引燃油量對(duì)柴油引燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒特性的影響

劉杰，歐陽(yáng)明高，張欣，等

目的：隨著石油價(jià)格的不斷上漲以及環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，研究者們?cè)絹?lái)越關(guān)注高效、低 NOx及 Soot排放的燃燒方式。尤其是對(duì)于重型載貨汽車(chē)，不僅燃料消耗量大，同時(shí)尾氣排放量也高。將在用重型柴油車(chē)改裝為柴油/天燃?xì)怆p燃料汽車(chē)不僅能夠降低燃料費(fèi)用，同時(shí)能夠降低環(huán)境污染。方法：本文在一臺(tái)增壓中冷柴油機(jī)改造的柴油引燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行了不同引燃油量下的燃燒特性的研究，為柴油引燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒參數(shù)優(yōu)化匹配提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)是在保留原機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加一套柴油及燃?xì)怆p燃料控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)的。原機(jī)的各個(gè)信號(hào)（水溫，增壓壓力溫度，軌壓等），被雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)和原機(jī)的電控系統(tǒng)共享。增加的柴油引燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元可控制柴油噴射（柴油噴油器電磁閥控制）以及加裝的燃?xì)鈬娚湎到y(tǒng)（包括燃?xì)鈬娮祀姶砰y控制、燃?xì)忾_(kāi)關(guān)閥控制、燃?xì)鈮毫皽囟葯z測(cè)等）。原機(jī)的柴油噴射控制模式，通過(guò)外部的繼電器進(jìn)行切換。通過(guò)控制氣軌上的電磁閥的開(kāi)閉時(shí)間，從而控制進(jìn)入安裝在進(jìn)氣道上的混合器中的天然氣量?；旌掀髂軌蚴固烊粴馀c空氣進(jìn)行充分混合，從而形成均質(zhì)可燃混合氣后進(jìn)入各氣缸。試驗(yàn)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速分別穩(wěn)定在1320 r/min以及1627 r/min，在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下，天然氣噴射量保持不變，負(fù)荷通過(guò)改變柴油引燃噴油量及噴射時(shí)刻進(jìn)行調(diào)整。結(jié)果：在引燃油量較小時(shí)，柴油引燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的放熱率為雙峰放熱類(lèi)型，分別為引燃柴油預(yù)混燃燒放熱峰，以及預(yù)混合天然氣燃燒及柴油擴(kuò)散燃燒放熱峰。而隨著引燃量增加，引燃柴油噴油時(shí)刻推遲，因此滯燃期減少，由柴油預(yù)混燃燒產(chǎn)生的第一個(gè)燃燒放熱率峰值降低；隨著引燃油量的增加，引燃柴油分布更廣，點(diǎn)火能量增加，同時(shí)柴油噴射使得缸內(nèi)湍流強(qiáng)度增加，因此更多的預(yù)混天然氣參與燃燒，使得預(yù)混天然氣及柴油擴(kuò)散燃燒形成的第二階段放熱率峰值及放熱量明顯增加。進(jìn)一步增加引燃油量，并推遲噴油時(shí)刻，從而形成單一峰值放熱率曲線。在引燃油量較少時(shí)，壓力升高率為雙峰。隨著引燃油量的增加，由引燃柴油預(yù)混燃燒產(chǎn)生的第一個(gè)壓力升高率峰值以及預(yù)混天然氣及柴油擴(kuò)散燃燒產(chǎn)生的第二個(gè)壓力升高率峰值逐漸降低。噴油時(shí)刻隨引燃油量增加而推遲，而燃燒持續(xù)期隨引燃油量增加變化不明顯。燃燒放熱率重心CA50隨引燃油量增加逐漸推遲，在100%負(fù)荷進(jìn)入高熱效率區(qū)間（10～15°CA ATDC）。引燃油量較小時(shí)柴油引燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率很低。主要原因是排氣中的未燃 CH4的熱量大約占到了總?cè)剂蠠崃康?5%左右。而隨著引燃柴油量增加，負(fù)荷增加，缸內(nèi)溫度增加，使得未燃天然氣量明顯減少，熱效率大幅度提高。在高負(fù)荷，柴油引燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率與原柴油機(jī)相當(dāng)。低負(fù)荷時(shí)增加引燃油量，能夠明顯改善燃燒，提高熱效率。此時(shí)雖然柴油替代率降低，但是燃料費(fèi)用也明顯降低，即經(jīng)濟(jì)性提高。結(jié)論：本文對(duì)一臺(tái)增壓中冷柴油機(jī)進(jìn)行不同引燃油量時(shí)柴油引燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒性能試驗(yàn)。結(jié)論：隨著引燃油量增加，點(diǎn)火能量增加，燃料分布的更廣，有利于更多的天然氣參與燃燒。隨著引燃油量增加，柴油引燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)放熱率類(lèi)型由雙峰向單峰轉(zhuǎn)變。實(shí)現(xiàn)快速單一階段放熱，能夠提高熱效率。隨著引燃油量增加，推遲引燃柴油噴油提前角，能夠有效降低壓力升高率。隨著引燃油量增加，柴油引燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒持續(xù)期變化不明顯。小負(fù)荷時(shí)，增加引燃油量，能夠明顯提高柴油引燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，降低燃料費(fèi)用。

來(lái)源出版物：汽車(chē)工程, 2015, 37(4): 375-379

入選年份：2015