DTBP對(duì)M85燃燒特性影響的研究

賈文建，倪健健，陳滿，王文龍，許修國(guó)

(1.長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北保定 071000； 2.河北省汽車工程技術(shù)研究中心， 河北保定 071000)

DTBP對(duì)M85燃燒特性影響的研究

賈文建1,2，倪健健1,2，陳滿1,2，王文龍1,2，許修國(guó)1,2

(1.長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北保定 071000； 2.河北省汽車工程技術(shù)研究中心， 河北保定 071000)

在化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，將DTBP(二叔丁基過氧化物)作為添加劑進(jìn)行M85的燃燒試驗(yàn)研究。研究表明：DTBP對(duì)M85甲醇汽油的燃燒速率影響明顯，極大地縮短了滯燃期與燃燒持續(xù)期。

DTBP；燃燒特性；催化劑

0 引言

汽車的動(dòng)力性很大程度上取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒特性，而發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒特性與缸內(nèi)燃燒壓力、壓力升高率、燃燒溫度、溫度升高率、放熱量以及放熱率密切相關(guān)?；诙ㄈ萑紵龔?，通過試驗(yàn)分析在不同填充壓力、不同初始溫度、不同混合氣濃度下M85的燃燒特性，得出初始條件的改變對(duì)其燃燒過程有明顯的影響，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)燃料在定容燃燒彈內(nèi)的燃燒速率偏低，直接影響壓力升高率，較低的壓力升高率會(huì)影響汽車動(dòng)力性。且M85可能會(huì)因?yàn)榧状计瘽摕嶂颠^大而導(dǎo)致冷啟動(dòng)困難的問題。基于以上兩點(diǎn)問題，在定容燃燒彈上以DTBP作為催化劑，研究DTBP對(duì)M85燃料燃燒過程的影響。

1 DTBP的作用機(jī)制

添加劑的研究一直集中于過氧化物和硝酸酯類，硝酸酯類有較弱的RO-NO2，而過氧化物有弱的-O-O-鍵，兩類都在較低溫度下就可以產(chǎn)生活性自由基，從而加速燃料燃燒的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，能夠改善低溫啟動(dòng)性以及發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒特性。添加劑改善燃料的燃燒特性與添加劑的分子結(jié)構(gòu)以及化學(xué)反應(yīng)機(jī)制息息相關(guān)。以下是(DTBP)的反應(yīng)機(jī)制[1-2]：

低溫情況下(600～670K)DTBP會(huì)出現(xiàn)O-O鍵斷裂而分解成為兩個(gè)(CH3)3CO.，接著叔丁氧自由基((CH3)3CO.)發(fā)生β-斷裂生成活性甲基自由基CH3.，甲基自由基與氧氣反應(yīng)最終生成羥基自由基(OH.)，生成的活性羥基自由基快速進(jìn)攻燃油分子，奪取烷烴上的氫原子，生成烷基自由基R.，進(jìn)而引發(fā)低溫鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。通過化學(xué)反應(yīng)機(jī)制可以得出添加劑熱分解產(chǎn)生的甲基自由基CH3.在改善燃燒特性方面起關(guān)鍵作用。

2 燃料的配制

M85燃料以及加入添加劑的配制過程：

(1)首先用正庚烷與異辛烷配制試驗(yàn)所需要的93號(hào)汽油，93號(hào)汽油就是用體積比為7%的正庚烷與93%的異辛烷混合而成。

(2)配制M85甲醇汽油。取85%的甲醇、14%的正庚烷與異辛烷配制而成的混合試劑，并添加1%的高碳醇(正丁醇)作為助溶劑。以上所取試劑的百分比均為體積比[6]。

(3)配置完成后，攪拌、搖晃使配制燃料能夠均勻混合，然后按照試驗(yàn)所需的燃料量量取燃料。由于燃料的揮發(fā)性與甲醇的親水性，試驗(yàn)所需要的燃料都是現(xiàn)場(chǎng)配置。

3 DTBP對(duì)M85燃燒特性的影響

3.1 添加劑DTBP對(duì)M85甲醇汽油燃燒壓力以及壓力升高率的影響

圖1所示為在過量空氣系數(shù)為1、初始?jí)毫?.8 MPa、初始溫度分別為200與250 ℃下，加入2%的添加劑DTBP的M85甲醇汽油混合燃料與無添加劑的M85甲醇汽油的燃燒壓力與壓力升高率變化曲線的對(duì)比圖。

圖1 添加劑對(duì)燃燒壓力以及壓力升高率影響

可以看出：在加入添加劑后，無論是在初始溫度為200 ℃還是250 ℃時(shí)缸內(nèi)最高燃燒壓力基本保持不變，在4.4 MPa附近。分析得到添加劑無法改變缸內(nèi)燃燒壓力的峰值，但是在兩種不同條件下，燃燒壓力的峰值都前移。還可以看到：壓力升高率最大值變大，在初始溫度為200 ℃，壓力升高率峰值從0.05 MPa/ms提高到0.075 MPa/ms；在初始溫度為250 ℃時(shí)，壓力升高率峰值從0.075 MPa/ms提高到0.1 MPa/ms，而且壓力升高率的峰值也前移。這是滯燃期與燃燒持續(xù)時(shí)間變短的結(jié)果，最高壓力相近，隨著燃燒持續(xù)時(shí)間減少，壓力升高率也隨之增大。通過分析可以得出：DTBP使甲醇汽油的燃燒速率大幅度提升。DTBP的添加可提高壓力升高率，有助于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性。

3.2 添加劑DTBP對(duì)M85甲醇汽油燃燒溫度以及溫度升高率的影響

圖2所示為在過量空氣系數(shù)為1、初始?jí)毫?.8 MPa、初始溫度分別為200與250 ℃下，加入2%的添加劑DTBP的M85甲醇汽油混合燃料與無添加劑的M85甲醇汽油的燃燒溫度與溫度升高率變化曲線的對(duì)比圖。

圖2 添加劑對(duì)燃燒溫度以及溫度升高率影響

可以看出：在加入添加劑后，無論是在初始溫度為200 ℃還是250 ℃時(shí)，缸內(nèi)最高溫度基本保持不變?cè)? 700 K附近。分析得到添加劑無法改變缸內(nèi)溫度的峰值，這是由放熱量決定的，而放熱量又是由混合氣工質(zhì)的量決定的，加入添加劑而工質(zhì)的量不變，最終放熱量就是一定的。但是在兩種不同條件下，缸內(nèi)溫度的峰值都前移。還可以看到：溫度升高率最大值變大，在初始溫度為200 ℃，壓力升高率峰值從30 K/ms提高到45 K/ms；在初始溫度為250 ℃時(shí)，壓力升高率峰值從45 K/ms提高到57 K/ms，而且溫度升高率的峰值也前移。這同樣是滯燃期與燃燒持續(xù)時(shí)間變短的結(jié)果，最高溫度相近，而燃燒持續(xù)時(shí)間減少，溫度升高率也隨之增大。

3.3 添加劑DTBP對(duì)M85甲醇汽油燃燒放熱量以及放熱率的影響

圖3所示為在過量空氣系數(shù)為1、初始?jí)毫?.8 MPa、初始溫度分別為200與250 ℃下，加入2%的添加劑DTBP的M85甲醇汽油混合燃料與無添加劑的M85甲醇汽油的放熱量與放熱率變化曲線的對(duì)比圖。

圖3 添加劑對(duì)放熱量以及放熱率影響

可以看出：在加入添加劑后，放熱量與放熱率的變化趨勢(shì)與溫度、壓力的變化相同，無論是在初始溫度為200 ℃還是250 ℃時(shí)，最終放熱量基本保持不變，在30 kJ附近。分析得到添加劑無法改變放熱量的峰值，這是由于加入添加劑而工質(zhì)的量不變，最終放熱量就是一定的。但是在兩種不同條件下，缸內(nèi)放熱率的峰值都前移。還可以看到：放熱率最大值變大，初始溫度為200 ℃時(shí)，放熱率峰值從350 J/ms提高到480 J/ms；初始溫度為250 ℃時(shí)，放熱率峰值從460 J/ms提高到580 J/ms，而且放熱率的峰值也前移。這同樣是滯燃期與燃

燒持續(xù)時(shí)間變短的結(jié)果，最高溫度相近，而燃燒持續(xù)時(shí)間減少，放熱率也隨之增大。

4 總結(jié)

首先分析了DTBP作為一種助燃劑的作用機(jī)制，然后介紹了試驗(yàn)所需的燃料以及燃料的配制過程。綜合以上對(duì)于壓力、壓力升高率、溫度、溫度升高率、放熱量以及放熱量的曲線對(duì)比分析得出：添加劑DTBP對(duì)M85甲醇汽油的燃燒速率影響十分明顯，極大地縮短了滯燃期與燃燒持續(xù)期；在初始溫度200 ℃時(shí)，燃燒持續(xù)時(shí)間在加入DTBP后從149 ms提高到104 ms，縮短了45 ms；在250 ℃時(shí)，燃燒持續(xù)時(shí)間在加入DTBP后從105 ms提高到87 ms，僅僅縮短了18 ms：可以看到隨初始溫度升高，DTBP的助燃效果變?nèi)酢?/p>

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Study on the Effect of DTBP on Combustion Characteristics of M85

JIA Wenjian1,2,NI Jianjian1,2,CHEN Man1,2,WANG Wenlong1,2,XU Xiuguo1,2

(1.Research & Development Center of Great Wall Motor Company, Baoding Hebei 071000,China; 2.Automotive Engineer Technical Center of Hebei, Baoding Hebei 071000,China)

On the basis of the theory of chemical reaction kinetics, the combustion experiments of M85 were carried out using DTBP as an additive. The research shows the influence of DTBP on the M85 methanol gasoline combustion rate is very obvious, the ignition delay period and combustion duration are shortened greatly.

DTBP；Combustion characteristics；Catalyst

2017-02-26

賈文建(1989—)，男，碩士，研究方向?yàn)楣?jié)能減排。E-mail：562625312@qq.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.06.017

U473.5

A

1674-1986(2017)06-062-3