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从资源总量上来说,我国是一个贫油、富煤的国家。甲醇可以从劣质煤中制得,同时也是可再生能源,在柴油机上掺烧甲醇作为替代燃料符合我国的能源结构。本文对甲醇/柴油双燃料发动机燃烧特性进行了研究,具有一定的学术意义和应用价值。
甲醇汽化潜热高,十六烷值低,难以直接在柴油机上燃用,本文在完成对常柴4B26涡轮增压柴油机改造的基础上,采用进气预混甲醇的方法成功实现了甲醇在柴油机上的燃烧。在台架试验的基础上,基于组分法利用matlab程序语言编写了进气预混甲醇柴油机放热规律计算程序,进而分析了柴油机进气预混甲醇的燃烧特性,并对进气预混甲醇柴油机的性能进行了分析,主要结论如下:
(1)随着甲醇掺烧比的增加,进气温度降低,缸内最大平均温度先降后升。低转速工况和高转速、低负荷工况下,随着甲醇掺烧比的增加,燃烧始点推迟,滞燃期延长,放热率峰值增大,预混燃烧放热量增大,燃烧持续期缩短;低负荷甲醇掺烧比过大时,放热率曲线面心偏离上止点较多;中高转速、高负荷工况下,当甲醇掺烧比高于28.6%时,甲醇/空气混合气在引燃柴油着火之前发生了自燃,燃烧始点提前,燃烧持续期延长,放热率曲线出现多个峰值。综合考虑,在低负荷时,为了提高发动机经济性,甲醇掺烧比应控制在50%以下,高转速高负荷时,为了缓和发动机工作粗暴程度,甲醇掺烧比不应高于30%。
(2)与12℃A BTDC供油提前角相比,采用10℃A BTDC供油提前角可以大幅降低缸内最大压力和最大压力升高率,有效减小了双燃料模式下柴油机工作粗暴工况区域,可以提高甲醇掺烧比,因此进气预混甲醇后应适当推迟喷油。推迟喷油后,低转速、低负荷时,放热率峰值升高,燃烧持续期缩短,其它工况下,放热率峰值减小,燃烧持续期变化不大;
(3)与纯柴油模式相比,双燃料模式下的最大扭矩较高,动力性有所提高,低负荷时,当量比油耗稍高,随着甲醇掺烧比的增大,当量比油耗先降后升,存在一个最佳甲醇掺烧比;中、高负荷时,经济性经高于纯柴油模式,随着甲醇掺烧比的增大,当量比油耗总体呈下降的趋势;
(4)与纯柴油模式相比,双燃料模式负荷特性的碳烟和NOx排放较低,HC和CO排放较高。随着甲醇掺烧比的增大,碳烟和NOx排放大幅降低, CO排放增加,HC排放在低负荷时恶化,高负荷时有所改善。