柴油-甲醇二元燃料燃燒邊界條件研究.pdf

1、甲醇來源廣泛、燃燒清潔，作為內(nèi)燃機(jī)替代燃料，對(duì)緩解能源和環(huán)境危機(jī)、調(diào)整我國(guó)能源結(jié)構(gòu)意義重大。但是，甲醇不易壓燃，在柴油機(jī)上應(yīng)用存在較大困難。本課題組提出柴油引燃甲醇的組合燃燒方式為甲醇以壓燃方式工作提供了可行途徑。但是柴油甲醇是兩種性質(zhì)截然相反的燃料，運(yùn)行二元燃料燃燒（DMDF）時(shí)需要醇和油的實(shí)時(shí)匹配才能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的性能需求。因此首先要了解醇和油協(xié)同工作的邊界條件，才能指導(dǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)性能標(biāo)定。另外，大量道路試驗(yàn)表明，不同季節(jié)、地域的環(huán)

2、境溫度對(duì) DMDF車輛的運(yùn)行也有很大影響。為了詳細(xì)了解DMDF燃燒的運(yùn)行范圍特性以及溫度對(duì)此種燃燒方式的影響，本研究在一臺(tái)增壓中冷柴油機(jī)上通過進(jìn)氣道噴射甲醇和缸內(nèi)直噴柴油，實(shí)現(xiàn)了個(gè)性特異的兩種燃料的協(xié)同燃燒，以期闡明 DMDF燃燒運(yùn)行區(qū)域特征及進(jìn)氣溫度對(duì)燃燒過程的影響。通過大量的臺(tái)架試驗(yàn)和計(jì)算分析得出以下結(jié)論：
　　DMDF燃燒存在明顯的運(yùn)行區(qū)域特性。DMDF燃燒過程包含柴油的預(yù)混和擴(kuò)散燃燒，甲醇的火焰?zhèn)鞑?、甲醇末端混合氣自燃和?/p>

3、醇先于柴油著火的自燃等多種燃燒現(xiàn)象。其運(yùn)行范圍受到三種不正常燃燒現(xiàn)象的限制：爆震、部分燃燒和失火。中高負(fù)荷時(shí) DMDF燃燒速度快，容易發(fā)生甲醇自燃，最大替代率受到爆震的限制。中等負(fù)荷高替代率時(shí)因引燃柴油量過小而存在失火邊界。小負(fù)荷工況下甲醇稀混合氣火焰?zhèn)鞑ニ俣嚷?，最大替代率受到部分燃燒邊界的限制。小?fù)荷是 DMDF運(yùn)行的低效區(qū)，隨著替代率的增加燃燒效率和熱效率逐漸降低。大負(fù)荷是 DMDF運(yùn)行的高效區(qū)，發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱損失和排氣損失比純柴油模

4、式分別減少21.1％和13.6%，熱效率最高提高17.6%。
　　進(jìn)氣溫度對(duì) DMDF燃燒方式有重要影響。升高進(jìn)氣溫度可改善甲醇與空氣的混合過程，提高甲醇的火焰?zhèn)鞑ニ俣?，加快燃燒速度，提高燃燒效率。DMDF燃燒在不同負(fù)荷需要不同的進(jìn)氣溫度條件。小負(fù)荷 DMDF燃燒應(yīng)采用高進(jìn)氣溫度、中等噴油正時(shí)和大替代率。相比純柴油模式NOx可降低40%，煙度降低58%，燃料成本節(jié)約21.1%。大負(fù)荷 DMDF燃燒應(yīng)采用中等進(jìn)氣溫度、晚噴油策略和4

5、0%左右的替代率。相比于同條件下的純柴油模式，NOx和煙度排放分別降低13.3%和67.5%，有效熱效率提高11.4%。
　　DMDF燃燒會(huì)發(fā)生先于柴油著火的甲醇自燃現(xiàn)象。DMDF燃燒中，小負(fù)荷中冷后的進(jìn)氣溫度如高于80℃、大負(fù)荷高于65℃時(shí)即會(huì)發(fā)生缸內(nèi)甲醇自燃或末端混合氣自燃。甲醇在自燃過程中能完全燃燒，HC排放比火焰?zhèn)鞑スr降低80%。提高進(jìn)氣溫度和甲醇混合氣的當(dāng)量比，可使甲醇著火時(shí)刻提前。DMDF燃燒中甲醇空氣混合氣的當(dāng)量比

6、低于0.5，甲醇自燃的最高燃燒溫度低于1600 K，燃燒過程中沒有NOx生成。小負(fù)荷可借助甲醇自燃現(xiàn)象提高DMDF發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，但大負(fù)荷甲醇自燃會(huì)造成煙度排放升高。
　　DMDF模式的燃燒循環(huán)變動(dòng)增加。循環(huán)噴油量、循環(huán)噴醇量、柴油著火核心、甲醇火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊牟淮_定性，都加劇了DMDF的燃燒波動(dòng)。大負(fù)荷DMDF燃燒的循環(huán)變動(dòng)與純柴油相當(dāng)，但當(dāng)進(jìn)氣溫度超過70℃時(shí)甲醇自燃導(dǎo)致循環(huán)變動(dòng)率急劇增加。小負(fù)荷的循環(huán)變動(dòng)隨著替代率的增加而增大