第36卷第3期2019年6月内燃机与动力装置NNTERNALCOMBUSTNONENGNNE&POWERPLANTVol.36Na3Jun.2019DON10.19471/kh1673-6397.2019.03.014高原环境下柴油机燃料与排放的研究现状及展望胡金义(西南林业大学，云南昆明650224)摘要:对高原环境下使用柴油、其它新型燃料及加入助燃剂柴油的柴油机在经济性、动力性、排放性等方面进行对比,论述国内在醇类燃料、醸类燃料、沼气-柴油双燃料、无灰助燃剂及其他生物燃料等方面研究所取得的进展，着重分析各种燃料在经济性、动力性、排放性等方面的差异,指出现有研究的现状和不足。
针对醇类燃料与柴油燃料难以完全互溶、双燃料需对发动机的燃烧室及供油系统等主要部分进行改装、无灰助燃剂的生产和成分计量困难因而加入量受到限制等各种新型燃料存在的问题，研究利用氮气吸附法从进气源头上减少氮气含量，提高进气含氧量，从而提高和改善柴油机在高原环境下的经济性、动力性和排放性能。
关键词:混合燃料;氮气吸附法;高原;排放中图分类号:TK423.44文献标志码:A文章编号：1673-6397(2019)03-0079-07引用格式：胡金义.高原环境下柴油机燃料与排放的研究现状及展望[J].内燃机与动力装置，2019,36(3): 79-85.HU Jinyh Research status and prospect oS diesel engine fuel and emission in plateau[J].InternalCombustion Engine&Powerplant,2019,36(3)：79-85.0引言我国是世界上海拔最高、高原面积最大的国家，其中青藏高原海拔为3000-5300m,约占我国国土面积的37%。
高原地区具有地型复杂、垂直变化大，天气寒冷、昼夜温差大，大气压力低、空气密度小、空气含氧量低等特点。
柴油机在高原环境下使用时会受到高温、低温、气压等气候因素的影响,不仅影响柴油机性能的正常发挥，严重时可使其功能失效，影响使用寿命,对车辆装备及人员的生命财产形成安全隐患&1-'。
随着排放标准越来越高，国内开始对柴油机混合燃料及助燃添加剂进行研究，提高发动机性能和减少排放。
1醇类燃料申立中团队用一款非道路用卧式双缸直列水冷四冲程柴油机对柴油、乙醇柴油和生物柴油-乙醇-柴油等3种燃料进行了试验，分别对柴油机的经济性和排放性进行了对比⑶。
他们在试验中发现，燃用E10和B10E10(E10表示混合燃料中乙醇的体积分数为10%,B10表示混合燃料中生物柴油的体积分数为10%)的燃油消耗率低于柴油，柴油机的经济性得到改善，改善程度受转速和负荷影响;低负荷时燃用E10的CO排放高于柴油和B10E10,高负荷时燃用E10和B10E10的CO排放均远低于柴油;燃用E10的HC排放高于柴油和B10E10,低负荷时燃用B10E10的HC排放和柴油相当，但高负荷时B10E10低于柴油;燃用E10的NO”排放均低于柴油和B10E10,低负荷时燃用B10E10的NO”排放低于柴油，但高负荷时略高于柴油;E10和B10E10的碳烟排放均比柴油有所改善，低负荷时不太明显，随着负荷的增加，改善收稿日期：2018-12-31作者简介：胡金义(1989—),男，河南商丘人，硕士研究生，助教，主要研究方向为新能源和机动车高原燃油排放,E-mail% 3305392774@.80内燃机与动力装置2019年6月第36卷效果越明显。
柴油机参数如表1所示,燃料参数如表2所示。
1柴油机主要技术指标柴油机型号燃烧室型式缸数缸径/mm冲程/mm排量/L 2D25直喷式缩口3型燃烧室2115120 2.5压缩比最大转矩/（N-m)最大转矩转速/（】a min_1)标定功率/kW标定功率转速/（a min-1)17.5：1128160027.72400表2燃料参数参数乙醇E10B10E10B15E3B25E3B15E5柴油0柴油1柴油DGM a5%DGM10%DGM密度/(ycm-3)0.78830.82800.83700.83920.83250.88000.88000.83760.8265十六烷值8.048.648.942.052.056.056.053.056.6126.053.454.0热值/(MJ-kg-1)26.841.240.741.340.539.539.542.845.326.844.243.4氧的质量分数/%35.0 3.3 4.3 3.2 4.210.010.0035.8 1.8 3.6a DGM为二甘醇二甲醞（Diglymc）的缩写相关学者对B50⑷、B15E5、B15E3#B25E3&5'等不同混合比的燃料进行了试验对比，由于试验条件和工作环境等因素不同，测得的数据及变化规律存在不同的结果，例如江鹏等［6'在另外的一个试验中使用B15E5燃料得出的结论是不利于经济性的改善，但是对于HC、CO、NO”和碳烟排放有相同的规律。
甲醇作为混合燃料的研究比较多,谢玉峰指出在生物柴油助燃的情况下，甲醇和柴油混合燃烧大负荷时的发动机参数如燃烧放热率、缸压、压升率等随甲醇质量比的增加而增大，但小负荷时呈现相反的趋势,NO”排放随着甲醇质量比增加而减小,HC和CO排放的变化则相反,这些结果与负荷有紧密的联系;李哲［8'在一种新型二冲程柴油机上进行甲醇与柴油的混合燃烧试验，指出随着甲醇-柴油混合燃料中甲醇比例的增加，混合燃料的燃烧始点滞后，滞燃期变长,缸内最大爆发压力和最高温度升高，抑制了NO”和碳烟的产生;王海峰等［9'用一台电控高压共轨四冲程柴油机进行甲醇柴油混合燃料试验,指出由 于甲醇的物理性质影响,使得滞燃期延长，导致NO”排放上升,碳烟排放明显降低;李佳豪［10］指出在燃料相同的情况下，随着负荷的增加,NO”排放增加,微粒排放先减/J、后增加，各个工况下，随着甲醇含量的增加,NO”增加，但是二氧化物的含量相对减少,微粒物浓度减/J、；陈妮［11］在试验中指出喷油角提前，颗粒物浓度下降,CO和HC排放先减小后增加;冯鲁煜&12'在试验中指出，甲醇和柴油混合燃料在微粒氧化催化器，废气再循环，氧化催化转化器的配合下，苯类、烯类、硫类排放物几乎可以降到零$也有关于其它醇类物质作为混合燃料的相关研究，刘亚坤［13'在试验中指出乙二醇作为混合燃料时,随着负荷的增加,NO”、HC、CO2的排放有下降的趋势，但是CO排放增加，N02在NO”中所占的比例增加，碳烟及超细颗粒物随着乙二醇的增加也得到了相应的改善;陈阳&⑷在试验中指出生物柴油加入乙二醇之后相对于柴油来说,碳烟及CO和HC排放得到相应的改善,N0”排放略有增加，随着加入量的增加, HC和NO”排放略有增加。
2双燃料沼气具有价格便宜,资源广泛,排放清洁，热值高和抗爆性好等特点，符合节能减排的要求，沼气在发动机的应用越来越受人们的关注［15'16］,赵武云团队以沼气为主要燃料,进行适量柴油引燃的试验，试验用发动机参数如表3所示。
试验发现，双燃料发动机若要达到原有的功率输出，需要对发动机进行改装,第3期胡金义:高原环境下柴油机燃料与排放的研究现状及展望81增大压缩比为19：1,通过对比试验得出燃油经济性和排放性能均有所改善$表3发动机主要技术指标12h标定功率/kW标定转速/(vmin"1)压缩比最大转矩/(N・m)最大转矩转速/(vmin-14.5220019:171.41700供油提前角/(。
)最小引燃油量/%沼气消耗率/(m3・(kW-h)-1)燃油消耗率/(y(kW-h)-1)沼气进气压力/(kPo) 24200.412427〜9最高排气温度/(e)气缸排量/L混合器460 1.194文丘里式天然气和柴油混合燃烧也有相关研究，张宁”］在试验中指出纯柴油燃烧过程中CO排放随着压力及转速的变化甚微，加入天然气的混合燃料中CO排放增加10-15倍，且随着转速的增加成倍增加;相对于纯柴油,天然气混合燃料的NO”排放存在优势，但随着转速和压力的升高，优势逐渐减弱；对于纯柴油来说,CH的排放随转速及压力变化甚微，天然气的加入使CH4的排放量显著增加，天燃气的混合燃料与纯柴油之间在ch4排放的差距随转速的增加而增加，但随着压力的增加逐渐减小;双燃料热效率低于纯柴油，随着压力的增加，与纯柴油的差距逐渐减/J、$潘玉萍［18］在上述研究的基础上，引出预喷油时刻和预喷油量2个变量，在预喷提前角增大的过程中,HC、CO、NO”排放都有减小的趋势，预喷油量越大,排放越/J、,碳烟排放受预喷提前角的影响较力、,但预喷油量的增加使碳烟排放上升;黄超伟等［19〕指出混燃技术需进一步改善才能使热效率达到45%，如改变燃烧室形状、进气管形状，采用深度中冷技术及缸内高压直喷、“米勒循环+高压比增压”等先进技术;孙思远［20］研究了天然气的掺入比例和排气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)率的变化对发动机排放性能的影响，发现曲轴转角为710。
~740。
时,NO”的排放迅速上升至峰值,随后轻微下降，随着天然气掺入比例及EGR率的上升,NO”排放逐渐下降,C0排放随着天然气掺入比例及EGR率的上升总体上有下降的趋势,且排放峰值随EGR率的上升有向后推移的趋势，综合油耗率随EGR率上升而增加，且油耗率在天然气掺混比为80%#70%#60%下依次降低,但是掺混比为50%的油耗率介于后2者之间。
3l类燃料二甘醇二甲瞇(Diglyme,DGM)是一种新型瞇类燃料,相对于醇类燃料，瞇类燃料与柴油的互溶性更好，更适宜长期储存，并且着火性能优越［21-22］$徐世海团队分别在不同海拔的状况下用纯柴油,5%DGM柴油，10%DGM柴油进行了对比试验，燃料参数如表2中所示，试验发动机参数如表4所示。
表4试验用发动机主要参数发动机型式缸径/mm行程/mm排量/压缩比吸气方式最大输出功率/kW转速/(e min_1) 6缸、直喷、风冷、四冲程102125 6.12817:1气891500-2500试验证明，使用添加DGM的柴油机，在动力性、经济性、HC排放、CO排放、碳烟排放方面都较纯柴油有所改善,并且随DGM添加量的增加，海拔的上升，改善效果越明显,NO”的排放则呈现相反的趋势$王永莲&23'通过试验指出乙瞇的加入使生物柴油在动力性、经济性、排放性能上有所改善，在5%的添加比例的情况下外特性曲线有上升的趋势，随着乙瞇添加比例的上升经济性上趋于下降,有效热效率上升,HC排放减少;随着转速的增加,改善优势逐渐减弱；随着工作负荷的增加,CO排放增加；随着发动机转速上升，添加不同比例乙瞇的混合燃料在CO排放方面的差距越来越明显，碳烟排放随着负荷的增加82内燃机与动力装置2019年6月第36卷而增加，但是加入乙瞇的燃料低于纯生物柴油排放，且随着负荷的增加优势越明显。