F-T/PODE 掺混燃料对混合动力柴油机起动特性的影响

将F-T 柴油与PODE 掺混燃烧可以实现燃料间性能互补，进一步优化柴油机的燃烧与排放特性。当前，国内研究很少涉及到多元掺混燃料在混合动力发动机上的应用，针对其在混合动力汽车柴油机瞬态起动工况的研究鲜见报道。为了研究F-T 柴油/PODE 掺混燃料对混合动力汽车柴油机起动工况燃烧和排放特性的影响，笔者通过混合动力汽车柴油机，分别燃用0 号柴油、F-T 柴油、F90P10(PODE 体积分数为10%)和F80P20(PODE 体积分数为20%)这4 种燃油，分析不同的起动瞬变条件下的柴油机燃烧和排放特性，为多元燃料在混合动力汽车柴油机上的应用提供试验依据。混合动力是内燃机汽车最有效的节能技术，清洁代用燃料结合混合动力技术能综合提升混合动力系统的燃油经济性和排放性能，对缓解中国日益严峻的环境危机和石油对外依存度意义重大。

01试验燃料、设备及方案

试验所用的基础燃料包括0 号柴油、F-T 柴油和PODE。以F-T 柴油为基础燃料，配制PODE 体积分数为10%和20%的F-T 柴油/PODE 掺混燃料，分别记为F90P10和F80P20。

试验所用发动机为云内D25TCIE1 高压共轨柴油机，原机ECU 未对发动机做任何改造，未安装后处理系统。试验过程基于单轴并联式油电混合动力试验台架进行，油电混合动力台架如图1 所示。详细的试验方案见参考文献[1]。

图1 油电混合动力台架

02试验结果分析

2.1 起动瞬态特性

图2 为柴油机燃用4 种油品在不同起动方式下的瞬时转速随时间的变化。800 r/min 拖动起动的时间明显小于24 V 原机起动，800 r/min 拖动起动时转速在第6 循环的时候达到怠速，而24 V 原机起动在20 个循环的时候达到怠速，在24 V 原机起动方式下，相比0 号柴油，F-T 柴油及其混合燃料的起动时间较少。

图2 起动过程转速对比

2.2 燃烧特性分析

图3 为起动工况下燃用4 种油品时首循环缸内压力升高率对比。预喷阶段F-T 柴油及其混合物的压力升高率随曲轴转角的变化呈现双峰，0 号柴油的双峰现象不明显，相比0 号柴油，燃用F-T 柴油及其混合物时其压力升高率有所降低，随着PODE 比例的增加，压力升高率降低。这主要是因为F-T 柴油和PODE 都具有高的十六烷值，滞燃期较短，产生的预混合较少，压力升高率降低。另外，由于PODE 的热值较低，掺混燃料的放热率降低，进而导致压力升高率降低。预喷阶段由于F-T 柴油/PODE 混合燃料的十六烷值大、易着火，导致少量喷油就可以快速燃烧，压力升高率较0 号柴油大。F-T 柴油/PODE 掺混燃料可以有效降低缸内压力升高率，燃烧柔和，降低了发动机的振动及燃烧噪声。

图3 燃烧首循环压力升高率对比

2.3 排放特性分析

图4 为4 种油品在不同起动方式下碳烟排放随时间的变化。从图4a 可以看出，冷起动工况下，相比燃用0 号柴油，燃用F-T 柴油时起动过程中碳烟排放峰值大幅上升，24 V 原机起动时增大75.3%，800 r/min 拖动起动时增大9.1%。这是因为F-T 柴油的十六烷值比0 号柴油高，燃用F-T 柴油时发动机的滞燃期缩短，导致冷机工况下发动机的不完全燃烧，所以发动机的碳烟排放有所增加。随着PODE 比例的增大，碳烟排放减小，起动过程中，相比燃用F-T 柴油，F90P10 和F80P20 的碳烟排放峰值在24 V 原机起动时分别减小79.7%和70.1%，800 r/min 拖动起动时分别减小69.9%和75.0%。这是因为PODE 是含氧燃料，一些中间产物会被氧化。

图4 起动过程碳烟排放对比

03结论

(1) 相比燃用0 号柴油，燃用F-T 柴油时起动首循环缸内压力峰值、瞬时放热率和压力升高率都有所降低，发动机的CA 5 提前、CA 90 滞后及燃烧持续期延长；无论24 V 原机起动还是800 r/min 拖动起动，起动过程中的CO、NOx 和碳烟排放峰值都明显降低。

(2) 相比燃用F-T 柴油，燃用F-T 柴油/PODE混合燃料时，随着燃料中PODE 比例的增大，起动首循环缸内压力峰值、瞬时放热率和压力升高率都有所降低，CA 10 和CA 90 提前、燃烧持续期缩短；无论24 V 原机起动还是800 r/min 拖动起动，起动过程中的CO、NOx排放峰值都会略微增大，碳烟排放峰值明显降低。

(3) 相比24 V 原机起动，800 r/min 拖动起动时起动时间明显减少，燃烧首循环缸内压力变小，峰值相位后移，燃烧柔和，起动过程中的各循环爆发压力峰值和平均有效压力降低，NOx排放峰值和碳烟排放响不大。

(4) 相同起动方式下，与冷起动相比，热起动过程中的CO 和碳烟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 掺混燃料可明显改善混合动力发动机的起动性能，为混合动力柴油机起动过程排放控制提供新的思路。

04参考文献

[1]陈东东,王铁,李国兴,等.F-T/PODE掺混燃料对混合动力柴油机起动特性的影响[J].内燃机学报,2022,(03):233-239.