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甲醇在压燃式发动机上的应用研究

程传辉  
【摘要】: 甲醇是最有前景的石油替代燃料以及未来车用燃料,但不易压燃,本课题针对甲醇的特性,在柴油/甲醇组合燃烧模式基础上,将甲醇作为燃料应用到压燃式内燃机上以替代柴油。甲醇通过进气道喷射然后由柴油引燃,使两者在发动机内实现共同燃烧。本文主要研究了在不同发动机类型上使用传统柴油和生物柴油引燃甲醇后其经济及排放和燃烧性能并针对整车性能进行了实验。 首先,在增压和自然吸气式高速直喷柴油机上采用柴油/甲醇组合燃烧方式进行研究。实验结果表明,采用组合燃烧后发动机和纯柴油发动机相比,总体来说,发动机的热效率略微增加;在低负荷时,随着喷入甲醇量的增加发动机的热效率降低,而在中高负荷下,增加趋势明显;甲醇的喷入导致了HC、CO、NO2和甲醛排放的增加,随甲醇量的增多,NOx排放都显著降低;在烟度及微粒排放上,随甲醇喷入量的增加,其排放也显著降低,至于超细微粒,在中低负荷总微粒数目随甲醇的加入而降低,在高负荷有所增加,但在全部负荷下微粒粒径都变小。加装氧化催化转化器前后将甲醇喷入时的十三工况测试循环下,HC和CO得到了极大的降低,和原机相比下降幅度分别达47%和70%,微粒经氧化后比原机也有所下降。 其次,对生物柴油引燃进气道喷射甲醇后其性能、气体和微粒排放特性进行研究。通过改变不同的甲醇、柴油量进行了经济和排放对比实验。结果表明,引入不同的甲醇后,发动机的热效率和CO2排放没有明显的变化,而CO和HC增加,NOx和PM降低,NO2有大幅增加;同时,将甲醇熏蒸比为0.1的结果同超低硫柴油相比可以看出,CO、HC和NO2仍增加较多,而NOx排放降低达8%和微粒质量浓度降低达50%。利用生物柴油分别掺混和气道喷射体积比为10%的甲醇共同燃烧,和纯柴油相比,甲醇和生物柴油的混烧可以降低CO2、NOx和微粒质量浓度,同时也发现微粒的平均几何直径也有所降低。通过比较乳化和喷射燃烧模式,在低负荷时乳化方式提升了热效率,而喷射方式增加了中高负荷下的发动机热效率。和混合燃料燃烧相比,在喷射模式下,CO、HC和NO2以及微粒的排放量有所增加。 最后,对甲醇/柴油组合燃烧发动机进行整车道路的经济性及加速性能实验,实验结果表明,通常情况下,经济性能有略为提高,动力性和加速性能明显改善。 甲醇可以作为压燃式发动机的替代燃料,取代部分柴油,提高了发动机的经济性和动力性能,改善了有害污染物的排放。


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