燃油噴射壓力對雙燃料柴油機性能的影響

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燃油噴射壓力對雙燃料柴油機性能的影響

將氣體燃料作為內(nèi)燃機燃料由來已久。許多大型不能移動發(fā)動機均采用兩種類型的燃料，這樣的發(fā)動機因而被稱為雙燃料發(fā)動機。雙燃料發(fā)動機可以被視為一個有特殊供給裝置的傳統(tǒng)柴油機。早在19世紀(jì)30年代雙燃料發(fā)動機就已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)中，其主要優(yōu)勢在于燃料的靈活性、氣體燃料的經(jīng)濟(jì)性以及僅提供柴油時的仍可用性。由于氣體燃料具有較高的自燃溫度，因而為保證其燃燒效率需要提供較高的壓縮比。正是由于這個原因，多將柴油機作為雙燃料發(fā)動機。此外，還由于柴油機可使用的燃料種類較多，從柴油機狀態(tài)切換至雙燃料柴油機狀態(tài)相當(dāng)簡單，甚至在一些特殊情況下可以瞬間轉(zhuǎn)換完成。當(dāng)需要較高車速時，控制單元可通過負(fù)荷與性能需要控制雙燃料發(fā)動機中天然氣與柴油的比例，滿足汽車的需要，并且其排放的NOx及顆粒較少。

為了滿足發(fā)動機高性能和燃油經(jīng)濟(jì)性的需要，對發(fā)動機設(shè)計時需要考慮多種因素，如燃燒室形狀、進(jìn)氣口位置、燃油噴射壓力、噴嘴幾何形狀，噴霧形狀等。噴霧形成的質(zhì)量很大程度上決定了柴油機的性能與排放。而燃油噴射壓力又影響著燃油的霧化，其間接影響著柴油機的性能與排放。當(dāng)發(fā)動機燃油噴射壓力增大時，噴射出的油氣顆粒直徑較小，導(dǎo)致油霧迅速蒸發(fā)，并且由于油氣顆粒直徑較小，其慣性也較小，因此導(dǎo)致其不能深入燃燒室，同時由于其在較短的時間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱，使得氣缸表面的空氣不能有效利用，有效功率和扭矩將會降低。當(dāng)燃油噴射壓力減小時，噴射出的油氣顆粒直徑較大，這將導(dǎo)致柴油噴霧的蒸發(fā)需要較多時間，點火時間會推遲，產(chǎn)生熱量損失，轉(zhuǎn)換成有用功的效率也會下降，并且由于燃油顆粒的增大，將會使得燃油燃燒不完全。

許多試驗表明，在柴油機中，棕櫚油甲酯可以替代20%的柴油，并對功率輸出沒有任何影響。在減少排放方面，氣體燃料具有顯著的優(yōu)勢，沼氣、煤氣、氫氣、液化石油氣和壓縮天然氣均可以作為燃料在內(nèi)燃機中使用。相關(guān)試驗表明，由于液化石油氣的化學(xué)結(jié)構(gòu)最為簡單、含碳量較低，因而在減少廢氣排放方面其最為顯著。因而，試驗將使用棕櫚油甲酯以及液化石油氣這兩種燃料。

試驗在具有雙燃料模式試驗臺上進(jìn)行，采用單缸4沖程水冷式柴油機。試驗時，主要將棕櫚油甲酯代替雙燃料柴油機中的柴油，以液化石油氣作為主要燃料。棕櫚油甲酯的噴射壓力從19MPa開始，之后升至21MPa、23MPa。記錄整個過程，并對排放的廢氣進(jìn)行相關(guān)分析。

試驗結(jié)果表明，棕櫚油甲酯及液化石油氣可以很好地在雙燃料柴油機中燃燒。在一定負(fù)荷下，雙燃料柴油機與柴油機相比，其功率稍低，產(chǎn)生的NOx以及煙霧顆粒較少，但CO及未完全燃燒HC較高。噴射壓力對雙燃料柴油機性能的影響主要表現(xiàn)在以下幾方面。

（1）全負(fù)荷時，噴射壓力為23MPa、液化石油氣以2L/min的速度混合時，雙燃料柴油機的有效熱效率最高。

（2）全負(fù)荷時，噴射壓力為23MPa、液化石油氣以2L/min的速度混合時，雙燃料柴油機的HC排放量最低。

（3）全負(fù)荷時，噴射壓力為23MPa、液化石油氣以2L/min的速度混合時，雙燃料柴油機的CO排放量最低。

（4）全負(fù)荷時，噴射壓力為23MPa、液化石油氣以2L/min的速度混合時，雙燃料柴油機的NOx排放量最低。

（5）全負(fù)荷時，噴射壓力為23MPa、液化石油氣以2L/min的速度混合時，雙燃料柴油機的煙度最低。

最后得出以下結(jié)論：為減少排放和提高柴油機的有效熱效率，最好在保持噴射壓力為21MPa時運行柴油機，噴射壓力為23MPa時運行雙燃料柴油機。

Hariprasad T. SAE 2013-01-2887.

編譯：王祥.