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随着能源和环境问题的日益严峻,汽车代用燃料研究受到越来越多的重视。含氧清洁燃料乙醇以其广泛的来源,优越的燃烧经济性和排放性能,被认为是解决我国能源安全与环境保护问题的重要石油替代燃料。
在广泛研读国内外相关文献的基础上,首先综述了乙醇柴油发动机的研究历史与现状、存在问题及发展趋势。在自行搭建的稳态喷雾实验台上,对乙醇/柴油混合燃料喷雾粒度分布特性进行了研究。结果表明柴油中掺混乙醇有利于降低燃油喷雾过程中轴向液滴的SMD分布,且SMD分布随着乙醇含量的增加而减小。乙醇混合比较大的燃料喷雾,其径向滴径的分布较为均匀;在远离喷嘴的喷雾下游,其径向滴径分布也更为均匀。
以ZS195直喷式柴油机为原型,建立了开展乙醇/柴油混合燃料发动机燃烧与排放特性研究的实验台架;采用排气分析仪、气相色谱法(GC)和傅立叶红外光谱分析法(FT-IR),对燃用纯柴油以及掺混两种不同比例乙醇的掺醇柴油的发动机污染物排放,包括常规排放物CO、CO2、HC、NOX,以及非常规排放物甲醛,甲酸,乙醛,乙醇进行了试验测量。检测结果表明,掺烧乙醇可以降低NOX和CO的排放,但却使HC排放明显增加;掺烧乙醇会增加甲醛、甲酸、乙醛和乙醇的排放,其中乙醛和乙醇的排放会随乙醇掺烧比的增加而显著增加。
针对多维数值模拟目前仍受限于计算机运算能力的实际情况,建立了一个包含41个物种,115步基元反应的乙醇/柴油混合燃料燃烧的简化反应动力学模型,计算结果表明该模型能在较宽的运行范围内有效模拟发动机的工作过程。
开展了柴油和掺醇柴油对高压油泵柱塞偶件磨损的对比试验,从定性分析和定量检测两个方面,分别采用环境扫描电镜、表面粗糙度测量仪和立式光学比较仪,探讨了掺醇柴油对高压油泵柱塞副摩擦表面形貌的影响情况,结果表明,柴油添加20[%]的乙醇对柱塞副磨损的影响很小,柱塞副工作100小时后的磨损程度与纯柴油基本相当,说明掺醇柴油可在发动机上直接使用。