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柴油——甲醇双燃料发动机试验研究

张军昌  
【摘要】:从世界上第一台内燃机问世至今,内燃机的发展已有 100 多年的历史。其主要的 能源基本上采用石油制品—汽油和柴油,经过多年的大规模的开采,地球上石油存量 已经不多,与此同时发动机运行时所排放的大量污染物日积月累使环境与生态不断恶 化。能源危机与环境污染成为人类关注的两大问题。有鉴于此,寻求开发具有环保特 征的发动机替代能源的任务日益紧迫。甲醇是一种环保型、可再生的生物质燃料,可 以从煤、木材、天然气、石油伴生气、植物秸秆,甚至城市可燃垃圾等物资中提炼或 合成。而我国是世界产煤第一大国,煤田分布广泛,南北林区也相当广阔,利用煤或 木材边料、树枝、木材、木屑等用工业化方法生产甲醇是可行的。对现有发动机进行 改造,部分或完全燃烧甲醇燃料具有一定的社会效益和经济效益。 本研究对原柴油机基本不改变其结构和调整参数的基础上,对原机的进气系统进 行了改造,加装了一套简单的甲醇供给系统,实现了柴油—甲醇双燃料供给和燃烧, 结构简单、成本低廉、操作方便。 在台架试验台上对改造后的发动机进行了双燃料甲醇供给量比的试验,试验表 明,双燃料发动机在甲醇吸入量比在 26%-77%范围内时,发动机能平稳工作,大于 77%时发动机工作粗暴。 对原柴油机和改造后的双燃料发动机进行了负荷特性和调速特性的台架试验,并 作了比研究和分析,结果表明,本研究采用的甲醇供给系统对原柴油机调速器的性能 没有影响,调速器工作正常;甲醇的供给量对发动机的性能有较大的影响,甲醇供给 量在 212 ~722.89g/h 范围内,发动机的动力性、经济性和排放性能均优于原柴油 机。 改造后的柴油—甲醇双燃料发动机与原机相比其碳烟排放明显改善,但在负荷较 低时,有燃烧不完全燃料排出;其动力性能和经济性能在低负荷区略低于原柴油机, 在中高负荷区明显优于原柴油机,并且具有良好的超负荷能力;排气温度低于原柴油 机,且它们的差值随负荷和甲醇供给量的增加而加大;有效效率高于原柴油机。 通过甲醇和柴油的理化特性和燃烧特性的不同,分析了双燃料发动机与原柴油机 在各项性能指标方面的差异。柴油—甲醇双燃料和纯柴油的使用成本分析表明,双燃 料使用成本较纯柴油降低了 12.85% 在发动机负荷特性的分析中,采用回归分析的方法建立发动机负荷特性曲线的 数学模型,通过对模型的深入分析,对发动机相关性能指标进行了定性和定量的分析, 丰富了发动机性能研究的方法。


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