甲醇裂解氣對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的影響

陳 齊 董小瑞

（中北大學(xué)）

1 爆震及其產(chǎn)生原因

汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的正常燃燒是指由火花塞點(diǎn)燃混合氣，燃燒火焰火花為中心，迅速向四周傳播，將燃燒室內(nèi)的混合氣全部引燃的燃燒過程。爆震是汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的一種不正常燃燒，它通常是由于尚未燃燒的可燃混合氣在壓縮、熱輻射的作用下，溫度急劇升高，在火焰前鋒未達(dá)到之前而自燃的結(jié)果。發(fā)生爆震時(shí)，氣缸內(nèi)燃料急劇燃燒，壓力異常升高，產(chǎn)生壓力沖擊波撞擊燃燒室壁、活塞頂?shù)炔课?，發(fā)出尖銳的金屬敲擊聲。又因燃燒氣體的振動(dòng)熱傳遞性好，如果這種情況持續(xù)發(fā)生，就會(huì)使火花塞電極、活塞等產(chǎn)生過熱或熔損現(xiàn)象，損壞發(fā)動(dòng)機(jī)。爆震會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率降低，輸出功率下降，同時(shí)其產(chǎn)生的沖擊波還會(huì)破壞燃燒室壁面潤(rùn)滑膜，因此，爆震是一種最有害的故障現(xiàn)象，必須加以控制。

2 甲醇裂解氣的制取

反應(yīng)器主體結(jié)構(gòu)如圖1所示。反應(yīng)器主體分蒸發(fā)裂解區(qū) ．裂解主反應(yīng)區(qū)及緩沖區(qū)各個(gè)部分，并根據(jù)各個(gè)反應(yīng)區(qū)不同的反應(yīng)特性選擇不同的催化劑。甲醇通過銅管通入甲醇反應(yīng)器，在蒸發(fā)裂解區(qū)滴入反應(yīng)器。在蒸發(fā)裂解區(qū)甲醇吸收熱量迅速汽化，并在催化劑的作用下形成甲醇部分裂解氣。從蒸發(fā)區(qū)上來(lái)的初步裂解氣在反應(yīng)器的裂解主反應(yīng)區(qū)催化劑的作用下充分催化裂解，小部分未裂解的甲醇蒸汽在反應(yīng)器的緩沖區(qū)進(jìn)行再次裂解，并從緩沖區(qū)的裂解氣出口流出反應(yīng)器。

圖1 反應(yīng)器主體結(jié)構(gòu)

2．1 甲醇裂解氣對(duì)爆震的影響

裂解氣體積分?jǐn)?shù)分別為1%、3%、5%的試驗(yàn)燃料和基礎(chǔ)燃料在進(jìn)水，機(jī)油溫度800℃，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1400r／min，噴油量為每循環(huán)10．24mg的條件下，HCCI燃燒的缸壓、缸內(nèi)溫度、放熱率變化曲線如圖2所示。

圖2 HCCI燃燒的缸壓、缸內(nèi)溫度、放熱率變化曲線

比較圖2可以看出HCCI燃燒過程有明顯的雙階段放熱特點(diǎn)，即低溫反應(yīng)階段和高溫反應(yīng)階段，低溫反應(yīng)階段放熱量與燃料辛烷值、混合氣體體積分?jǐn)?shù)有關(guān)。燃用基礎(chǔ)燃料時(shí)缸壓曲線出現(xiàn)毛刺，曲線波動(dòng)劇烈，其峰值接近10Mpa，發(fā)動(dòng)機(jī)敲缸現(xiàn)象明顯；放熱率曲線呈 “高瘦”型，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)已處于嚴(yán)重爆震狀態(tài)。加入不同體積分?jǐn)?shù)的甲醇裂解氣燃燒時(shí)，缸壓峰值均低于基礎(chǔ)燃料缸壓峰值和放熱率峰值，著火時(shí)刻也較之后移，燃燒期延長(zhǎng)，放熱峰值點(diǎn)明顯靠后。壓力升高率均小于1MPa／℃A，說明裂解氣起到抗暴作用。上圖表明裂解氣體積分?jǐn)?shù)對(duì)HCCI有重要影響，缸壓、放熱率隨燃料中裂解氣體積分?jǐn)?shù)的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)爆震傾向減小，缸壓峰值逐漸下降；著火時(shí)刻后移，放熱峰值逐漸降低，燃燒期延長(zhǎng)，最大爆發(fā)壓力點(diǎn)和放熱峰值點(diǎn)后移；燃燒柔和，發(fā)動(dòng)機(jī)在高負(fù)荷下能夠產(chǎn)生合適的放熱規(guī)律，對(duì)外有用功增加，減少機(jī)械沖擊，提高發(fā)動(dòng)機(jī)壽命。這說明，當(dāng)甲醇裂解氣作為添加氣加入到燃料中，可以通過增加其對(duì)應(yīng)體積分?jǐn)?shù)改善其抗暴能力。

3 結(jié)論

（1）燃料中加入甲醇裂解氣后，HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)高負(fù)荷燃燒得到明顯改善，可以有效抑制爆震現(xiàn)象的產(chǎn)生。

（2）隨著裂解氣體積分?jǐn)?shù)的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)高負(fù)荷范圍擴(kuò)大，能夠解決HCCI燃燒難于燃燒的現(xiàn)象。

（3）由于甲醇裂解氣的主要成分里醇類的成分很大，而醇類的失火界限比基礎(chǔ)燃料窄，所以提取裂解氣時(shí)應(yīng)將溫度控制在250℃左右，以獲得合適的體積分?jǐn)?shù)，從而抑制爆震。

1．謝敬友 ．汽車爆震優(yōu)化控制欲研究 ．〔J〕．2011．6

2．揚(yáng)成，鄭道昌，王炳輝 ．一種甲醇低溫裂解反應(yīng)器設(shè)計(jì)及反應(yīng)特性研究 ．〔J〕．2009．4

3．劉永長(zhǎng) ．內(nèi)燃機(jī)原理 〔M〕．武漢華中科技大學(xué)出版社．1988