照体积分数配制出不同配比的丁醇柴油,并在一台双缸直喷式柴油机上,对燃烧不同配比丁醇柴油时发动机的燃油经济性和排放性进行了试验.研究结果表明:在柴油机参数不做改变的情况下,燃烧丁醇柴油的当量燃油消耗率变化不大,颗粒排放显著减少,但HC排放明显增加;CO排放量在小负荷时略有增加,而在中高负荷时明显降低;NOx排放量在中小负荷工况下都有明显降低,但在大负荷工况下有所增加.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2014(032)008【总页数】4页(P1231-1234)【关键词】柴油机;丁醇;当量燃油消耗率;排放【作者】肖明伟;何金戈;张惜辉;陈振斌【作者单位】海南大学机电工程学院,海南海口 570228;海南大学机电工程学院,海南海口 570228;海南大学机电工程学院,海南海口 570228;海南大学机电工程学院,海南海口 570228【正文语种】中文【中图分类】TK4640 引言由于石油资源面临着日益枯竭的危机，世界各国都在致力于研究清洁、低污染以及可再生的生物燃料。

目前常用的生物燃料有甲醇、乙醇、丁醇以及生物柴油等。

当前研究和应用比较广泛的是乙醇和生物柴油，但是丁醇由于诸多优势受到越来越多的重视。

丁醇是近年来国内外开始关注的一种新型替代燃料，它可以利用生物质制取，生物丁醇除了可以从谷物、小麦、甘蔗等提取外，木质茎、稻草、农业残余物、玉米纤维和外皮等均含有大量的纤维素和部分木质素，也可以作为制取生物丁醇的原材料[1]。

与甲醇和乙醇相比，丁醇的热值和能量密度高，汽化潜热小，能与汽油和柴油以较高的比例掺混互溶，同时丁醇的腐蚀性小，不必改造原有发动机燃油供给系统的结构[1]～[4]。

由于这些优点，国内外研究者对其与汽柴油掺混燃烧进行了初步研究。

本文通过发动机台架实验对丁醇柴油混合燃料进行了研究，分析了体积掺混比为10%，15%和20%的丁醇柴油对发动机经济性和排放性的影响，为丁醇柴油的深入研究和推广提供理论和试验依据。

正丁醇浓度分层燃烧及正丁醇/柴油活性分层燃烧先进压燃发动
机数值优化与对比研究
之前的研究表明,正丁醇活性分层燃烧(RSC)和浓度分层燃烧(CSC)能够实现满意的发动机性能。

然而,正丁醇/柴油活性分层燃烧和正丁醇浓度分层燃烧在着火和燃烧特性上的差异,还没有被探讨。

在本次研究中,通过结合KIVA-3V程序和非支配筛选遗传算法(NSGA-II)程序,研究了正丁醇活性分层燃烧策略和浓度分层燃烧策略。

对于RSC和CSC策略,正丁醇在气道内预混。

然而,对于RSC策略和CSC策略在缸内分别直喷柴油和正丁醇。

挑选五个重要的运行参数作为优化变量,包括预混比,喷油时刻,进气门关闭时刻的缸内初始温度,进气门关闭时刻的缸内初始压力,以及外部废气再循环(EGR)率。

遗传算法的优化结果表明,RSC策略采用高预混比,灵活改变喷油时刻的策略;而CSC策略采用提前喷油时刻,灵活改变预混比的策略。

由于正丁醇比柴油的活性更低,CSC策略需要更高的进气初始温度。

对于RSC策略,增加预混比会延迟CA50时刻,改善燃油经济性,降低声响强度和NOx排放。

对于CSC策略,随着预混比的增加,和喷油时刻的推迟,缸内直喷正丁醇的冷却作用减弱,导致了CA50时刻的提前,燃油经济性改善和更高的声响强度。

对比两种燃烧策略表明,RSC策略在着火可控性和声响强度的降低上更佳,而CSC策略则在燃油经济性和NOx排放的减少上更佳。

进气温度、外部EGR率以及进气压力对两种分层燃烧策略的发动机表现的影响类似。