田晶+孫健+陸興華+劉文君

【摘 要】將聚甲氧基二甲醚（PODE）/柴油按照1：9的體積比進(jìn)行混合，調(diào)整柴油機(jī)供油提前角，分別在16°CA、18°CA和20°CA時(shí)進(jìn)行排放測(cè)試。結(jié)果表明，隨著供油的提前，燃用PODE/柴油混合燃料的柴油在CO、HC的排放上有較好的改善作用，然而會(huì)增加NOx的排放；燃用PODE/柴油混合燃料時(shí)，顆粒物（PM）的總數(shù)量濃度和總體積濃度都有所下降，而提前供油會(huì)增加顆粒物的總數(shù)量濃度，降低總體積濃度，且PM粒徑分布朝小粒徑方向偏移。

【關(guān)鍵詞】供油提前角；聚甲氧基二甲醚；排放；顆粒物

中圖分類號(hào)：TK46+4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)： 2095-2457（2017）32-0031-002

【Abstract】PODE / diesel was mixed in the volume ratio of 1： 9 to adjust the advance angle of diesel oil supply， and the emissions were tested at 16 ° CA， 18 ° CA and 20 ° CA respectively. The results show that diesel fuel with PODE / diesel blends can improve the emission of CO and HC with the advance of fuel supply， but it can increase the emission of NO x. When using PODE / diesel blends， particulate matter （PM） decreased both in the total concentration and in the total volume， while advance oil supply increased the total concentration of the particulate matter， decreased the total volume concentration， and the PM particle size distribution shifted toward the smaller particle size.

【Key words】Fuel supply advance angle； Polyoxymethylene dimethyl ether； Emission； Particulate matter

聚甲氧基二甲醚（Polyoxymethylene dimethyl ethers，PODE）十六烷值較高、含氧量較高、與柴油可任意比例互溶、無(wú)需對(duì)柴油機(jī)供油系統(tǒng)進(jìn)行改動(dòng)，還能有效降低柴油機(jī)的CO、HC和顆粒物（PM）排放，是一種較為理想的柴油含氧添加劑[1-3]。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)PODE/柴油混合燃料的研究主要集中在在柴油中摻混PODE的物化特性[3-5]和PODE/柴油混合燃料對(duì)柴油機(jī)燃燒特性和排放特性的影響[6-10]等方面，對(duì)實(shí)際使用過(guò)程中柴油機(jī)參數(shù)的改變對(duì)使用PODE/柴油混合燃料影響的研究較少。本文將PODE按照體積比1：9與柴油進(jìn)行混合，調(diào)整柴油機(jī)供油提前角，并進(jìn)行排放試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)分析不同供油提前角與PODE/柴油混合燃料排放的影響。

1 試驗(yàn)燃料與試驗(yàn)裝置

1.1 試驗(yàn)燃料

試驗(yàn)所用柴油為市售國(guó)V0#柴油，PODE中PODE3、PODE4和PODE5、PODE6-8的質(zhì)量比為60.2%：27.0%：9.5%：3.3%。將PODE按照體積比0：10和1：9與柴油混合，命名為P0和P10，柴油和PODE物化特性如表1所示。

1.2 試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法

試驗(yàn)用柴油機(jī)為186FA，立式單缸四沖程風(fēng)冷柴油機(jī)，其他技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。其它試驗(yàn)設(shè)備包括測(cè)功機(jī)、德圖Testo 350XL煙氣分析儀、發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放顆粒物粒徑譜儀（TSI EEPS 3090）。試驗(yàn)裝置分布如圖1所示。

試驗(yàn)選取柴油機(jī)轉(zhuǎn)速2400r/min，在不同負(fù)荷下，分別燃用P0、P10混合燃料進(jìn)行排放試驗(yàn)。供油提前角每間隔2°CA設(shè)置一個(gè)點(diǎn)，即供油提前角設(shè)定為16°CA、18°CA和20°CA。記錄尾氣排放中的CO、HC和NOx等排放數(shù)值；并利用EEPS 3090測(cè)量排氣中的顆粒粒徑分布。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 供油提前角對(duì)排氣污染物排放的影響

柴油機(jī)NOx的產(chǎn)生條件是高溫富氧，以及在高溫下的反應(yīng)時(shí)間，負(fù)荷越大，缸內(nèi)溫度越高，NOx的排放隨之增加[12-13]。相同供油提前角，燃用P10混合燃料比P0的NOx排放略有增加，100%負(fù)荷工況下，燃用P10混合燃料比燃用P0的NOx排放增加了1.8%，這取決于P10混合燃料中含氧量的增加。

不同供油提前角燃用P10混合燃料的NOx排放，則隨著供油提前而顯著增加，100%負(fù)荷工況下，供油提前角18°CA和20°CA比16°CA的NOx排放增加了19.65%和61.47%。當(dāng)供油提前時(shí)，滯燃期延長(zhǎng)，最高燃燒溫度升高，NOx排放增加，如圖2所示。

柴油機(jī)HC排放主要因?yàn)闇计趦?nèi)在噴霧下游形成的過(guò)稀混合氣區(qū)，以及噴注核心的混合氣過(guò)濃 [14]。在柴油中摻混PODE可降低HC排放，這是因?yàn)槿加椭械暮趿吭黾痈纳迫紵谷紵浞?。其?0%負(fù)荷工況下，燃用P10混合燃料比燃用P0的HC排放降低最多，降低了10.26%。不同供油提前角燃用P10混合燃料的HC排放，隨著供油提前也略有降低。這是由于供油提前，使混合氣更加均勻，燃燒也更充分。其中75%負(fù)荷工況下，供油提前角18°CA和20°CA比16°CA的HC排放分別降低最為明顯，降低了4.26%和11.70%。endprint

柴油機(jī)CO的生成原因是由較低的燃燒溫度和較高的混合氣濃度[15]。在柴油中摻混PODE和提前供油，都有利于降低CO排放，這與燃油中含氧量增加和提前供油改善燃燒有關(guān)。其中， 100%負(fù)荷工況下，燃用P10比燃用P0的CO排放降低了35.06%，而供油提前角18°CA和20°CA比16°CA的CO排放僅分別降低了6.25%和9.09%。

2.2 供油提前角對(duì)PM排放的影響

100%負(fù)荷下，供油提前角對(duì)PM排放的影響如圖3所示，橫坐標(biāo)為分級(jí)后的各級(jí)特征粒徑DP，縱坐標(biāo)為各級(jí)PM數(shù)量濃度，總數(shù)量濃度和總體積濃度分別記為ntotal和Vtotal，見(jiàn)圖4。

PM數(shù)濃度和粒徑隨著負(fù)荷的增加而增大，相對(duì)應(yīng)的總數(shù)濃度和總體積濃度也隨著負(fù)荷的增大而顯著增加。隨著負(fù)荷增加，燃油消耗量增加，混合氣濃度較高，缸內(nèi)溫度升高，缸內(nèi)壓力較大，易生成由不完全燃燒產(chǎn)生的碳核顆粒；且排氣流速增加，核態(tài)顆粒間的碰撞、團(tuán)聚更劇烈，更容易形成大顆粒，而被氧化的時(shí)間較短。燃用P10和燃用P0對(duì)比，由于含氧量的增加，PM粒徑分布朝小粒徑方向偏移，而燃料本身的含氧量增加，也抑制的碳核的生成。隨著供油提前角的增大，PM粒徑分布朝小粒徑的方向偏移，PM的總數(shù)濃度略有上升，總體積濃度則隨著供油提前角的增大而下降。提前供油可改善燃料，且滯燃期延長(zhǎng)，生成的PM在缸內(nèi)被氧化的時(shí)間較長(zhǎng)，大量大顆粒被氧化成小顆粒，因此供油提前角的增大使得PM粒徑分布朝小粒徑方向偏移；而提前供油導(dǎo)致混合氣濃度增加，燃燒不完全的情況更加嚴(yán)重，因此PM總數(shù)量濃度隨著供油提前而增大。100%負(fù)荷工況下，燃用P10比燃用P0的PM總數(shù)量濃度和總體積濃度分別降低了11.47%和15.51%；而供油提前角18°CA和20°CA比16°CA的PM總數(shù)量濃度分別增加了11.65%和22.93%，總體積濃度降低了5.23%和12.83%。

3 結(jié)論

（1）在柴油中摻混PODE和提前供油，有利于降低CO和HC的排放，而NOx排放則有所上升。100%負(fù)荷工況下，燃用P10混合燃料比燃用P0的CO和HC排放分別降低了35.06和10.26%，NOx排放增加了1.8%；供油提前角18°CA和20°CA比16°CA的CO排放分別降低了6.25%和9.09%，HC排放分別降低了4.26%和11.70%，NOx排放分別增加了19.65%和61.47%。

（2）在柴油中摻混PODE，PM粒徑分布朝小粒徑方向偏移，100%負(fù)荷工況下，燃用P10比燃用P0的PM總數(shù)量濃度和總體積濃度分別降低了11.47%和15.51%；供油提前角為16°CA時(shí)，燃用P0和燃用P10的幾何平均粒徑分別為110.44nm、108.15nm。

（3）提前供油，PM粒徑分布朝小粒徑方向偏移，然而PM總數(shù)量濃度卻有所上升。100%負(fù)荷工況下，供油提前角18°CA和20°CA比16°CA的PM總數(shù)量濃度分別增加了11.65%和22.93%，總體積濃度分別降低了5.23%和12.83%；燃用P10時(shí)，供油提前角為16°CA、18°CA和20°CA的幾何平均粒徑分別為108.15nm、99.16nm和89.14nm。提前供油對(duì)PM粒徑分布的影響，較在柴油中摻混PODE對(duì)PM粒徑分布的影響大。

【參考文獻(xiàn)】

[1]Wang J， Wu F， Xiao J， et al. Oxygenated blend design and its effects on reducing diesel particulate emissions[J]. Fuel， 2009， 88（10）： 2037-2045.

[2]Zhang Z H， Balasubramanian R. Effects of oxygenated fuel blends on carbonaceous particulate composition and particle size distributions from a stationary diesel engine[J].Fuel，2015，141： 1-8.

[3]Grahn M， Sprei F. Future alternative transportation fuels： A synthesis report from literature reviews on fuel properties， combustion engine performance and environmental effects[R]. Chalmers University of Technology， 2015.

[4]肖瀟，鄭軼，王云芳，等. 聚甲氧基二甲醚 （PODE） 與柴油的互溶性研究[J].柴油機(jī)，2015，37（3）：24-28.

[5]鄧小丹，韓冬云，李秀萍，等.聚甲氧基二甲醚對(duì)柴油性質(zhì)的影響[J].當(dāng)代化工，2013，42（11）：1508-1510.

[6]Pellegrini L，Marchionna M，Patrini R，et al.Combustion behaviour and emission performance of neat and blended polyoxymethylene dimethyl ethers in a light-duty diesel engine[R]. SAE Technical Paper， 2012.

[7]Pellegrini L，Marchionna M，Patrini R，et al.Emission performance of neat and blended polyoxymethylene dimethyl ethers in an old light-duty diesel car[R].SAE Technical Paper， 2013.

[8]Liu H， Wang Z，Zhang J，et al. Study on combustion and emission characteristics of Polyoxymethylene Dimethyl Ethers/diesel blends in light-duty and heavy-duty diesel engines[J]. Applied Energy， 2015.

[9]謝萌，馬志杰，王全紅，等.聚甲氧基二甲醚及其高比例摻混柴油混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒與排放的試驗(yàn)研究[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，51（3）：y1-y6.

[10]楊皓，李興虎，牟鳴飛，等.柴油/聚甲氧基二甲醚混合燃料的柴油機(jī)性能與排放試驗(yàn)[J].汽車安全與節(jié)能學(xué)報(bào)， 2015，6（03）：280-285.

[11]Wang J，Wu F，Xiao J，et al.Oxygenated blend design and its effects on reducing diesel particulate emissions[J].Fuel，2009， 88（10）：2037-2045.

[12]崔可潤(rùn).JON Van Gerpan，PRADHEEPRAM Ottikkutti.柴油機(jī)中一氧化氮生成模型及其研究[J].武漢水運(yùn)工程學(xué)院學(xué)報(bào)，1993，17（1）：28-33.

[13]何超，汪勇，李加強(qiáng)，等.高壓共軌柴油機(jī)燃燒與二氧化氮排放特性研究[J].內(nèi)燃機(jī)工程，2013，34（1）：13-17.

[14]周龍保，劉忠長(zhǎng)，高宗英，等.內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M].第3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[15]HEYWOOD J B.Internal combustion engine fundamentals[M].New York：Mcgraw-hill，1988.endprint