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柴油/甲醇组合燃烧方式在增压柴油机上的应用研究

段峰  
【摘要】:本课题主要着眼于柴油/醇组合燃烧的机理和实用性研究。通过分析国内外在燃用醇燃料的技术途径和我国的能源状况,创造性地提出了适合我国技术水平和能源状况的组合燃烧理论。 组合燃烧理论的核心是最大限度地利用不同燃料的优点,实现柴油机高效、低污染燃烧,其具体的实施方法是在柴油机起动、暖车以及小负荷工作时,发动机靠纯柴油工作,实行扩散燃烧。而在中高负荷,在发动机进气系统中喷入部分醇燃料(甲醇或乙醇),形成均质混合气进入气缸,由柴油引燃,实行准均质混合气燃烧方式。这种组合燃烧利用醇的高汽化潜热和含氧特性,达到同时降低柴油机碳烟和NOx排放的目的,并且可以避免小负荷燃用醇燃料的高醛类排放问题。同时,利用醇燃料替代部分石化燃料,可以缓解石化燃料的供需矛盾,符合我国能源政策。 根据组合燃烧理论要求,分别将一台非增压柴油机和一台增压柴油机改造成为实行组合燃烧的喷醇发动机。对影响喷醇发动机性能的喷醇参数进行了优化,并全面试验了喷醇发动机的负荷特性和排放特性。在此基础上,对喷醇发动机燃烧特性进行了计算分析。对不同发动机采用不同进气预混方式(单点喷醇和多点喷醇),并使用不同进气预混燃料(纯甲醇和粗甲醇),进行了试验对比。 研究表明在组合燃烧喷醇发动机中最佳喷醇的负荷起点为某一转速下的最大扭矩的60%~70%;喷醇后发动机的燃烧起点比纯柴油时的起点晚,但燃烧速度快,气缸峰值压力比纯柴油时高;不同于纯柴油燃烧放热的双峰模式,含醇燃烧的放热率曲线接近单峰形状;含醇燃烧的温度比纯柴油模式有所降低;喷醇发动机的碳烟和NOx排放以及燃料经济性方面较纯柴油要优越得多。此外,根据组合燃烧理论,还对燃用粗甲醇进行了研究,结果表明在排放方面,预混粗甲醇的发动机对原柴油机的改善效果与预混纯甲醇差不多,但预混粗甲醇在燃料的能量利用率和使用经济性方面却有较大优势。 组合燃烧方法对原柴油机进行简单改造,就能大幅度降低它的碳烟和NOx排放,并且发动机的燃油经济性也得到一定的提高。因此,该理论的提出及试验结论不仅在理论上而且在应用前景方面都具有十分重要的意义。


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