十六烷的影响燃油消耗率和颗粒物数量未燃烧的碳氢化合物排放柴油发动机

文摘

论述了点火延迟时间的影响在柴油机颗粒物的形成,使用不同燃料配方与硫浓度从各种来源。我们的发现表明十六烷数量对颗粒物排放有重要影响,特别是在与机械燃油喷射发动机。燃烧室的最大压力增加随着十六烷数量增加,有利于高分子量的提高裂化反应分数剩余的液体状态,从而增加生产的颗粒物。在一定条件下,这种压力的增加有利于循环的热效率的影响。在燃烧室高温增强氧化的速度,减少未燃烧的碳氢化合物排放。燃料的点火延迟时间对颗粒物的形成有很强的影响,未燃烧的碳氢化合物的排放。

1。介绍

十六烷数量(CN)是一个经验参数与柴油燃料的点火延迟时间有关,这是决定通过标准测试基于ASTM D613标准(1]。点火延迟开始之间的时间间隔是燃油喷射和氧化反应的开始。点火延迟期开始注入燃料,由物理和化学时间推迟到自燃发生(2]。CN有非常高的燃料点火延迟时间短;即点火发生在一个非常简短的间隔时间后开始注射。相反,点火延迟时间越长越低CN。柴油循环发动机的点火延迟时间是一个基本参数,有效地控制燃烧过程,允许通过的最大压力高热效率接近15°后到达上死点(TDC)与柴油循环发动机的最大扭矩特性获得(3]。点火延迟时间的影响几个物理化学现象的本质与燃料,如分子结构、波动率、粘度、表面张力、和机械特性的引擎,如压缩比、喷射系统的压力,注入角(4]。点火延迟时间可以用毫秒表示或注射后角TDC [5,6]。

含有高浓度的燃料n石蜡一般有低点火延迟时间自活化能形成自由基和氧化过程是低比异链烷烃和芳香族化合物,具有稳定的分子结构和要求较高的温度和压力开始燃烧7]。燃料的波动对延迟时间也有重要影响。注入过程中,燃料液滴的形式进入接触热空气在燃烧室和对流传热时,传导和辐射。辐射传热是最初低和燃料加热基本上通过传导和对流。在蒸发,燃料移除液滴本身的能量,冷却环境和增加点火延迟时间。柴油机燃料低波动性和高十六烷数量抑制均匀混合物的形成(8),阻碍燃料燃烧过程。高粘度提供较大的液滴直径和高燃油喷射的渗透。使用高粘度燃料阻碍蒸发,有利于大直径液滴的形成,导致不完全燃烧由于普及率较高的燃油喷射,阻碍冷启动和增加未燃烧的碳氢化合物的排放(高碳钢)和可吸入颗粒物(PM) (9- - - - - -11]。

蒸馏曲线提供信息,使燃油质量与发动机的性能。挥发性的气体分数的10%的温度恢复反映了易于蒸发,而90%的分数表示的温度高分子量化合物的存在将很难完全蒸发,有利于排放颗粒物(PM)和未燃烧的碳氢化合物(高碳钢)[6),和存款在发动机(12]。CN下午也可能增加排放较低的燃料,燃烧开始以来扩张周期的最后阶段,当腔内的温度减少,减少氧化的速度,进而增加了冷凝的未燃的HC浓度的表面上,导致颗粒物的质量提高(9,13- - - - - -15]。

硫、硫醇的形式存在,氧化形成硫酸酸前体副产品(),沉积在催化剂表面(16- - - - - -18]。存在的硫醇浓度通常发现在燃料不会影响任何明显的程度上自燃的特点,但形成的燃烧的产品有利于粒子成核,导致PM排放增加,而其他更小的微粒可以积累和成长由于燃料硫的吸水的效果3,16,17,19,20.]。

CN也影响燃油消耗率,燃料消耗减少的趋势随着CN的增加由于燃烧过程的温度较高,改善发动机的热力性能3]。新车配备电控高压燃油喷射与高CN需要燃料。小排量高马力质量比在高旋转工作。新的电子控制燃油喷射系统和二次燃烧处理系统提出了令人满意的结果,满足当前法规(21]。然而,应该注意的是,绝大多数的车辆流通在发展中国家,包括巴西、配备机械燃油喷射的新柴油规格不适合这种类型的发动机。

这项工作讨论了不同配方的点火延迟时间的影响的柴油油在巴西销售(S50、准备和S1800)点和未燃的HC的排放和燃油消耗率,使用一个单缸柴油机机械燃油喷射和压力传感器位于燃烧室和燃油喷射泵和喷嘴之间的油管。获得的结果表明存在大量的硫的燃料稍微增加了颗粒物的排放,,点火延迟时间对空气污染排放有很大的影响。随着十六烷数量增加,燃烧室的温度增加,有利于颗粒物的形成由于热裂解,从而增加了氧化率和降低未燃的HC的排放和燃油消耗率。

2。实验

2.1。燃料

评估使用的燃料的点火延迟时间的影响在下午和未燃的HC排放和燃油消耗率的柴油引擎燃料循环通常商业化巴西国家石油公司在巴西市场。十六烷的影响形成的点数量和未燃的HC和燃油消耗率评估是基于燃料修改二级标准(参加U17和T23)由雪佛龙菲利普斯。表1列出了燃料的物理化学性质和二级标准用于这项研究。

点火延迟时间的影响在特定的燃料消耗和大气污染物(MP和HC的排放是评估使用的燃料,以下简称S10_50 S300_45, S450_44、和S1400_51分类根据其含硫量和CN和被修改二级标准(参加U17和T23)为了获得类似的配方,但改变了CN。硫浓度改变略由于二级标准,制定的内容不同于基地的燃料。为此,燃料S10_50 S1400_51, CN接近50岁的修改与二级标准参加U17获得配方的CN (S10_45和S1100_45) 45。燃料S300_45和S450_44 CN接近45与二级标准T23获得改变配方(S300_50和S400_50)的CN 50。

2.2。发动机的性能和抽样过程

测试评估点火延迟时间,燃油消耗率,下午和未燃的HC的排放进行了富山7.0马力单缸发动机,250厘米³、操作最大功率的80%,与机械燃油喷射13.5°TDC之前,平均注入压力150酒吧,压缩比21:1,3600 rpm, 10%的O₂在废气。点火延迟时间评估是基于燃油管路中的压力信号在喷射器喷嘴和燃烧室内部的压力,使用Optrand归纳压力传感器。燃料的点火延迟时间之间的时间打开喷射器喷嘴和压力增加燃烧室后产生的TDC增加物种的数量由于氧化反应,这对应于压力曲线上的拐点。非常准确的估计的每个分析燃料的点火延迟时间可以用一个示波器观察得到的电信号概要文件在燃烧室的压力和喷射系统被传感器。

废气流测量的点直接过滤,使用Macherey-Nagel玻璃微纤维过滤器直径47毫米,体重的点保留过滤器。气体流量是真空泵通过过滤器的元素,它冷却后,流量测量使用Sensirion流量传感器额定容量为20问分钟⁻¹。点的量化mg m⁻³是基于点保留在过滤器的质量除以体积采样气体,由数值积分获得气体的流动。滤波元件的平均温度为470°C,调整后的帮助下与电子烤箱温度控制保持收集点干,而挥发性碳氢化合物浓缩后的分离点。

柴油机废气的液体分数由未燃烧和部分氧化碳氢化合物在燃烧过程中产生的水蒸气凝结在一起。的一部分废气中的水蒸气凝结的气体流量收集颗粒物后冷却。总碳氢化合物甲烷的形式(CH₄)量化使用相似的技术描述的标准(ASTM D659122),流氧化的样品在氧气气氛。二氧化碳(有限公司₂)分析了气相色谱仪配有热导检测器(日本岛津公司GC / TCD-17A)。

3所示。结果与讨论

图1介绍了基燃料压力资料的燃烧室最高的CN (S10_50和S1400_51)和各自的配方(S10_45和S1100_45)较低的CN。我们可以看到从燃烧室的压力资料,CN增加点火延迟时间减少。点火延迟时间减少,最大压力在扩张阶段的较低的燃料的燃烧过程大于CN。

燃料S300_45和S450_44的压力分布图,图2显示,点火延迟时间高于各自S300_50 S400_50配方。可以看到,降低CN的影响减少了TDC后最大压力,减少扭矩和最高温度室,这直接影响到下午和未燃的HC的排放。

图3显示了气流通过过滤元素作为燃料的采样时间的函数S10_50 S10_45, S450_44 S400_50。可以看到,气体流过滤芯使用的初始压差300 mbar设定的针阀作为采样时间的函数表明,气流仍然保持在一个更高的水平较低的燃料CN,导致积累点较低。比较低的燃料CN揭示了相反的效果,减少气体流过过滤器的限制元素和表明CN减少PM排放较低的燃料。在柴油循环发动机颗粒物形成的过剩空气在燃烧过程中,使用柴油的组成和压力下,燃料注入燃烧室。执行的测试在这项研究中使用相同的过剩空气与燃料(相同负载和燃油消耗率)非常相似。

图4介绍了点火延迟时间和PM排放的函数CN。随着CN的增加,点火延迟时间减少,增加的排放点。这里的燃料评估具有相似的物理和化学性质,改变参数是CN,大大改变了燃烧室的最高温度,修改高分子量的裂化反应分数。这些高分子量化合物很难蒸发,剩下的液体状态在燃烧过程中,并且不断受到高温和压力,导致前体的形成物种形成的点(8,23]。一般来说,发现增加了五个单位CN导致PM排放增加了大约40%。

与机械喷射柴油循环发动机,燃料CN较低花费的时间开始燃烧过程。因此,燃烧产生的最大压力减少,从而导致更低的温度,从而减少开裂的反应,减少点的形成。最高的S300_45和S450_44燃料点火延迟时间值也存在粘度最高(2.9和3.3毫米²年代⁻¹、职责),这阻碍了雾化过程,形成均匀的混合物,导致点火延迟时间增加。另一方面,燃料的分子结构直接影响其点火质量,因此它是CN。在一般情况下,化合物的CN和类似的碳原子的增加按照以下顺序:正烷烃>烯烃>环烷>烷基芳族(8]。此外,增加分子链的大小通过碳原子的增加也导致CN增加。这也可以观察到S300_45和S450_45燃料及其配方T23的二级标准,其成分包括91%的饱和化合物,烯烃2%,和7%的芳香族化合物,而S10_50和二级标准参加U17 S1400_51燃料进行了修改,这是由78%的饱和化合物,芳香族化合物烯烃2%,和20%。

HC的排放是主要的结果火焰灭绝在寒冷地区的燃烧室缸的墙壁和也与燃料波动率和粘度。高粘度导致较大的液滴大小和降低蒸汽压。图5清楚地显示了HC的逆相关性和CN和柴油循环发动机机械注入。一般来说,发现增加五个数字的CN导致HC的排放减少大约20%。

燃烧室的最大压力产生的最高温度、最低温度在HC的燃烧室导致增加产量由于氧化速度越慢。燃料高CN缩短点火延迟时间,提供高温燃烧室,产生更多的点,增加氧化的速度,由此降低HC排放。

图6显示了瞬时燃油消耗率(g千瓦时的概要文件⁻¹)作为一个函数的测试时间S1400_51和S1100_45燃料。一般来说,有一个轻微的增加在特定消费作为CN减少(10]。降低特定消费是实现高的燃料CN。S1400_51燃料制定基本上来自常压蒸馏的分数,而其他燃料的配方使用流来自流体催化裂化、延迟焦化、高压加氢脱硫。然而,与燃油消耗率基于直接关联表中列出的物理化学性质1不能成立。主要指标是燃料S1400_51的来源,因为它是石蜡的,CN更高,因此显示更高的点和HC的排放。一般来说,随着CN的增加,具体消费显示明显倾向于下降。在这个范围内的CN(45 - 50),为每个额外的数量在CN,特定的消费g千瓦时⁻¹减少相同的比例。

4所示。结论

柴油燃料的CN确定影响点和未燃的HC的排放。点火延迟时间的增加中观察到较低的燃料CN转变后的最大压力角高于20°TDC同时降低燃烧室的最高温度。这减少最高温度有良好的效果,因为它减少了高分子量的裂化反应分数,从而减少排放点。另一方面,增加CN, TDC是观察到后的最大压力角小于20°,提供一个更大的扭矩。反过来,这转化为降低燃油消耗率,提高热裂解反应支持点的形成和氧化反应的速度增加,降低未燃的HC的排放。中硫的存在燃料排放稍微增加点,但决定对PM排放的影响与CN,决定了燃烧室的最大压力。总的来说,它是由一个数字发现增加了CN PM排放增加8%,降低HC排放减少4%。

引用

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