甲醇/柴油機(jī)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的淺析

王磊　王星陽

摘要：在一臺(tái)柴油機(jī)基礎(chǔ)上，采用氣道口電控噴射甲醇，缸內(nèi)柴油引燃甲醇的方式，開發(fā)了電控甲醇/柴油雙燃料樣機(jī)，試驗(yàn)結(jié)果表明，它能使甲醇對(duì)柴油的替代率達(dá)到35.1%，經(jīng)濟(jì)性基本保持不變，而汽車的加速與原發(fā)動(dòng)機(jī)相比，雙燃料模式的最高爆發(fā)壓力下降，排煙和NO 大幅度下降，該方法能精確控制甲醇噴射量，能使燃燒達(dá)到最佳狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī)；甲醇；雙燃料；經(jīng)濟(jì)性；動(dòng)力性

中圖分類號(hào)：TK46 文獻(xiàn)識(shí)別碼：A 文章編號(hào)：1001-828X（2016）002-000-01

甲醇是一種環(huán)保型、可再生的生物質(zhì)燃料，在柴油機(jī)上利用甲醇完全替代柴油是很困難的。需采取適當(dāng)改善措施，所以開發(fā)了控制甲醇噴射的電控裝置。采用雙燃料方法，將甲醇噴入進(jìn)氣管，與空氣混合形成均勻的預(yù)混合氣，進(jìn)入汽缸后由柴油進(jìn)行引燃的方法。并在控制策略上，采取在柴油機(jī)冷啟動(dòng)、暖機(jī)、低速及小負(fù)荷工作下，燃用純柴油，而在中負(fù)荷以后，開始噴入甲醇，以保持原機(jī)的起動(dòng)性能，減少低負(fù)荷因噴入甲醇所造成的HC和醛類有害排放物的增加。

一、柴油--甲醇混合燃料

甲醇的十六烷值比柴油小得多，因此，過多地?fù)交旒状紩?huì)導(dǎo)致混合燃料的十六烷值很低，試驗(yàn)甲醇的摻混量不大于20%。

（一）不同燃料負(fù)荷特性分析

根據(jù)資料得出用0﹟柴油和甲醇—柴油混合燃料的耗油率ge曲線及熱效率曲線。混合燃料在柴油機(jī)中的燃燒比較完全，柴油機(jī)耗油率下降，熱效率有所提高，經(jīng)濟(jì)性有所改善（圖1）。甲醇與柴油混合乳化后，其粘度略有降低，霧化性能有所改善。粘度是影響霧化程度和油注射入燃燒室空氣介質(zhì)深度的因素之一。粘度與霧化顆粒直徑成正比，與霧化顆粒的總表面積成反比。甲醇—柴油混合油粘度較純柴油稍低一些，因此有利于提高霧化質(zhì)量和蒸發(fā)性能，使得燃料燃燒充分，熱效率提高，這樣改善了柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，且使排放煙度降低。

柴油機(jī)小負(fù)荷時(shí)燃用混合燃料的耗油率稍高于或接近于燃用柴油時(shí)的耗油率（圖2）。其原因可能是低負(fù)荷時(shí)燃料噴射量較少而霧化特性差。

隨著負(fù)荷的增大，柴油機(jī)燃用甲醇—柴油混合油的耗油率開始低于燃用柴油的油耗率，經(jīng)濟(jì)性有所提高。從而改善了柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。

（二）不同摻醇率對(duì)雙噴射柴油機(jī)的燃燒及性能影響

圖3是甲醇噴射提前角 12℃A，柴油噴射提前角17℃A的條件下，改變摻醇率時(shí)所測得的有關(guān)性能及排放曲線。由圖3可見，當(dāng)摻醇率從78.2%增至92.6%時(shí).煙度為接近0的一條直線，基本上處于無煙燃燒；CO、HC排放均處于較低的水平；但是能耗線卻隨摻醇率過分增加而上升；噪音基本沒有大的變化，但總的水平較高。當(dāng)摻醇率從78.2%增加至84.8%時(shí)，燃料燃燒百分率為10%和90%所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角相同，但是在摻醇率84.8%的條件下，所處曲軸轉(zhuǎn)角為11℃A。而摻醇率78.2%時(shí)， 所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角為12℃A，由此表明能耗率也較低。

相反，當(dāng)摻醇率為92.6%時(shí)，所處的曲軸轉(zhuǎn)角為13℃A；燃料燃燒百分率等于10%和90%所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角分別為11℃A和44℃A，故能耗較高。我們認(rèn)為是由于在同一工況下，噴入的柴油量過少92.6%的甲醇汽化，需吸收更多的汽化潛熱，故致使甲醇的著火延遲期更長。

綜合分析，認(rèn)為雙噴射柴油機(jī)在某種工況下存在著最佳的摻醇率。為了要有較高的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，必須合理選取摻醇率，摻醇率過低起不到節(jié)能與代用的目的，過高將會(huì)使燃燒效率降低。

從數(shù)據(jù)可知，隨負(fù)荷的增加，即過量空氣系數(shù)減小，甲醇柴油雙噴射柴油機(jī)仍處于無煙燃燒狀態(tài)。

二、甲醇噴射時(shí)刻與噴射量的控制

在甲醇噴射的控制方法上，采取在柴油機(jī)冷啟動(dòng)、暖機(jī)及小負(fù)荷和低轉(zhuǎn)速下，燃用純柴油，而在中負(fù)荷以后，開始噴入甲醇。

三、結(jié)論

（一）由于冷啟動(dòng)、暖機(jī)、小負(fù)荷和低轉(zhuǎn)速下不噴射甲醇，柴油機(jī)在低負(fù)荷時(shí)不會(huì)排放未燃的甲醇和醛類有害物質(zhì)。

（二）從目前的柴油和甲醇的價(jià)格上看，燃用甲醇-柴油雙燃料的經(jīng)濟(jì)性提高不是很明顯，但能獲得較好的加速性能。

（三）所開發(fā)的甲醇電控裝置，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，能夠?qū)状嫉膰娚淞窟M(jìn)行準(zhǔn)確、有效的控制。

參考文獻(xiàn)：

[1]王銀山，姚春德.甲醇-柴油汽車的控制與性能研究[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，10.

[2]張德先.柴油機(jī)用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃用 甲醇的研究[D].天津：天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，1983.

[3]王繼先，蔡曾華.柴油機(jī)燃用柴油/甲醇雙燃料的試驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2001，3（17）.

[4]玉輝.柴油機(jī)燃用甲醇一一柴油混合燃料的研究[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，4（34）.

[5]姚春德，段峰，李云強(qiáng).不同噴醇方式對(duì)柴油機(jī)實(shí)行柴油/醇組合燃燒時(shí)性能的影響[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)，2004，5.

王磊　王星陽

摘要：在一臺(tái)柴油機(jī)基礎(chǔ)上，采用氣道口電控噴射甲醇，缸內(nèi)柴油引燃甲醇的方式，開發(fā)了電控甲醇/柴油雙燃料樣機(jī)，試驗(yàn)結(jié)果表明，它能使甲醇對(duì)柴油的替代率達(dá)到35.1%，經(jīng)濟(jì)性基本保持不變，而汽車的加速與原發(fā)動(dòng)機(jī)相比，雙燃料模式的最高爆發(fā)壓力下降，排煙和NO 大幅度下降，該方法能精確控制甲醇噴射量，能使燃燒達(dá)到最佳狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī)；甲醇；雙燃料；經(jīng)濟(jì)性；動(dòng)力性

中圖分類號(hào)：TK46 文獻(xiàn)識(shí)別碼：A 文章編號(hào)：1001-828X（2016）002-000-01

甲醇是一種環(huán)保型、可再生的生物質(zhì)燃料，在柴油機(jī)上利用甲醇完全替代柴油是很困難的。需采取適當(dāng)改善措施，所以開發(fā)了控制甲醇噴射的電控裝置。采用雙燃料方法，將甲醇噴入進(jìn)氣管，與空氣混合形成均勻的預(yù)混合氣，進(jìn)入汽缸后由柴油進(jìn)行引燃的方法。并在控制策略上，采取在柴油機(jī)冷啟動(dòng)、暖機(jī)、低速及小負(fù)荷工作下，燃用純柴油，而在中負(fù)荷以后，開始噴入甲醇，以保持原機(jī)的起動(dòng)性能，減少低負(fù)荷因噴入甲醇所造成的HC和醛類有害排放物的增加。

一、柴油--甲醇混合燃料

甲醇的十六烷值比柴油小得多，因此，過多地?fù)交旒状紩?huì)導(dǎo)致混合燃料的十六烷值很低，試驗(yàn)甲醇的摻混量不大于20%。

（一）不同燃料負(fù)荷特性分析

根據(jù)資料得出用0﹟柴油和甲醇—柴油混合燃料的耗油率ge曲線及熱效率曲線?；旌先剂显诓裼蜋C(jī)中的燃燒比較完全，柴油機(jī)耗油率下降，熱效率有所提高，經(jīng)濟(jì)性有所改善（圖1）。甲醇與柴油混合乳化后，其粘度略有降低，霧化性能有所改善。粘度是影響霧化程度和油注射入燃燒室空氣介質(zhì)深度的因素之一。粘度與霧化顆粒直徑成正比，與霧化顆粒的總表面積成反比。甲醇—柴油混合油粘度較純柴油稍低一些，因此有利于提高霧化質(zhì)量和蒸發(fā)性能，使得燃料燃燒充分，熱效率提高，這樣改善了柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，且使排放煙度降低。

柴油機(jī)小負(fù)荷時(shí)燃用混合燃料的耗油率稍高于或接近于燃用柴油時(shí)的耗油率（圖2）。其原因可能是低負(fù)荷時(shí)燃料噴射量較少而霧化特性差。

隨著負(fù)荷的增大，柴油機(jī)燃用甲醇—柴油混合油的耗油率開始低于燃用柴油的油耗率，經(jīng)濟(jì)性有所提高。從而改善了柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。

（二）不同摻醇率對(duì)雙噴射柴油機(jī)的燃燒及性能影響

圖3是甲醇噴射提前角 12℃A，柴油噴射提前角17℃A的條件下，改變摻醇率時(shí)所測得的有關(guān)性能及排放曲線。由圖3可見，當(dāng)摻醇率從78.2%增至92.6%時(shí).煙度為接近0的一條直線，基本上處于無煙燃燒；CO、HC排放均處于較低的水平；但是能耗線卻隨摻醇率過分增加而上升；噪音基本沒有大的變化，但總的水平較高。當(dāng)摻醇率從78.2%增加至84.8%時(shí)，燃料燃燒百分率為10%和90%所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角相同，但是在摻醇率84.8%的條件下，所處曲軸轉(zhuǎn)角為11℃A。而摻醇率78.2%時(shí)， 所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角為12℃A，由此表明能耗率也較低。

相反，當(dāng)摻醇率為92.6%時(shí)，所處的曲軸轉(zhuǎn)角為13℃A；燃料燃燒百分率等于10%和90%所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角分別為11℃A和44℃A，故能耗較高。我們認(rèn)為是由于在同一工況下，噴入的柴油量過少92.6%的甲醇汽化，需吸收更多的汽化潛熱，故致使甲醇的著火延遲期更長。

綜合分析，認(rèn)為雙噴射柴油機(jī)在某種工況下存在著最佳的摻醇率。為了要有較高的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，必須合理選取摻醇率，摻醇率過低起不到節(jié)能與代用的目的，過高將會(huì)使燃燒效率降低。

從數(shù)據(jù)可知，隨負(fù)荷的增加，即過量空氣系數(shù)減小，甲醇柴油雙噴射柴油機(jī)仍處于無煙燃燒狀態(tài)。

二、甲醇噴射時(shí)刻與噴射量的控制

在甲醇噴射的控制方法上，采取在柴油機(jī)冷啟動(dòng)、暖機(jī)及小負(fù)荷和低轉(zhuǎn)速下，燃用純柴油，而在中負(fù)荷以后，開始噴入甲醇。

三、結(jié)論

（一）由于冷啟動(dòng)、暖機(jī)、小負(fù)荷和低轉(zhuǎn)速下不噴射甲醇，柴油機(jī)在低負(fù)荷時(shí)不會(huì)排放未燃的甲醇和醛類有害物質(zhì)。

（二）從目前的柴油和甲醇的價(jià)格上看，燃用甲醇-柴油雙燃料的經(jīng)濟(jì)性提高不是很明顯，但能獲得較好的加速性能。

（三）所開發(fā)的甲醇電控裝置，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，能夠?qū)状嫉膰娚淞窟M(jìn)行準(zhǔn)確、有效的控制。

參考文獻(xiàn)：

[1]王銀山，姚春德.甲醇-柴油汽車的控制與性能研究[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，10.

[2]張德先.柴油機(jī)用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃用 甲醇的研究[D].天津：天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，1983.

[3]王繼先，蔡曾華.柴油機(jī)燃用柴油/甲醇雙燃料的試驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2001，3（17）.

[4]玉輝.柴油機(jī)燃用甲醇一一柴油混合燃料的研究[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，4（34）.

[5]姚春德，段峰，李云強(qiáng).不同噴醇方式對(duì)柴油機(jī)實(shí)行柴油/醇組合燃燒時(shí)性能的影響[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)，2004，5.