论文部分内容阅读
近年来,以防爆柴油机为牵引力的井下无轨运输逐渐成为主流,但是对柴油机进排气系统进行防爆改造,将导致其不能同时兼顾动力性和排放特性,尤其微粒排放大大增加,这势必威胁到井下工作人员的身心健康,改善防爆柴油机缸内燃烧过程,降低污染物排放已迫在眉睫。PODE/甲醇组合燃烧模式改变了传统柴油机缸内燃烧形式,提高燃烧等容度,进而提高有效热效率,这在一定程度上弥补了防爆柴油机动力性的损失,同时这种燃烧模式能实现微粒的大幅度降低,但存在小负荷工况THC、CO排放高和大负荷工况发动机工作粗暴问题。本文采用进气道喷射高辛烷值的甲醇形成预混合气,在缸内喷射高十六烷值聚甲氧基二甲醚(polyoxymethylene dimethyl etheres,PODE)将其引燃,利用甲醇极高的抗爆性、较大的汽化潜热和PODE极好的着火性能拓宽甲醇在防爆柴油机中的负荷界限。进行发动机台架试验,通过调整甲醇比例、压缩比、试验燃料、供油提前角来改变缸内燃烧过程,并加装废气再循环(Exhaust Gas Recycling,EGR)和氧化催化器(diesel oxidation catalyst,DOC),在保证动力性的前提下尽可能降低排放。研究结果表明,PODE/甲醇双燃料组合燃烧能实现微粒超低排放,且大负荷下有效热效率稍高于原机水平,通过降低压缩比并结合EGR可以很好控制大负荷下的粗暴燃烧,采用DOC装置可以使THC、CO排放降幅超过30%,供油提前角的改变可以一定程度上改善缸内燃烧过程。通过对发动机缸内压力振荡和燃烧噪声指标分析可知,甲醇比例对二者的影响与发动机负荷有关,负荷不同,缸内燃烧温度不同。小负荷缸内温度较低,易失火引起压力振荡,大负荷时,缸内燃烧过程粗暴,压力升高率急剧上升,造成压力振荡及燃烧噪声加剧,但是通过EGR率的增加可明显降低压力振荡和燃烧噪声。利用正交试验分析方法分析了甲醇比例、压缩比、供油提前角三因素对燃烧排放特性的影响,研究发现甲醇比例对燃烧排放特性的影响较大。本文成功将组合燃烧模式应用到防爆柴油机上,并采取相应措施,实现煤基双燃料在防爆柴油机中的应用,这不但达到了节能减排的目的,而且还实现煤基燃料的高效清洁利用,为双燃料组合燃烧在防爆柴油机上的应用的研究提供理论依据。