喷油参数对燃用F-T柴油高压共轨柴油机排放的影响试验研究

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科学技术的不断进步推进着我国煤化工产业的蓬勃发展,许多煤炭企业投身于煤炭制取液态清洁燃料的工作中,煤炭液化后的产物十分丰富,F-T柴油就是煤炭液化的产物之一,而且F-T柴油可以直接运用于柴油机。F-T柴油的十六烷值、c(H)/c(C)等都远高于0#柴油,有利于降低NO_X和碳烟排放,为了进一步降低F-T柴油的排放,以满足日益严苛的排放法规,本文将F-T柴油燃用于一台高压共轨柴油机,改变高压共轨柴油机喷油参数(喷油压力、主喷提前角、预喷提前角、预喷脉宽)并进行相关台架试验,尝试通过调整柴油机喷油参数以达到减少排放的目的。本文进行了以下的研究探讨:当喷油压力由97MPa升至142MPa,缸内燃烧特性参数均得到不同程度的提高,使缸内混合气的混合程度更加充分,改善燃烧情况,F-T柴油发动机经济性能先升高后降低,碳烟、CO和HC的排放量降低,NO_X的排放量增加,这主要与喷油压力的加大、燃料雾化燃烧情况变好密切相关,可以获得更高的能量,同时也使主要污染排放物减少。当主喷提前角由1.8°CA BTDC提前至10.8°CA BTDC,缸内压力、缸内压力升高率和缸内温度均有所提高,瞬时放热率有小幅度下降,且各个燃烧参数的峰值相位都有所提前,这与主喷提前角增大使燃烧过程中滞燃期延长有关;F-T柴油发动机经济性都有所提升,碳烟、HC、CO的排放量分别降低39.63%、81.43%、34.7%,NO_X的排放量增加90%以上,提前喷油使混合燃料混合更加均匀,获得更高的缸内温度,进而使燃烧更加充分,大部分的污染排放物的排放量下降,NO_X则因为缸内温度的升高,排放量增加。当预喷提前角由15.7°CA BTDC增大至30°CA BTDC,缸内压力峰值、缸内压力升高率峰值和缸内温度减小,预喷阶段的瞬时放热率峰值减小,而主喷阶段其峰值增加;F-T柴油发动机经济性有所下降,碳烟、NO_X的排放量降低8%和30.08%,HC、CO的排放量稍有增加,主预喷间隔的增加,导致燃烧相位距离上止点较远,给压缩行程带来阻力,经济性下降,NO_X排放下降与缸内温度下降有关,加大主预喷间隔也使可燃混合气的形成更加均匀且稀薄,降低了碳烟排放量,但却增加了CO和HC的排放。当预喷脉宽由283μs增加到362μs,缸内压力和缸内压力升高率都得到提升,预喷阶段瞬时放热率和缸内温度逐渐升高,主喷阶段瞬时放热率和缸内温度逐渐下降,增加预喷油量可获得更多热量;F-T柴油发动机经济性有小幅度的下降,碳烟、NO_X和HC排放量分别增多8%、23.54%和93.9%,CO排放量降低12.32%。采用统计学理论中的双因素方差分析方法就二者对主要排放物的影响进行了研究,定性分析了影响的程度,结果发现喷油压力和主喷提前角对于NO_X排放和碳烟排放来说具有一定影响,改变主喷提前角对NO_X排放影响较大,改变喷油压力对碳烟排放影响较大。最后选取了四个喷油参数的优化点,并在柴油机上进行试验,发现综合优化后的NO_X和碳烟得到了较大的改善,所以可以得出结论,优化喷油参数对改善主要排放污染物的排放情况具有一定效果。因此,对燃用F-T柴油的发动机可以根据工况要求及时调整发动机喷油参数以减少其污染排放物,适当调整发动机喷油参数是解决柴油机排放问题的有效措施之一。
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