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甲醇裂解气对点燃式电控发动机性能影响研究

徐元利  
【摘要】: 随着石油资源的日益减少和排放法规的日趋严格,寻找切实可行的石油代用燃料具有重要意义,其中醇类燃料是最现实的石油替代燃料之一。 甲醇直接用于点火式发动机,燃料效率低、排放差,为此,美国学者提出了利用发动机废气余热将甲醇裂解为甲醇裂解气作为发动机的燃料的思想。尽管国内外学者对甲醇裂解气发动机进行了大量研究,但都是基于化油器发动机、都是采用汽油和裂解气进行惨混燃烧,而且系统较复杂。 随着发动机技术的进步,化油器式发动机已经被电喷发动机所取代。为了将甲醇裂解应用于电喷发动机,本研究提出了用汽油起动,待排气能量可以产生足量的裂解气后再切换到纯裂解气状态下运行的控制策略。通过发动机的台架试验和配车道路试验,均达到了较好的配试效果。 在发动机台架试验中,通过四代裂解器的研制,不仅达到了发动机各项性能指标,而且处于高温环境下甲醇喷嘴,通过采用回醇冷却,其可靠性问题得到了解决。同时,研发的控制系统,实现了电喷发动机起动后两种燃料的平稳切换和纯裂解气模式下的自动运行;为了给裂解气发动机更高效率的应用提供依据,本研究在台架上,用气相色谱仪在线检测了裂解气的成分,裂解气中除含有H2和CO外,还含有一定量的CH3OH蒸汽,三者比例为:23.3-46%,11.6-23%和31-65%;由于裂解气的稀燃范围十分宽泛,可实现稀薄燃烧,为此,对裂解气的排放特性、经济性及动力性进行了试验研究,试验结果表明,当过量空气系数大于1.4以后,尾气中的气体排放NOX和CO较原汽油机有明显改善,NOX降低了90%,CO几乎接近零排放,而HC排放接近汽油。催化转化器对CO和HCHO排放有净化效果,但对NOX、HC没有净化效果,反而有一定程度的增加。稀燃使裂解气发动机获得了较好的燃料经济性,容积替换比最小可以达到1.43,动力性较原机略有下降;为了更深入地了解裂解气的燃烧特性,对裂解气发动机的最高燃烧压力进行了测量,并对其压力升高率、最高燃烧温度和最大放热率进行了计算分析,结果表明:以上各指标与裂解率有关,当裂解率较高时,其值即高,反之亦然。 在未装三元崔化器的情况下,进行了甲醇裂解器的配车道路试验。结果表明:燃用纯甲醇裂解气时,车辆的最高时速达到了140km/h,发动机的动力强劲;燃料切换平顺,运行平稳。


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