DTBP对M85燃烧特性影响的研究

贾文建，倪健健，陈满，王文龙，许修国

(1.长城汽车股份有限公司技术中心，河北保定 071000； 2.河北省汽车工程技术研究中心， 河北保定 071000)

DTBP对M85燃烧特性影响的研究

贾文建1,2，倪健健1,2，陈满1,2，王文龙1,2，许修国1,2

(1.长城汽车股份有限公司技术中心，河北保定 071000； 2.河北省汽车工程技术研究中心， 河北保定 071000)

在化学反应动力学理论的基础上，将DTBP(二叔丁基过氧化物)作为添加剂进行M85的燃烧试验研究。研究表明：DTBP对M85甲醇汽油的燃烧速率影响明显，极大地缩短了滞燃期与燃烧持续期。

DTBP；燃烧特性；催化剂

0 引言

汽车的动力性很大程度上取决于发动机的燃烧特性，而发动机的燃烧特性与缸内燃烧压力、压力升高率、燃烧温度、温度升高率、放热量以及放热率密切相关。基于定容燃烧弹，通过试验分析在不同填充压力、不同初始温度、不同混合气浓度下M85的燃烧特性，得出初始条件的改变对其燃烧过程有明显的影响，同时也发现燃料在定容燃烧弹内的燃烧速率偏低，直接影响压力升高率，较低的压力升高率会影响汽车动力性。且M85可能会因为甲醇汽化潜热值过大而导致冷启动困难的问题。基于以上两点问题，在定容燃烧弹上以DTBP作为催化剂，研究DTBP对M85燃料燃烧过程的影响。

1 DTBP的作用机制

添加剂的研究一直集中于过氧化物和硝酸酯类，硝酸酯类有较弱的RO-NO2，而过氧化物有弱的-O-O-键，两类都在较低温度下就可以产生活性自由基，从而加速燃料燃烧的链式反应，能够改善低温启动性以及发动机的燃烧特性。添加剂改善燃料的燃烧特性与添加剂的分子结构以及化学反应机制息息相关。以下是(DTBP)的反应机制[1-2]：

低温情况下(600～670K)DTBP会出现O-O键断裂而分解成为两个(CH3)3CO.，接着叔丁氧自由基((CH3)3CO.)发生β-断裂生成活性甲基自由基CH3.，甲基自由基与氧气反应最终生成羟基自由基(OH.)，生成的活性羟基自由基快速进攻燃油分子，夺取烷烃上的氢原子，生成烷基自由基R.，进而引发低温链式反应。通过化学反应机制可以得出添加剂热分解产生的甲基自由基CH3.在改善燃烧特性方面起关键作用。

2 燃料的配制

M85燃料以及加入添加剂的配制过程：

(1)首先用正庚烷与异辛烷配制试验所需要的93号汽油，93号汽油就是用体积比为7%的正庚烷与93%的异辛烷混合而成。

(2)配制M85甲醇汽油。取85%的甲醇、14%的正庚烷与异辛烷配制而成的混合试剂，并添加1%的高碳醇(正丁醇)作为助溶剂。以上所取试剂的百分比均为体积比[6]。

(3)配置完成后，搅拌、摇晃使配制燃料能够均匀混合，然后按照试验所需的燃料量量取燃料。由于燃料的挥发性与甲醇的亲水性，试验所需要的燃料都是现场配置。

3 DTBP对M85燃烧特性的影响

3.1 添加剂DTBP对M85甲醇汽油燃烧压力以及压力升高率的影响

图1所示为在过量空气系数为1、初始压力为0.8 MPa、初始温度分别为200与250 ℃下，加入2%的添加剂DTBP的M85甲醇汽油混合燃料与无添加剂的M85甲醇汽油的燃烧压力与压力升高率变化曲线的对比图。

图1 添加剂对燃烧压力以及压力升高率影响

可以看出：在加入添加剂后，无论是在初始温度为200 ℃还是250 ℃时缸内最高燃烧压力基本保持不变，在4.4 MPa附近。分析得到添加剂无法改变缸内燃烧压力的峰值，但是在两种不同条件下，燃烧压力的峰值都前移。还可以看到：压力升高率最大值变大，在初始温度为200 ℃，压力升高率峰值从0.05 MPa/ms提高到0.075 MPa/ms；在初始温度为250 ℃时，压力升高率峰值从0.075 MPa/ms提高到0.1 MPa/ms，而且压力升高率的峰值也前移。这是滞燃期与燃烧持续时间变短的结果，最高压力相近，随着燃烧持续时间减少，压力升高率也随之增大。通过分析可以得出：DTBP使甲醇汽油的燃烧速率大幅度提升。DTBP的添加可提高压力升高率，有助于提高发动机的动力性。

3.2 添加剂DTBP对M85甲醇汽油燃烧温度以及温度升高率的影响

图2所示为在过量空气系数为1、初始压力为0.8 MPa、初始温度分别为200与250 ℃下，加入2%的添加剂DTBP的M85甲醇汽油混合燃料与无添加剂的M85甲醇汽油的燃烧温度与温度升高率变化曲线的对比图。

图2 添加剂对燃烧温度以及温度升高率影响

可以看出：在加入添加剂后，无论是在初始温度为200 ℃还是250 ℃时，缸内最高温度基本保持不变在2 700 K附近。分析得到添加剂无法改变缸内温度的峰值，这是由放热量决定的，而放热量又是由混合气工质的量决定的，加入添加剂而工质的量不变，最终放热量就是一定的。但是在两种不同条件下，缸内温度的峰值都前移。还可以看到：温度升高率最大值变大，在初始温度为200 ℃，压力升高率峰值从30 K/ms提高到45 K/ms；在初始温度为250 ℃时，压力升高率峰值从45 K/ms提高到57 K/ms，而且温度升高率的峰值也前移。这同样是滞燃期与燃烧持续时间变短的结果，最高温度相近，而燃烧持续时间减少，温度升高率也随之增大。

3.3 添加剂DTBP对M85甲醇汽油燃烧放热量以及放热率的影响

图3所示为在过量空气系数为1、初始压力为0.8 MPa、初始温度分别为200与250 ℃下，加入2%的添加剂DTBP的M85甲醇汽油混合燃料与无添加剂的M85甲醇汽油的放热量与放热率变化曲线的对比图。

图3 添加剂对放热量以及放热率影响

可以看出：在加入添加剂后，放热量与放热率的变化趋势与温度、压力的变化相同，无论是在初始温度为200 ℃还是250 ℃时，最终放热量基本保持不变，在30 kJ附近。分析得到添加剂无法改变放热量的峰值，这是由于加入添加剂而工质的量不变，最终放热量就是一定的。但是在两种不同条件下，缸内放热率的峰值都前移。还可以看到：放热率最大值变大，初始温度为200 ℃时，放热率峰值从350 J/ms提高到480 J/ms；初始温度为250 ℃时，放热率峰值从460 J/ms提高到580 J/ms，而且放热率的峰值也前移。这同样是滞燃期与燃

烧持续时间变短的结果，最高温度相近，而燃烧持续时间减少，放热率也随之增大。

4 总结

首先分析了DTBP作为一种助燃剂的作用机制，然后介绍了试验所需的燃料以及燃料的配制过程。综合以上对于压力、压力升高率、温度、温度升高率、放热量以及放热量的曲线对比分析得出：添加剂DTBP对M85甲醇汽油的燃烧速率影响十分明显，极大地缩短了滞燃期与燃烧持续期；在初始温度200 ℃时，燃烧持续时间在加入DTBP后从149 ms提高到104 ms，缩短了45 ms；在250 ℃时，燃烧持续时间在加入DTBP后从105 ms提高到87 ms，仅仅缩短了18 ms：可以看到随初始温度升高，DTBP的助燃效果变弱。

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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

贾文建(1989—)，男，硕士，研究方向为节能减排。E-mail：562625312@qq.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.06.017

U473.5

A

1674-1986(2017)06-062-3