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甲醇裂解气发动机的试验研究

杨永广  
【摘要】:随着我国汽车工业的迅速发展,石油资源短缺和环境污染问题日益严重,急需寻找石油替代燃料。我国煤炭资源丰富,通过煤制甲醇,可为汽车行业提供丰富的燃料,而且甲醇具有含氧量高、燃烧充分和有害排放物低等特点,是最现实的石油替代燃料之一。 内燃机直接燃烧液体甲醇存在较多问题,如甲醇对金属具有腐蚀性、对橡胶具有溶胀作用、冷启动困难以及易产生高温气阻等,这些问题严重制约了甲醇燃料在内燃机上的应用。通过甲醇裂解,可以克服或减轻液体甲醇应用时所存在的问题,甲醇裂解应用于内燃机的研究越来越受到关注。 本课题设计了甲醇裂解器,并对一台EQ491i电喷汽油机进行了改造,利用发动机排气余热将液体甲醇加热、蒸发,并在催化剂的作用下,将甲醇裂解为H2和CO,通过管路输送至发动机进气歧管,进入气缸内燃烧。通过试验,论文分析了甲醇裂解气发动机的一些性能,如甲醇裂解器起燃特性、不同工况下甲醇裂解气成分、发动机排放和缸内燃烧过程等。 试验结果表明,甲醇裂解气主要成分为H2、CO、二甲醚、甲酸甲酯和甲醇蒸汽,五种气体占裂解气成分的95%以上;影响裂解器起燃特性的主要因素为环境温度和发动机工况,实际应用中可以对裂解器采取保温措施,并适当调整点火提前角以加速裂解器起燃;在未进行优化的情况下,试验中甲醇裂解气发动机在1800r/min、95N.m时热效率可达34%;过量空气系数最高可达1.8,采用稀燃后,甲醇裂解气发动机常规排放物如CO.HC和NOx均比汽油机少;在相同工况下,甲醇裂解气发动机排温较汽油机低,在1800r/min,负荷为20~120N·m时约低70~90℃;相比汽油机,甲醇裂解气发动机具有最高燃烧压力大、最高燃烧压力出现时刻早、压升率高等特点;点火提前角对甲醇裂解气发动机的动力性、经济性和排放等均有很大影响,随着点火提前角的增加,发动机负荷和热效率均先增加后减小,排温逐渐降低,常规排放物CO、HC和NO、均呈上升趋势:甲醇裂解率随裂解器温度的升高而升高。


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