混合燃料丙酮对火花点火发动机性能和排放的分析[count: 19]

工程科学与技术，国际期刊19（2016）1224全长文章火花点火发动机燃用丙酮-汽油混合燃料的性能和排放分析Ashraf Elfasakhany*机械工程系，工程学院，Taif大学，Box 888，Taif，KSA，沙特阿拉伯A R T I C L E I N F OA B S不 R 一C T文章历史记录：2015年11月12日收到2016年1月142016年2月8日接受2016年3月30日在线发布保留字：丙酮发动机性能污染物排放火花点火发动机汽油共混在这项研究中，通过向常规汽油中添加3-10体积%的丙酮形成新的混合燃料。据作者所知，这是第一次在汽油发动机上研究丙酮混合物的影响。在单缸四冲程火花点火发动机上进行了混合燃料的能量效率和污染物排放试验。实验结果表明，AC_3（3vol. %）丙酮+97体积%汽油）混合燃料的排气温度、缸内压力、制动功率、扭矩和容积效率比纯汽油分别提高约0.8%、2.3%、1.3%、0.45%和0.9%随着混合燃料中丙酮含量的增加特别是排气温度、缸内压力、制动功率、扭矩和容积效率与纯汽油相比分别提高约5%、10.5%、5.2%、2.1%和3.2%此外，使用丙酮与汽油燃料减少废气排放平均约43%的一氧化碳，32%的二氧化碳和33%的未燃烧的碳氢化合物。与纯汽油相比，丙酮具有较高的氧含量、较轻的稀化效应、较低的爆震倾向和较高的爆震速度，从而提高了发动机的性能和污染物排放最后提出了丙酮在汽油发动机中燃烧的机理，指出了丙酮燃烧的两种主要途径，并对CO、CO2和UHC（未燃碳氢化合物）的生成和氧化机理进行了探讨。这种丙酮的燃烧机理有助于进一步理解丙酮在火花点火发动机中的燃烧© 2016 Karabuk University. Elsevier B.V.的出版服务。这是CC下的开放获取文章BY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍现代工业过程严重依赖丙酮作为广泛的有机溶剂之一[1，2]。丙酮是合成纤维和大多数塑料材料的广泛溶剂，如聚苯乙烯，聚碳酸酯，聚丙烯等制成的瓶子丙酮也用作油漆和清漆工业以及许多工业应用中的基本成分（参见例如参考文献[3毫无疑问，丙酮的这种多工业用途导致大量含丙酮的废物。不幸的是，在处理这些废物时，出现了许多环境问题通过将废物埋在地下，丙酮可以渗透到地下水中，然后溶解在一起，因为丙酮不吸收土壤，但它高度溶于水;因此，由于丙酮的高毒性，地下水受到污染另一方面，还已知通过燃烧来处理这些废物，* 联系电话：+966（02）7272020;传真：+966（02）7274299。电子邮件地址：ashr12000@yahoo.com。由Karabuk大学负责进行同行审查在某些条件下，用于将丙酮释放到大气中[8]。已知大气中的丙酮在改变环境化学方面起着重要作用，并且还发现它是对流层上部最含氧的有机物[9此外，大气中的丙酮可导致中枢神经系统、肾脏、生殖系统、肝脏、皮肤等严重的健康反复接触丙酮可能导致器官损伤。最近，据报道，水和空气中的丙酮含量分别约为百万分之20（ppm）和13至20 ppm，应尽量减少此类含量[12]。已经开发了各种用于丙酮排放物处理的技术。最有前途的技术之一是利用丙酮的催化燃烧（在与其他混合组分分离之后）将其转化为二氧化碳和水。该技术主要取决于催化剂的催化性能，这是决定该技术有效性的最重要因素。通常，通常使用两种类型的催化剂：贵金属和过渡金属氧化物。贵金属氧化物类型非常昂贵，这限制了其广泛的应用。另一方面，过渡金属氧化物类型成本较低，但其在某些操作条件下的稳定性较差，其中其失活经常发生在http://dx.doi.org/10.1016/j.jestch.2016.02.0022215-0986/©2016 Karabuk University. 出版社：Elsevier B.V.这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。出版社：Karabuk University，PressUnit ISSN （印刷版）：1302-0056 ISSN（在线）：2215-0986 ISSN（电子邮件）：1308-2043主 办可 在 www.sciencedirect.com上 在 线ScienceDirect可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页：http://www.elsevier.com/locate/jestchA. Elfasakhany/工程科学与技术，国际期刊19（2016）122412321225观察[13在目前的研究中，应用了一种新的技术，这是基于丙酮在火花点火（SI）发动机中的燃烧。由于人们对丙酮在热氧化环境中的化学行为及其在点燃式发动机中的实际燃烧丙酮在内燃机中燃烧的研究文献很多，但关于丙酮在压燃式发动机中燃烧的文献很少。Chang等人[16，17]研究了CI发动机中的丙酮-丁醇-乙醇-柴油混合物。研究人员将20vol. %的混合物丙酮-丁醇-乙醇（ABE）和80体积%结果表明，与纯柴油相比，其燃烧效率更高，颗粒物、氮氧化物（NOx）、多环芳烃（PAH）、未燃烧烃和几乎零烟尘形成减少。ABE-柴油混合燃料的能量效率Lin等人[18]进行了一项研究，使用1结果表明，与纯柴油相比，混合燃料能提高燃烧效率，降低污染物排放。基于现有的文献，然而，据作者所知，在文献中还没有关于丙酮-汽油混合燃料的类似研究。因此，有必要对丙酮-汽油混合燃料在点燃式发动机上的可行性有一个基本的认识本文研究了丙酮的燃烧特性，探讨了丙酮作为汽油机混合燃料的应用前景和环境保护问题，并探讨了不同工业生产过程中产生的丙酮废弃物的处理新技术。如果计划在汽油发动机中使用丙酮首先要了解它的燃烧机理。反应机理提供了在燃烧条件下丙酮氧化动力学的理解，其基于描述反应如何在分子水平上发生以及哪些键断裂或形成以及以何种顺序。通过对文献的回顾，发现丙酮燃烧机理的研究很少，但研究成果却各不相同Baldi等人[19]表明丙酮不完全氧化（在200 °C）形成乙酸和乙醛，但完全氧化（在270 °C）形成CO2和H2O。El-Nahas等人[20]认为丙酮可能发生热解反应，丙酮部分氧化形成乙酰基。Sato和Hidaka[21]开发了丙酮的热解和氧化机理，该机理由164个反应和51个物种组成。Chaos等人[22]测量了丙酮氧化条件下稳定物质浓度的时间历史，并提出了一种由248个反应和46种物质组成的机制。Chang和Anthony[23]表明，丙酮化学转化为烃，随后通过脱羧和脱水转化为CO2和H2O。Barnard和Honeyman[24，25]提出了气相中的丙酮氧化，并表明丙酮氧化的第一个链引发步骤是通过氧气攻击丙酮以形成丙酮基自由基;之后，丙酮基自由基分解为甲基自由基和烯酮。Chong[26]研究了丙酮的氧化机理，指出丙酮主要通过三个主要反应进行反应，其中一个反应生成甲基自由基，另外两个反应生成丙酮基。Tsuboi等人[27]评估了丙酮在燃烧条件下的氧化/分解，并提出了一种机制，其中包括丙酮氧化/分解的主要从上述文献中，人们得出这样的想法，即丙酮在汽油发动机中的燃烧是非常复杂的，直到最近，其置信机制还没有得到很好的理解。在目前的研究中，提出了丙酮的化学反应机理，并提出了利用该化学机理来理解点燃式发动机中丙酮燃烧的排放途径的这种机制的重要性随着最近在生物质发酵过程中从几种生物质类型如棕榈油废物、生活垃圾和丰富的农作物中大量获得丙酮的可能性的出现而放大（参见例如参考文献[28因此，生物丙酮作为一种可再生能源，有望在不久的将来作为汽油的替代品或补充品作为交通燃料。2. 实验装置及方法实验是在一台单缸四冲程火花点火发动机上进行的发动机采用空气冷却，压缩比为7：1，没有催化转化器装置。排量为147.7CC ，每个气缸有 2 个气门发动机在2600 ~ 3400 r/min 、1.3-1.6KW的转速范围内，节气门全开工作ECU（电子控制单元）用于发动机设置中以控制空气/燃料比，空气/燃料比随着发动机速度/功率而改变，但其不针对不同燃料进行调整发动机规格总结见表1。不同的传感器和设备配备在发动机上以执行发动机性能测量，如：温度传感器、压力传感器、速度传感器等。采用不同的连接器将来自不同传感器的信号馈送到放大器，然后馈送到与个人计算机（PC）连接的数据采集卡PC允许通过PC监视器以各种形式记录和显示数据。实验程序如下应用：（1）用燃料填充系统，（2）调试设备和传感器，（3）使用DC电动机启动发动机，以及（4）在稳态条件下操作发动机。启动发动机后，它会空载工作几分钟以预热，然后进行测量测量了四种不同的燃料，它们是纯汽油（作为基础燃料）、3体积%汽油中的丙酮，7体积%汽油中的丙酮和10体积%汽油中的丙酮本研究中使用的丙酮和汽油的性质见参考文献[34-40]的表2所有燃料的试验都是在相同的发动机工作条件下进行的，没有进行调整。除发动机外，还使用废气分析仪测量废气排放。分析仪的取样探头通过一段可伸缩软管连接到脱水器为避免过量的冷凝液进入过滤器，应避免将软管突然升高到分析仪的高度以上。气体分析仪通过前面板安装有显示器和控制器。前面板以四位数显示CO、CO2、UHC（未燃烧的碳氢化合物）和O2的测量值。不同气体的测量范围为：CO约10%，CO2约20%，UHC约2000 ppm。表3列出了测量范围和规格表1发动机的规格发动机SI发动机制造商/型号GUNT，Hamburg，Germany/CT 150号气缸数/循环1/4冲程点火系统火花点火孔径×行程65.1 mm × 44.4 mm连杆长度79.5 mm排量147.7 CC压缩比7：1额定功率1.5 kW冷却介质风冷润滑系统加压润滑油箱容量0.6 L阀门数量21226A. Elfasakhany/工程科学与技术，国际期刊19（2016）12241232表2燃料特性[34性质丙酮汽油分子式C3H6O C8H15CH3 COCH3 CHOCH3 COCH3CH COCHCH COHCCO辛烷值110 90氧含量（wt%）27.615 ℃时的密度（g/mL）0.791 0.745自燃温度（°C）560 420闭杯闪点（°C）17.8 −45至−38发热量下限（MJ/kg）29.6 42.7沸点（°C）56.1 25化学计量AF比率9.54 14.725 °C时的潜热（kJ/kg）518 380可燃性限值（体积%）2.6-12.80.6-838 °C时的饱和压力（kPa）53.431.0140 °C时的粘度（mm2/s）0.350.4-0.8CH3CO3 22表3气体分析仪的规格。型号Infralyt CL耗电量（VA）45仪器加热范围（℃）0气体温度范围（°C）5分析仪加热范围（°C）0气体测量范围CO0 -10% vol.CO20 -20% vol.UHC 0气体分析仪。气体分析仪的工作原理基于干涉滤波相关程序;红外能量通过废气流传输到过滤的红外探测器;旋转的斩波器轮周期性地中断红外线并产生一系列信号;测量信号的分析氧气测量使用电化学电池进行。在进行排放测试时，气体通道的清洁度，特别是在碳氢化合物的情况下，对于准确测量非常重要。测量结果显示在分析仪面板的前面。有关实验方法和程序的更多详细信息（参见早期出版物[413. 结果和讨论结果表明，排放和性能特征-CO2Fig. 1. 丙酮消耗/氧化形成主要物种的主要途径。丙酮在点燃式发动机中的燃烧机理，如果人们有效地利用它丙酮在汽油发动机中的燃烧本工作中提出的化学反应方案是在Barnard和Honeyman[24，25]、Chong[26]、Heghe[47]、Decottignies等人[48]、Black等人[49]、Tsuboi等人[50]、Dias等人[51]、Pichon等人[52]、Chong和Hochgreb[53]以及Van Geem等人[54]的现有方案基础上开发的。图1总结了在化学计量的丙酮条件下丙酮消耗/氧化反应如所见，丙酮（CH3COCH 3）的热分解导致经由反应R01、R02、R03和R04直接形成丙酮基自由基（CH3COCH 2）、乙酰基自由基（CH3CO）、甲基自由基（CH 3）、缩醛自由基（CH 3CHO）和非常少的甲醇根自由基（CH 3O），如表4所示。随后，丙酮与甲基反应形成丙酮基，表4主要的丙酮消耗/氧化反应[24反应编号引用在稳态工况下，对丙酮-汽油混合燃料以及纯汽油燃料的燃烧特性进行了研究，并对丙酮在汽油机上的应用进行了评价和讨论。本文还着重介绍了丙酮在点燃式发动机中的燃烧机理，以便进一步了解发动机的性能和排放。在结果中例如，AC 10表示10%丙酮（纯度99%）与90%汽油（体积）混合;AC 0表示结果中的纯汽油重要的是要强调，当丙酮添加到发动机中的汽油燃料中时，在丙酮不完全燃烧的情况下，不仅会对环境和人类健康产生许多问题，而且还会对发动机本身产生许多问题。因此，该研究将共混物中的丙酮含量限制为至多10体积%;限制汽油中丙酮含量的更多理由将在后面说明。CH3COCH33COCH2CH33CH3CH3 COCH3OHCH3 CHOCH3 O CH3COCH3OHCH3CH3CH3 COCH3 CH3CH3- COCH2 CH4CH3-COCH3 CH 3-CH3 CH2-CO CH3CH4 CH3- COCH2 CH2-CO CH3CH3 CHO CH3 CO CHOH2CH3 COCH3 COCH3 CO2CH3 CO OH CH3 CO OH CH3 COHO2 CH3 CO2 CH3 CH2 OHCH3- O- CH2-O- HCH3 OH CO2-H2CH2 O H2OHCO CO OHCH2 COOH CH2 CO OH CH2CO CH3 COR01[24- 26，49 - 51，54]R02[24- 26，49 - 51，54]R03[49-51]R04[49-51]R05[26，54]R06[48]R07[49，50]R08[47，51][49-54]R10[48][第四十八话][第四十八话]R13[26，47]R14[26，47，51]R15R16[47，51]R17[26，47，51]R18[26，51]R19[26，51]R20[26，51][26，47，51]3.1. 燃烧机理CH2OCOOH2CH2 CH2 CH4CH42 H2R22[47]R23R24[55]由于发动机的性能和污染物排放是由一氧化碳二氧化碳2R25[47，55为了了解燃料燃烧过程，首先必须了解H2OR26[55-57]CH2CH4CH2 OHCOA. Elfasakhany/工程科学与技术，国际期刊19（2016）122412321227甲烷、甲基和非常少的乙烯酮自由基（CH2CO）通过两种不同的途径反应（R05和R06），如表4所示。丙酮基然后通过反应R07分解形成甲基和接下来，烯酮通过反应R18、R19和R20分解成乙炔氧基然后乙炔氧基通过反应R21分解成乙烯从乙醛途径，它通过反应R08分解为乙酰基。一些研究者[24乙酰基随后分解成一氧化碳、二氧化碳和甲基（反应R 09-甲醛分解成碳酸氢（HCO）（反应R16），其继而经由反应R17分解成一氧化碳，如表4中所示。乙烯和甲烷分别通过反应R22和R24氧化成一氧化碳。此外，乙烯通过反应R23贡献甲烷。最后，在足够的空气条件（化学计量或贫丙酮水）的情况下，一氧化碳通过反应R25氧化成二氧化碳（CO2），氢气（H2）通过反应R26氧化成水这些是丙酮氧化/分解机理的关键途径。该化学机理与其他化学机理的区别在于Barnard和Honeyman[24，25]和Chong[26]表明丙酮机理包含三个主要的丙酮引发反应，即R01（作为两个反应途径）和R02（作为一个反应途径），如表4所示。然而，Black等人[49]，Tsuboi等人[50]和Dias等人[49]。[51]表明丙酮也分解成乙醛，反应R03和R04，其中这些反应是重要的，它们应该被包括在内。另一方面，Black et al.[49]，Tsuboi et al.[50]和Dias等人[51]没有考虑丙酮机制中例如，Black et al.[49]没有考虑从乙烯酮（CH 2CO）形成乙炔氧基（HCCO）的途径;但该途径是乙炔氧基形成的主要途径（参见Chong[26]和Dias等人[51]）。另一方面，Tsuboi等人[50]和Dias等人[51]没有考虑CH 4和CH 2的形成和氧化途径;此外，他们没有考虑CH 3CO形成CO2。然而，其他研究人员表明，这些途径被包括在内。Chong[26]、Heghe[47]、Decottignies等人[48]和Van Geem等人[54]显示了CH4和CH2形成途径。Black等人[49]显示了CH4和CH2氧化途径。Decottignies等人证明了由CH3CO形成CO2[48]黑等人[49]。一般来说，本文提出的丙酮氧化/分解机理可涵盖主要生成物的主要途径通过对丙酮燃烧机理的分析，可以看出丙酮燃烧的主要途径有两条：一条是氧化途径，另一条是分解途径。丙酮氧化的关键途径是：CH3COCH3→ CH3CO → CH3 → CH2O → HCO → CO → CO2。然而，丙酮的分解途径可以确定为：CH3COCH3通过进一步评价这两种主要途径，可以得出结论，丙酮的分解途径是主要的消耗途径，而不是丙酮氧化途径（参见表4中的关系）。这一结论与Chong[26]一致。最后，重要的是要澄清，本研究没有在点火延迟或发动机模拟验证方面提供丙酮反应机制的系统验证，因为每个路径都已经被其他路径验证过（例如，参考文献[24此外，丙酮燃烧的骨架机理与丙酮混合燃料在内燃机中的性能和排放测试结果一致，即，这提供了对该机制的进一步信任。3.1.1.CO生成由于一氧化碳是一种有害有毒气体，降低其在丙酮燃烧中的含量上述提出的如表4所示，CO由CH3 CO通过R 09和R11、CH 3通过R15、HCO通过R17、CH2CO通过R20、HCCO通过R21、CH 2通过R22和CH 4通过R24的分解/氧化形成。然而，从丙酮形成CO的主要中间体反应主要通过如下两个主要途径：路径1：CH3COCH3 → CH3CO → CH3 → CH2O → HCO → CO路径2：CH3COCH3 → CH3COCH2 → CH2CO → HCCO → CO路径2比路径1更有利于CO的生成。因此，如果旨在减少CO排放，则应该将其氧化为CO2，例如，在高温环境下使用足够的空气进行完全氧化，这意味着丙酮完全燃烧。3.1.2.CO2形成机理在丙酮机理中，示出了三种主要的CO2形成反应途径，即R10、R12和R25，如表4所示和图1所示。结果表明，CO2的生成机理是CO和CH3CO同时氧化的结果，但CO的氧化（反应R25）是CO2生成的主要途径。3.1.3.UHC形成众所周知，碳氢化合物的完整反应机制可能由数千个基元反应组成[47]。在这项工作中，从丙酮氧化/分解中获得的全部碳氢化合物可以分为甲基（CH 3），乙烯（CH 2）和甲烷（CH 4），如图1所示。然而，丙酮燃烧生成的主要碳氢化合物主要是CH 3。这种烃随后被氧化成一氧化碳和氢气，随后被氧化成二氧化碳和水（在足够空气的情况下），伴随着能量的释放。3.2. 性能检查混合燃料对发动机性能的影响是使用不同的性能问题进行的，如图1和图2所示。2比6 图2示出了排气温度与发动机速度的关系;图3示出了气缸内的气体压力; 4示出70068066064062060058056054052025002600270028002900300031003200330034003500转速N（r/min）图二、 排气温度与发动机转速（10 vol. %）的关系丙酮（AC10），7体积%丙酮（AC7），3体积%丙酮（AC3）和0体积%丙酮（AC0）在汽油中。AC10AC7AC3AC0排气温度（℃）1228A. Elfasakhany/工程科学与技术，国际期刊19（2016）12241232N=3000r/min2826242220181614121086420电话：+86-021 - 88888888传真：+86-021- 88888888归一化体积（%）4.804.754.704.654.604.554.504.454.404.354.304.254.204.154.102500260027002800290030003100转速N（r/min）3200330034003500图五. 扭矩与发动机转速。标题与图中的标题相似。二、图三. P-V图标题与图中的标题相似。 二、1.71.61.51.41.31.21.125002600270028002900300031003200330034003500转速N（r/min）见图4。 制动功率与发动机转速。标题与图中的标题相似。二、在相同的操作条件下使用不同的燃料。反应物在室温下进入燃烧室（CC），而产物显示出升高的压力/温度。CC中产物的压力/温度取决于燃烧反应释放的能量和通过CC边界的热损失燃烧产物的压力/温度被耗尽以用于推进活塞，并且之后排气在被称为排气温度的温度下离开CC。在相同的发动机条件下运行时，试验燃料的排气温度比较如图所示。 二、结果表明，当发动机与燃料混合物操作时，排气温度增加。丙酮较高的汽化潜热导致缸内温度下降，进而导致排气温度降低。但是还有其他因素会增加气缸内的温度与汽油相比，丙酮的较低潜热导致体积效率的提高（如稍后将示出的），这导致燃料混合物的排气温度此外，丙酮结构中的氧增强了混合燃料的燃烧，并进而提高了废气温度，因为废气温度是燃烧效率和其他参数（如燃烧定时、混合物强度）发动机在不同速度下产生的功率;图。图5示出了三种混合燃料和纯汽油的扭矩与发动机速度的关系;以及图6示出了三种混合燃料和纯汽油的体积效率与发动机速度的关系。从图中可以证明，混合物中丙酮的比率越大，发动机功率、扭矩、容积效率、排气温度和缸内压力越高更好的发动机性能。在本研究中，在AC 10的混合燃料中获得最佳性能特别地，当使用AC 3、AC 7和AC 10的共混物时，与纯汽油燃料相比，废气的温度与汽油相比，AC3、AC7和AC10 的 混 合 燃 料 的 缸 内 压 力 分 别 增 加 了 2.3% 、 9.1% 和10.5%AC3、AC7和AC10的混合燃料比汽油燃料的功率分别提高1.3%、3.9%和5.2%。当使用AC 3、AC 7和AC 10的混合燃料时，扭矩分别比汽油燃料增加0.45%、1.36%和2.1%。AC 3、AC 7和AC 10的混合燃料与汽油相比，容积效率分别提高了0.9%、1.6%和3.2%0.480.470.460.450.440.430.420.410.400.3925002600270028002900300031003200330034003500转速N（r/min）缸内压力和排气温度是燃料燃烧完全性的指标，见图6。容积效率与发动机转速。标题与图中的标题相似。 二、AC7AC3AC010ACAC10AC7AC3AC0AC10AC7AC3AC0AC10AC7AC3AC0气缸内压力（bar）制动功率（KW）扭矩（Nm）容积效率A. Elfasakhany/工程科学与技术，国际期刊19（2016）122412321229放热分析还可以表明，丙酮-汽油混合物的燃烧产生明显的高温放热行为，而10体积%的丙酮-汽油混合物的燃烧在所有测试燃料中，汽油中的丙酮显示出最高的热释放。出于同样的原因，与纯汽油相比，混合燃料（AC 10）的高缸内压力最高，如图所示。3.第三章。如图1所示，燃料混合物的这种高放热速率是CO形成的直接途径的结果。CO生成机理为直接生成途径，即丙酮以气相形式快速燃烧。此外，这种直接路径对混合燃料的点火延迟时间起着重要作用混合燃料的高体积效率（随着混合燃料中丙酮比率的增加，体积效率增加）归因于丙酮（518 kJ/kg）相比于汽油（380-500kJ/kg）的高潜热丙酮的蒸发速度比汽油中的任何物质都要慢得多，因为丙酮在常压和室温下是液相，而汽油则不同。丙酮可以在低压和低温（27 bar 和303 K[51]）或1 bar和329 K（沸点56 °C，如表2所示）下蒸发。此外，与汽油相比，丙酮的饱和压力较高;丙酮的饱和压力为53.4 kPa，而汽油的饱和压力为31.01kPa（38 °C时），如表2所示。丙酮体积效率优势的另一个原因是丙酮的表面张力约为22.3 mN/m，但汽油的表面张力约为20.9mN/m（在90%辛烷值和20 °C下）[58]。因此，由于丙酮的高表面张力特性，其需要较长的诱导时间来但是一旦丙酮蒸发，它会加速反应开始后的燃烧。这可以基于如下的反应机理来解释一般来说，丙酮的分解路径比氧化路径慢。因此，丙酮需要更长的时间才能分解，但过了一段时间，氧化发生了，反过来，反应加速了燃烧过程。丙酮的较高容积效率导致获得较高的发动机扭矩、功率、缸内压力和燃烧温度（例如，废气温度）。通常，与纯汽油相比，丙酮-汽油共混物的使用旨在改善燃料转化效率和发动机性能两者，如图1A和1B所示。 2比6混合燃料对发动机性能的提高也可参考当丙酮（AF = 9.54）与汽油（AF = 14.6）在一定浓度下混合时，混合燃料的稀化程度显著提高。这可以部分解释由于其更完全的燃烧而导致的燃料转化效率另一个原因是丙酮燃料含有氧气（27.6wt%），如表2所示，这导致燃料转化效率的增加。此外，如表2所示，丙酮具有高辛烷值约110，这是因为其高的裂化速度。发动机转速越高，爆震发生的趋势越低，进而获得更好的性能。如上所述，丙酮作为燃料的一种假设是，其液滴减慢了蒸发，但加速了汽油蒸气的燃烧，以允许更完全的燃烧。但是在汽油中加入过多的丙酮会加速汽油的燃烧，而加入过少的丙酮则不会加速或稍微加速燃料的燃烧。这项工作研究了添加3丙酮的最大添加量，它的效果很好;但丙酮添加到汽油的最大限度此外，随着混合燃料中丙酮含量的增加，燃料消耗率（数值为由于其较低的能量密度，因素，如燃料特性和发动机运行参数。随着负载/功率逐渐增加，比油耗逐渐降低。需要强调的是，燃油消耗率并不是在所有速度范围内测量的，并不作为工作中的其他数据在实验期间，观察到当使用丙酮混合物时获得合理的发动机噪声，尽管高缸内压力通常引起高水平的噪声（丙酮混合物提供高缸内压力，如图3所示）。在SI发动机中使用丙酮作为混合燃料的另一个优点是，当丙酮含量低于10体积%时，发动机设置可以保持而无需任何必要的修改/调整。此外，丙酮被证明是非常可溶于汽油燃料，这反过来又支持高质量的混合物燃烧。但丙酮也能溶于水，形成乳状液，对金属有腐蚀作用。因此，发动机燃料系统以及汽油必须完全无水，否则燃料管线将迅速发生腐蚀，导致燃料系统的广泛改革，并且如果在驾驶时发生腐蚀/损坏，则可能是最糟糕的。此外，丙酮对橡胶和塑料是一种有效的腐蚀剂;当丙酮与任何橡胶/塑料燃料系统部件接触时，它们将溶解掉，这导致这些部件的大量维修/更换/损坏。因此，无论系统/燃油中是否有水，燃油系统不得含有任何橡胶或塑料部件。建议使用丙酮前，燃油系统部件必须由高质量金属制成 否则，将出现无法补救的严重问题。3.3. 排放图图7-9说明丙酮-汽油混合物对发动机排放的影响。如图所示，丙酮与汽油燃料的使用平均减少了约43%的一氧化碳、32%的二氧化碳和33%的未燃烧的烃的废气排放这种排放的减少随着发动机速度或混合速率的变化而变化。当发动机转速固定为约2600 r/min时，AC 3产生的CO、CO2和UHC的排放量分别比纯汽油少约40%、29.5%和35%;当使用AC 7时，与纯汽油相比，CO、CO2和UHC的排放量分别减少约44.5%、34%和33%;当使用AC 10时，与纯汽油相比，CO的排放量减少约46.7%、35.5%和31.8%151413121110987654321与纯汽油混合，如表2所示。此外，由于丙酮的汽化潜热高于汽油，混合燃料的比油耗较高，02500260027002800290030003100320033003400 3500转速N（r/min）预期然而，具体的燃料消耗量受到许多因素的影响图7.第一次会议。一氧化碳与发动机转速。标题与图中的标题相似。二、丙酮混合物的一般趋势AC10AC7AC3AC0一氧化碳1230A. Elfasakhany/工程科学与技术，国际期刊19（2016）1224123248044040036032028024020016012025002600270028002900300031003200330034003500转速N（r/min）图8.第八条。未燃碳氢化合物（UHC）与发动机转速的关系。标题与图中的标题相似。 二、CO2和UHC。这意味着混合燃料中丙酮比例的增加显著降低了发动机排放（CO和UHC）。但是，CO和UHC排放的减少率随着丙酮含量的增加而降低，另一方面，发动机转速对污染物排放影响显著。发动机转速和丙酮速率对排放的影响在数字上确定如下。在2600 r/min时，AC 10的CO排放比AC 7低2.2%，AC 7的CO排放比AC 3的CO低4.5%;而在3400 r/min时，AC 10的CO排放比AC 7的CO低5.5%，AC 7的CO排放比AC 3的CO低7.7%，如图7所示。同样，在UHC的情况下，如图8所示，在2600 r/min的转速下，AC 10比AC 7低1.3%，而AC 7比AC 3低4.7%;然而，在3400 r/min的转速下，AC 10比AC 7低6.3%，而AC 7比AC 3低8。百分之二十五以及在CO2排放的情况下，如图所示。 9，在转速为2600 r/min时，AC10比AC 7高1.1%，而AC 7比AC 3高2.3%;而在转速为3400 r/min时，AC 10比AC 7高1.6%，而AC 7比AC 3高2.5%。从这些数字和分析来看，14131211109876542500260027002800290030003100320033003400 3500转速N（r/min）见图9。 二氧化碳与发动机转速的关系。标题与图中的标题相似。二、可以注意到，高速下的共混物的行为比低速条件下的行为更有效地获得更少的污染排放。此外，通过增加混合物中的丙酮比率，其降低排放的效果与低比率条件下的效果不同。值得注意的是，通过提高发动机转速，汽油燃料的性能与混合燃料不同。在汽油燃料的情况下，通过增加发动机转速，CO和UHC减少，而CO2增加。而在混合燃料情况下，CO和UHC排放随转速的增加而增加，达到峰值后继续下降在CO2排放的情况下，汽油的燃烧类似于混合燃料的燃烧，其中CO2通过增加两种类型的燃料（汽油和混合物）的发动机速度而增加，但具有不同的速率（如前所示）。一个重要的观察结果是，混合物的最坏的排放是在中等速度（2900此外，随着发动机转速的提高，低转速（2900r/min）的排放有增加的趋势，但应注意的是，混合燃料在低、中速的排放仍优于汽油燃料。CO和UHC在低速和中速下的趋势可能归因于CO和UHC产生/形成途径比消耗/氧化途径占主导地位的事实，例如，CO和UHC的快速产生/形成和缓慢消耗/氧化。如表4所示，这可以从CO和UHC形成的几种途径中清楚地看出，但消耗/氧化途径的途径较少。通过在高速条件下提高燃烧室内部的温度（产生更多的功率）此外，烃类通过二氧化碳反应途径的分解/氧化（烃类可以直接产生二氧化碳，而不需要通过CO，如图1所示）。 1）在高热的存在下可能占主导地位，因此，CO的形成部分下降。鉴于此，CO和UHC在高功率/速度下显著降低。另一方面，CO2的连续增长可以暂时分配给（C-O）和/或（UHC-O）反应途径。CO2的增长强度表明，CH 3COCH 3在高温/高压/高速条件下完全分解/氧化。尽管CO2的覆盖率随着速度不断增加低于纯汽油。通过借助前面讨论的丙酮机理进一步分析污染物排放结果，可以强调CO、CO2和UHC排放高度依赖于中间化合物。由于反应速率方案，来自丙酮分解/氧化的此类化合物通常在较低的温度/压力/速度下放大和生长。这种中间化合物的反应性随发动机速度/功率而变化。Anikeev等人[59]指出，反应速率随着压力/温度的增加而不断呈指数增加。此外，反应速率取决于氧浓度、压力、温度和化合物的性质，例如，不同之处在于C和H原子的数量以及它们之间的相关键此外，这些中间体化合物在高反应温度下不是化学稳定的，或者具有导致稳定的CO2产物的高效反应途径。此外，丙酮燃料中的氧的作用在低速和中速下可能较少活化，而不是在低速和中速下活化。 来氧化燃料。最后，重要的是要澄清，温度和压力对丙酮分解/氧化化学的影响是相当复杂的，分析需要通过建模研究进一步支持。总之，可以强调气相反应对发动机的丙酮混合物的一般趋势AC10AC7AC3AC0AC10AC7AC3AC0UHC（ppm）二氧化碳A. Elfasakhany/工程科学与技术，国际期刊19（2016）1224-12321231污染物排放，这与发动机速度非常相关。建议在大于或等于3400r/min的转速下工作，可以优化丙酮-汽油混合燃料发动机的污染物排放一般情况下，点燃式发动机使用混合燃料时，在所有转速下的污染物排放都比纯汽油低得多这可能是指丙酮燃料含有氧气作为其内容物的一部分，而汽油不含任何氧气。这使得丙酮的燃烧更加完全，污染物（CO和UHC）更少。同样，观察到丙酮燃料含有比汽油燃料中的碳原子少约62%的碳原子（如表2所示，丙酮燃料和汽油燃料分别含有3个和8个碳原子），并且这导致产生比汽油中的CO和CO2排放少得多的CO和CO2排放（从碳节约的观点来看）。此外，由于混合物在显著稀燃条件下燃烧（如前所述，燃料消耗受发动机运行参数影响），因此总体燃料这可以增加广泛使用丙酮燃料的优点研究表明，丙酮对环境友好，是一种很有前途添加丙酮是一种激活燃料或补品的燃烧。通过分析影响发动机排放的因素，提出了以下几点建议：本文提出了影响丙酮-汽油混合燃烧过程中汽油机污染物排放的充入空气有助于燃烧的完全.增加混合燃料中丙酮含量或提高发动机转速（>3000 r/min）均能改善CO和UHC的污染物排放因此，可以通过优化发动机转速和/或增加燃料混合物中的丙酮比率来4. 结论虽然在早期的研究中没有对丙酮在汽油发动机中的燃烧特性进行评估，但在这项工作中确定了几个因素，以显着地研究丙酮-汽油混合燃料的性能和污染物排放实验已经用含有3、7和10体积%的燃料混合物进行。丙酮在汽油以及纯汽油燃料中的含量。在2600-3500 r/min的转速范围内，对各混合燃料进行了发动机试验• 丙酮汽油混合物的使用• 丙酮在共混物中的比率越大（高达10体积%），发动机功率、扭矩、容积效率、排气温度和缸内压力越高。• 在汽油中添加丙酮会导致CO和UHC排放量的初始增加，然后随着发动机转速的增加而稳步下降。然而，纯汽油的排放（CO和UHC）随着发动机转速的增加而• 在高速条件下，混合燃料比低速条件下的混合燃料更有效地减少污染物排放。• 混合燃料在中速（2900-3000 r/min）时排放最差（最高）• 丙酮燃烧的两个主要途径：一个是氧化，另一个是分解。分解途径比氧化途径占主导地位• 丙酮需要较长的诱导时间才能分解，但一旦汽化，一旦反应开始，它就会加速燃烧。• 随着混合物中丙酮含量的增加，特定燃料消耗增加。• 在使用丙酮-汽油混合物时，三个因素已被确定为对SI发动机性能和排放有显著影响• 当丙酮含量低于100%体积的10%• 丙酮是一种很有前途的直接用于点燃式发动机的代用燃料。添加丙酮是一种激活汽油燃料的燃烧。但是在发动机中使用丙酮之前，发动机系统必须具有高质量。引用[1] L. Zhengang，F.S.Zhang