將F-T 柴油與PODE 摻混燃燒可以實(shí)現(xiàn)燃料間性能互補(bǔ)，進(jìn)一步優(yōu)化柴油機(jī)的燃燒與排放特性。當(dāng)前，國內(nèi)研究很少涉及到多元摻混燃料在混合動力發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用，針對其在混合動力汽車柴油機(jī)瞬態(tài)起動工況的研究鮮見報(bào)道。為了研究F-T 柴油/PODE 摻混燃料對混合動力汽車柴油機(jī)起動工況燃燒和排放特性的影響，筆者通過混合動力汽車柴油機(jī)，分別燃用0 號柴油、F-T 柴油、F90P10(PODE 體積分?jǐn)?shù)為10%)和F80P20(PODE 體積分?jǐn)?shù)為20%)這4 種燃油，分析不同的起動瞬變條件下的柴油機(jī)燃燒和排放特性，為多元燃料在混合動力汽車柴油機(jī)上的應(yīng)用提供試驗(yàn)依據(jù)。混合動力是內(nèi)燃機(jī)汽車最有效的節(jié)能技術(shù)，清潔代用燃料結(jié)合混合動力技術(shù)能綜合提升混合動力系統(tǒng)的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能，對緩解中國日益嚴(yán)峻的環(huán)境危機(jī)和石油對外依存度意義重大。

01試驗(yàn)燃料、設(shè)備及方案

試驗(yàn)所用的基礎(chǔ)燃料包括0 號柴油、F-T 柴油和PODE。以F-T 柴油為基礎(chǔ)燃料，配制PODE 體積分?jǐn)?shù)為10%和20%的F-T 柴油/PODE 摻混燃料，分別記為F90P10和F80P20。

試驗(yàn)所用發(fā)動機(jī)為云內(nèi)D25TCIE1 高壓共軌柴油機(jī)，原機(jī)ECU 未對發(fā)動機(jī)做任何改造，未安裝后處理系統(tǒng)。試驗(yàn)過程基于單軸并聯(lián)式油電混合動力試驗(yàn)臺架進(jìn)行，油電混合動力臺架如圖1 所示。詳細(xì)的試驗(yàn)方案見參考文獻(xiàn)[1]。

圖1 油電混合動力臺架

02試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 起動瞬態(tài)特性

圖2 為柴油機(jī)燃用4 種油品在不同起動方式下的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化。800 r/min 拖動起動的時(shí)間明顯小于24 V 原機(jī)起動，800 r/min 拖動起動時(shí)轉(zhuǎn)速在第6 循環(huán)的時(shí)候達(dá)到怠速，而24 V 原機(jī)起動在20 個(gè)循環(huán)的時(shí)候達(dá)到怠速，在24 V 原機(jī)起動方式下，相比0 號柴油，F(xiàn)-T 柴油及其混合燃料的起動時(shí)間較少。

圖2 起動過程轉(zhuǎn)速對比

2.2 燃燒特性分析

圖3 為起動工況下燃用4 種油品時(shí)首循環(huán)缸內(nèi)壓力升高率對比。預(yù)噴階段F-T 柴油及其混合物的壓力升高率隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化呈現(xiàn)雙峰，0 號柴油的雙峰現(xiàn)象不明顯，相比0 號柴油，燃用F-T 柴油及其混合物時(shí)其壓力升高率有所降低，隨著PODE 比例的增加，壓力升高率降低。這主要是因?yàn)镕-T 柴油和PODE 都具有高的十六烷值，滯燃期較短，產(chǎn)生的預(yù)混合較少，壓力升高率降低。另外，由于PODE 的熱值較低，摻混燃料的放熱率降低，進(jìn)而導(dǎo)致壓力升高率降低。預(yù)噴階段由于F-T 柴油/PODE 混合燃料的十六烷值大、易著火，導(dǎo)致少量噴油就可以快速燃燒，壓力升高率較0 號柴油大。F-T 柴油/PODE 摻混燃料可以有效降低缸內(nèi)壓力升高率，燃燒柔和，降低了發(fā)動機(jī)的振動及燃燒噪聲。

圖3 燃燒首循環(huán)壓力升高率對比

2.3 排放特性分析

圖4 為4 種油品在不同起動方式下碳煙排放隨時(shí)間的變化。從圖4a 可以看出，冷起動工況下，相比燃用0 號柴油，燃用F-T 柴油時(shí)起動過程中碳煙排放峰值大幅上升，24 V 原機(jī)起動時(shí)增大75.3%，800 r/min 拖動起動時(shí)增大9.1%。這是因?yàn)镕-T 柴油的十六烷值比0 號柴油高，燃用F-T 柴油時(shí)發(fā)動機(jī)的滯燃期縮短，導(dǎo)致冷機(jī)工況下發(fā)動機(jī)的不完全燃燒，所以發(fā)動機(jī)的碳煙排放有所增加。隨著PODE 比例的增大，碳煙排放減小，起動過程中，相比燃用F-T 柴油，F(xiàn)90P10 和F80P20 的碳煙排放峰值在24 V 原機(jī)起動時(shí)分別減小79.7%和70.1%，800 r/min 拖動起動時(shí)分別減小69.9%和75.0%。這是因?yàn)镻ODE 是含氧燃料，一些中間產(chǎn)物會被氧化。

圖4 起動過程碳煙排放對比

03結(jié)論

(1) 相比燃用0 號柴油，燃用F-T 柴油時(shí)起動首循環(huán)缸內(nèi)壓力峰值、瞬時(shí)放熱率和壓力升高率都有所降低，發(fā)動機(jī)的CA 5 提前、CA 90 滯后及燃燒持續(xù)期延長；無論24 V 原機(jī)起動還是800 r/min 拖動起動，起動過程中的CO、NOx 和碳煙排放峰值都明顯降低。

(2) 相比燃用F-T 柴油，燃用F-T 柴油/PODE混合燃料時(shí)，隨著燃料中PODE 比例的增大，起動首循環(huán)缸內(nèi)壓力峰值、瞬時(shí)放熱率和壓力升高率都有所降低，CA 10 和CA 90 提前、燃燒持續(xù)期縮短；無論24 V 原機(jī)起動還是800 r/min 拖動起動，起動過程中的CO、NOx排放峰值都會略微增大，碳煙排放峰值明顯降低。

(3) 相比24 V 原機(jī)起動，800 r/min 拖動起動時(shí)起動時(shí)間明顯減少，燃燒首循環(huán)缸內(nèi)壓力變小，峰值相位后移，燃燒柔和，起動過程中的各循環(huán)爆發(fā)壓力峰值和平均有效壓力降低，NOx排放峰值和碳煙排放響不大。

(4) 相同起動方式下，與冷起動相比，熱起動過程中的CO 和碳煙排放峰值都大幅降低，但NOx排放峰值略有升高。

(5) F-T 柴油/PODE 摻混燃料可明顯改善混合動力發(fā)動機(jī)的起動性能，為混合動力柴油機(jī)起動過程排放控制提供新的思路。

04參考文獻(xiàn)

[1]陳東東,王鐵,李國興,等.F-T/PODE摻混燃料對混合動力柴油機(jī)起動特性的影響[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào),2022,(03):233-239.