低活性燃料對柴油機RCCI 的工作性能影響

王銀燕，王彬彬，胡登，史明偉，王賀春

(哈爾濱工程大學 動力與能源工程學院，黑龍江 哈爾濱 150001)

0 引言

在2016 年1 月1 日起實施Tier Ⅲ排放法規(guī)[1]，NOx的排放較 TierⅠ相比，降低了約80%；自2020 年9 月22 日起，中國力爭在2060 年前達到零碳排放，節(jié)能減排是當代內燃機領域最重要的挑戰(zhàn)。RCCI（活性控制壓燃燃燒）[2–3]是一種新型低溫燃燒模式，主要通過燃燒相位可控策略實現高效燃燒并有效降低NOx排放的燃燒模式。本文采用多種理化性質和活性差異大的燃料，通過改變不同燃料摻混方式和摻混比例調節(jié)缸內可燃混合氣濃度來控制燃燒過程，實現柴油機RCCI 燃燒，達到提高柴油機燃燒效率降低NOx排放的效果。李鵬等[4]通過仿真研究噴油策略對柴油機RCCI 燃燒模式的性能影響，研究表明：引燃柴油采用預噴策略后，缸內燃燒更加平緩，對于soot，NOx排放有明顯改善。

甲醇原料來源廣泛，可通過煤、木材、天然氣等制備，并且其高汽化潛熱值和低含碳量能降低NOx和CO2排放等優(yōu)點，在眾多替代燃料中應用前景較好，具有重要的研究價值[5]。姚春德等[6]通過試驗研究缸內直噴不同甲醇摻混比對柴油機工作性能的影響，研究表明與單點噴射相比采用多點噴射法后，柴油機NOx排放有一定的改善，甲醇替代率提高，燃燒效率提高。

水與柴油二者理化性質差異較大且水的比熱容大，摻水乳化油會降低缸內溫度，對缸內燃燒滯燃期影響極大，摻水乳化油技術對于改善NOx效果顯著[7]，是船舶滿足Tier Ⅲ排放法規(guī)的主要技術之一。史德勝等[8]在1135 柴油機上研究了可控摻水燃燒試驗，研究表明，柴油機最佳摻水率在不同負荷下比例是不同的，可控的摻水燃燒可以在高負荷下大幅度降低NOx排放。

本文通過改變進氣道甲醇摻混比和缸內直噴乳化油摻水率，研究柴油機缸內可燃混合氣濃度和燃燒過程火焰?zhèn)鞑ニ俾蕦Σ裼蜋CRCCI 燃燒模式的影響，可為實現Tier Ⅲ NOx排放法規(guī)和碳中和目標提供理論依據。

1 建立仿真模型

1.1 研究對象

TBD620 單缸機為四沖程、高壓共軌柴油機，其主要參數如表1 所示。甲醇燃料和柴油燃油燃料的理化性質對比如表2 所示，相較于柴油，甲醇燃料的含碳量與熱值較低，含氧量和汽化潛熱值遠高于柴油。

表1 TBD620 單缸柴油機主要結構參數Tab.1 Main structural parameters of TBD620 single cylinder diesel engine

表2 甲醇和柴油理化性質對比Tab.2 Comparison of physical and chemical properties of methanol and diesel oil

1.2 模型選擇

本文僅研究柴油機從進氣門關閉到排氣門打開過程，為節(jié)省計算時間，建立1/5 燃燒室模型如圖1 所示。模擬研究中使用的子模型[9–10]如表3 所示，使用的柴油/甲醇雙燃料反應機理已在廣泛的運行條件下得到驗證[11]。

圖1 燃燒室模型Fig.1 Combustion chamber model

表3 仿真子模型的選擇Tab.3 Selection of simulation sub model

1.3 仿真方案

以TBD620 型柴油機為研究對象，在額定工況下，研究甲醇進氣道噴射對柴油機的工作性能影響，將甲醇進氣道摻混比例分為10%，20%，30%，40%，50%，其摻混比的定義為：在相同工況下，部分柴油等熱值替換成甲醇后燃燒放出的熱量與柴油和甲醇總熱量的比值。摻水乳化油摻混比例定義為柴油和水的質量百分比，即

式中：Rm和Rw分別為甲醇摻混比和摻水率；Mm，Md和Mw分別為甲醇、柴油和水的質量，kg；Hm為甲醇低熱值，取值為19.6 MJ/kg；Hd為柴油低熱值，取值為42.5 MJ/kg；柴油噴射相位DSOI為701°CA。

改變可燃混合氣濃度的柴油機RCCI 燃燒模式研究方案如表4 所示。在額定工況下，柴油機轉速為1 800 r/min，10%～50% 共5 組甲醇摻混比，在5 組甲醇摻混比對應0～20%共6 組摻水率，共30 組模擬研究組合，后文中M0 表示為柴油機純柴油燃燒。

表4 模擬研究方案Tab.4 Simulation research scheme

1.4 仿真模型校核

如圖2 所示，柴油機缸內壓力曲線仿真值和試驗值高度吻合，誤差范圍在5%以內。因仿真研究中無法完全模擬出實際的燃燒過程，所以仿真與試驗結果難免存在一定的誤差，但誤差很小，故該模型可用于模擬研究。

圖2 額定負荷時缸壓曲線變化Fig.2 Cylinder pressure curve change at rated load

2 改變Rm 對RCCI 柴油機燃燒性能影響

甲醇和柴油理化性質相差較大，進氣道噴射法與直接摻混法不同，進氣道甲醇摻混比不同在預混燃燒階段形成可燃混合氣濃度、活性差異極大，通過進氣道噴射法改變Rm研究混合氣濃度對RCCI 柴油機燃燒和排放性能的影響。

2.1 改變Rm 后RCCI 柴油機燃燒情況分析

圖3（a）為進氣道噴射法不同Rm時缸壓與放熱率的變化。可知，隨著Rm增加柴油機缸內爆壓呈先升高后下降趨勢，當Rm為40% 時對應缸內爆壓最高為18.43 MPa，與M0 相比升高5.96%，并且隨著Rm增加缸內壓力峰值對應的曲軸轉角前移，燃燒后期缸壓下降速度較快，柴油機缸內爆壓大小受缸內溫度和可燃混合氣濃度影響。與柴油相比，甲醇汽化潛熱值較大，隨著Rm增加甲醇汽化吸熱量增加，缸內溫度逐漸下降，但缸內甲醇混合氣濃度升高，當Rm小于50%時，甲醇汽化吸熱降低缸內溫度對缸內壓力變化的影響小，甲醇混合氣濃度升高促進燃燒對缸內壓力變化的影響大，故隨Rm增加甲醇熱值占比升高，進氣道噴入甲醇量增加，預混燃燒階段燃料總量增加，擴散燃燒階段柴油燃燒量減少，缸內直噴油持續(xù)時間縮短，缸內壓力峰值增加且對應的曲軸轉角提前，但燃燒后期缸壓下降速度較快；當Rm達到50%時，此時甲醇摻混比例過大，通過進氣道噴射法進入氣缸后汽化吸熱較多缸內溫度下降明顯，柴油噴入缸內霧化蒸發(fā)效果下降，使缸內壓力峰值與當Rm等于40%相比有所下降，但與M0 相比仍高出5.1%。

圖3 柴油機燃燒性能的影響Fig.3 Effect on combustion performance of diesel engine

如圖3（a）所示，隨著Rm增加著火始點推遲、滯燃期延長1～2.5℃A，但放熱率曲線的峰值上升且相對應曲軸轉角前移，擴散燃燒持續(xù)時間縮短，擴散燃燒階段放熱量下降明顯。放熱率的高低與缸內著火時混合氣濃度有很大影響，隨著Rm增大預混燃燒階段甲醇混合氣濃度升高，燃燒初期放熱率峰值上升，但由于擴散燃燒階段柴油燃燒量隨著Rm增加而下降，故噴油持續(xù)期縮短，擴散燃燒階段占比減少因此燃燒持續(xù)期縮短。

圖3（b）為不同Rm時柴油機燃燒效率的變化。可知，隨著Rm增加柴油機燃燒效率呈下降趨勢，與M 0 相比隨著Rm增加燃燒效率依次下降7.9%，15.9%，24.1%，32.1%，40.0%。隨著Rm增加甲醇汽化吸熱后缸內溫度逐漸下降，不利于柴油霧化蒸發(fā)，抵消了甲醇含氧量高對燃燒有利的影響，缸內溫度下降太多不利于柴油充分燃燒，故CO 與碳煙排放逐漸升高，燃油利用率有所下降，燃燒效率下降。

柴油機缸內溫度對于污染物排放有很大影響，圖4為缸內溫度的變化曲線。可知，隨著Rm增加柴油機缸內溫度峰值下降且峰值對應的曲軸轉角前移，但燃燒初期缸內溫度升高率逐漸增大，燃燒后期缸內溫度下降斜率增大，相比M0，當Rm為50%時缸內溫度峰值下降7.4%，峰值對應曲軸轉角提前1 7.4°C A。這主要因為隨著Rm增加預混燃燒階段甲醇混合氣濃度升高，所以隨著Rm增加預混燃燒階段燃燒反應加快，缸內著火后，縮短速燃期，使得放熱更加集中，缸內溫度升高率增大但反應持續(xù)期較短，缸內溫度峰值前移，并隨Rm增加擴散燃燒階段柴油噴油量下降，噴油持續(xù)期縮短，燃燒反應提前結束擴散燃燒階段缸內溫度下降速率較快。

圖4 柴油機缸內溫度的影響Fig.4 Influence of temperature in cylinder of diesel engine

圖5 為不同Rm下不同曲軸轉角對應的缸內溫度場。同Rm下，隨著曲軸轉角增加，高溫區(qū)由燃油噴射軸線四周向缸內凹坑處擴散。因為隨著噴油后液滴撞擊缸壁，聚集在缸內凹坑處并向四周流動，逐漸在缸內擴散，同時燃燒反應發(fā)生，因此氣缸蓋、活塞邊緣區(qū)域溫度低，后期凹坑處以及凹坑四周溫度較高。在同一曲軸轉角下，可明顯觀察到，隨著Rm增加，缸內溫度降低，與其他Rm相比，當Rm為50%時曲軸轉角為708°CA，下降幅度最為明顯甚至未出現著火點，在曲軸轉角為712°CA 下，隨著Rm增加缸內燃燒反應迅速進行，并且火焰?zhèn)鞑ジ?，高溫區(qū)向缸內凹坑處擴散速度加快。

圖5 柴油機缸內溫度場的變化Fig.5 Variation of temperature field in diesel engine cylinder

2.2 改變Rm 后RCCI 柴油機排放分析

圖6 為不同Rm時柴油機CO 排放的變化。可知，在燃燒初期隨著Rm增加柴油機CO 生成曲線峰值逐漸下降且對應的曲軸轉角提前CO 生成始點也有所提前，CO 排放呈上升趨勢，與M0 相比，當Rm為50%時，CO 生成峰值對應的曲軸轉角提前13.0°CA。影響CO 生成因素主要為低溫缺氧和氧化時間，一方面，因甲醇汽化潛熱高，隨著Rm增加缸內甲醇混合氣濃度升高，但缸內溫度逐漸下降，滯燃期延長對燃燒不利促進CO 生成且生成時刻隨Rm增加而提前，但甲醇含氧量高使得燃燒時火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌欤變戎鸷笕紵磻杆龠M行，因此隨著Rm增加CO 生成峰值逐漸下降。另一方面，因甲醇的加入降低了燃燒室溫度，溫度較低導致燃油燃燒不徹底，CO 排放增加。此外，OH 基可以促進CO 向CO2氧化，擴散燃燒階段缸內溫度下降速率較快，溫度較低時不利于H2O2裂解，從而導致CO 氧化速度變慢，CO 排放量增加。

圖6 CO 排放的變化Fig.6 Change of CO emission

圖7 為不同Rm時柴油機CO2排放的變化?？芍S著Rm增加柴油機CO2排放呈下降趨勢，當Rm為50%時CO2排放達到最小值，與M0 相比下降41.8%，降幅較大。這主要由于甲醇的熱值僅為柴油的46%，并且甲醇的含碳量為柴油的43%左右，故燃燒釋放等量熱時，燃燒甲醇釋放CO2更少，燃用甲醇燃料屬于低碳燃燒，故隨著Rm增加CO2排放逐漸下降。圖8 為不同Rm時柴油機HC 排放的變化?？芍Ｇ闆r下柴油機HC 排放極低，HC 是碳氫燃料裂解及不完全燃燒時產生，隨著Rm增加柴油機燃燒效率下降，未完全燃燒部分較多以HC 形式排放，柴油機HC 排放成倍增長。主要原因是隨著Rm增加甲醇蒸發(fā)吸熱較大，缸內溫度降低，不利于燃油蒸發(fā)和燃燒過程，并且缸內壁面淬熄作用增強，以及狹隙效應、油膜吸附等影響，導致HC 排放劇增。

圖7 CO2 排放的變化Fig.7 Change of CO2 emission

圖8 HC 排放的變化Fig.8 Change of HC emission

圖9 為不同Rm時柴油機NOx排放的變化?？芍?，隨著Rm增加柴油機NOx排放呈先升高后下降趨勢，且NOx生成時刻對應的曲軸轉角提前，當Rm為30% 時NOx排放最高，與M0 相比升高5.5%，當Rm為50%時NOx排放最低，與M0 相比下降7.7%，影響NOx排放的主要因素有氧含量、溫度以及燃燒反應持續(xù)時間。甲醇其自身含氧量較高達到50%，當Rm小于40%時，隨著Rm增加缸內氧含量增加，并且摻燒甲醇后燃燒反應速度變快，燃燒初期缸內溫度升高幅度增大，故NOx排放隨Rm增加而升高。而當Rm達到40%時，隨Rm增加缸內溫度進一步下降，但甲醇燃燒時火焰?zhèn)鞑ニ俣容^快，燃燒反應迅速，以至于燃料在高溫區(qū)滯留時間縮短，以及隨著Rm增加，擴散燃燒階段占比減少，缸內溫度下降斜率較大，高溫持續(xù)期明顯縮短，綜合多重因素導致NO 排放下降。

圖9 NO 排放的影響Fig.9 Impact of no emission

圖10 為不同Rm時柴油機soot 排放的變化?？芍S著Rm增加，柴油機soot 生成峰值逐漸下降且對應的曲軸轉角有所提前，但soot 排放呈先下降后上升趨勢，當Rm為10% 柴油機soot 排放達到最低，與M0 相比下降33.2%，當Rm大于10%時soot 排放開始上升，Rm為50%時soot 排放達到最大值，與M0 相比提高23.7%，但Rm為30%時與M0 相比soot 排放下降14.1%。柴油機soot 排放受溫度和氧含量影響較大。隨著Rm增加缸內甲醇混合氣濃度升高，因甲醇汽化汽化吸熱，缸內溫度逐漸下降，滯燃期延長且對燃燒不利故soot 生成時刻隨Rm增加而提前，但甲醇含氧量高使得燃燒時火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌欤變戎鸷笕紵磻杆龠M行，因此隨著Rm增加soot 生成峰值逐漸下降。雖然隨著Rm增加缸內氧含量升高，但缸內溫度峰值逐漸下降，并且柴油噴油持續(xù)期縮短，燃燒后期缸內溫度下降斜率較大。當Rm增加達到10%時，缸內氧含量升高對燃燒反應有利，所以隨著Rm增加soot 排放下降。而當Rm大于10%時，雖然缸內氧含量較高，但溫度較低不利于soot 氧化，并且高溫持續(xù)期縮短，故隨著Rm增加soot 排放升高。

圖10 soot 排放的影響Fig.10 Impact of lot emission

圖11 為不同Rm時柴油機甲醛排放的變化?？梢钥闯觯啾扔贛0 隨著Rm增加，甲醛生成峰值倍增，甲醛排放增加。這是因為隨著Rm增加，缸內溫度逐漸下降，甲醇燃燒不完全時會生成甲醛。然而Rm增加，缸內氧化活性OH 基生成量增加，同時H2O2在高溫條件下也會分解大量OH 基，OH 基可與甲醛反應氧化從而降低甲醛排放，故缸內溫度峰值對應的曲軸轉角甲醛下降速率最快；Rm增加缸內溫度峰值下降且對應的曲軸轉角提前，擴散燃燒階段缸內溫度下降速率較快，溫度較低時不利于H2O2裂解，導致部分甲醛無法被完全氧化，故甲醛排放高于原機并隨著Rm增加而增加。

圖11 甲醛排放的影響Fig.11 Impact of formaldehyde emission

3 改變Rw 對柴油機RCCI 工作性能影響

在采用甲醇進氣道噴射法后，減少了柴油的使用，CO2排放下降明顯，NOx 下降效果不佳，燃燒效率有所下降，對柴油機RCCI 燃燒效果改善一般。水與柴油二者理化性質差異較大且水的比熱容大，摻水乳化油會降低缸內溫度、改變火焰溫度和燃油擴散性以及降低混合燃油活化能，對柴油機缸內燃燒滯燃期影響極大，在高溫作用下會分解為H，O 和OH 的活潑原子和自由基能提高火焰?zhèn)鞑ニ俾?，研究缸內直噴改變Rw對RCCI 柴油機的性能影響。

3.1 改變Rw 后RCCI 柴油機燃燒性能分析

圖12為Rm為50%時，隨著摻水乳化油Rw增加，柴油機缸內壓力與放熱率曲線的變化。可以看出，隨著Rw增加缸內壓力總體呈下降趨勢，但在Rw為4%時，其缸內壓力與Rw為0%時基本重合。當Rw超過4%時，缸內壓力峰值開始下降。隨著Rw增加，放熱率曲線相對的曲軸轉角后移，著火點推遲，滯燃期延長1～2℃A，在燃燒初期峰值上升，在擴散燃燒階段峰值下降。如圖13 所示，在不同Rm時隨著Rw增加，柴油機缸內壓力變化曲線基本一致，在Rw較小時，缸內壓力下降幅度較小，在Rw較大時，缸內壓力下降幅度增大，與Rw為0% 時相比，當Rw達到20%時，隨著Rm從10%增加至50%，缸內壓力依次下降1.1%，1.2%，1.2%，1.3%，1.4%，由此可知，在相同Rw時隨著Rm增加，缸內壓力下降幅度也有所增加。在不同Rm時隨著Rw增加，柴油機缸內溫度整體呈下降趨勢，且下降幅度逐漸增大，與Rw為0%時相比，當Rw達到20%時，隨著Rm從10%增加至50%，缸內溫度依次下降12.5K，18.1K，18.6K，21.2K，17.1K，下降幅度先升高后降低，在Rm為40%時，缸內溫度峰值下降最多。在不同Rm時隨著Rw增加，柴油機燃料燃燒效率逐漸升高，當Rm與Rw組合比為M10W16，M10W20 時燃燒效率與原機接近。主要原因是隨著Rw增加，水的汽化潛熱大，水分子汽化會吸收較多熱量降低缸內溫度，著火點滯后，預混燃燒階段燃油增多，雖然水分子不能直接燃燒，但在高溫和觸媒反應下，會分解為H、O 和OH 的活潑原子和自由基有利于活化燃燒反應[13]，其次水分子蒸發(fā)后燃燒室內可燃混合氣均勻化，油束區(qū)域大大擴大，增加油氣接觸面積，使能量傳遞效率增加，同時降低缸內各部分溫差，防止出現粗暴燃燒，降低壓力升高率，燃燒更平穩(wěn)進行，同時加快了火焰?zhèn)鞑ニ俣?，緩解因進氣道Rm過大出現預混燃燒階段燃油過多缸內出現燃燒粗暴現象，并且水分子在燃燒時，會形成水包油結構產生微爆反應，減小油滴顆粒直徑，改善燃料與空氣混和狀態(tài)，燃燒效率有所提高，加之水分子在高溫缺氧區(qū)域會與碳粒發(fā)生“水煤氣”反應，故著火后燃燒初期放熱量增加，擴散燃燒階段缸內溫度降低，放熱率峰值也有所下降。但由于水汽化后，水蒸氣分子加入，降低缸內氧氣濃度，也會對缸內燃燒有一定抑制作用，故隨著Rw增加，缸內溫度下降，燃燒效率升高，缸內壓力逐漸降低，且降幅會逐漸增大。

圖12 缸壓與放熱率曲線Fig.12 Variation of cylinder pressure and heat release rate

圖13 柴油燃燒性能分析Fig.13 analysis of diesel combustion performance

圖14為Rm50%不同Rw時對應燃燒室溫度場。在相同曲軸轉角時，可明顯觀察到，隨著Rw 增加，缸內溫度降低，與其他Rw相比，當Rw達到12%時曲軸轉角為710°CA，缸內溫度下降顯著，未出現著火點，當Rw為20%時曲軸轉角在712°CA，才出現明顯的著火點，相比Rw為0%時滯燃期延長2℃A，隨著Rw增加缸內燃燒反應更迅速，并且火焰?zhèn)鞑ゼ涌?，高溫區(qū)迅速向缸內凹坑處延伸，曲軸轉角在716°CA 時高溫區(qū)域基本一致，隨著Rw增加，缸內溫度降低，柴油機著火始點推遲，滯燃期延長，但水分子蒸發(fā)后缸內可燃混合氣均勻化，油束區(qū)域擴大，增加油氣接觸面積，能量傳遞效率增加，同時加快火焰?zhèn)鞑ニ俣?，達到著火點后燃燒反應迅速進行。

圖14 缸內溫度場變化Fig.14 Variation of temperature field in cylinder

3.2 改變Rw 后RCCI 柴油機排放性能分析

圖15 為在不同Rm時隨著Rw增加，HC、CO2、CO 排放變化?？梢钥闯觯S著Rw增加，CO2排放變化較小呈降低趨勢，CO 排放先減少后增加，與Rw為0%時相比，在Rw為4%時，其CO 排放有所降低，而當Rw超過4% 時，CO 排放開始上升，當Rw達到20%時，隨著Rm從10%增加至50%，CO 排放依次升高5.0%、3.0%、2.8%、1.6%、2.5%，CO 排放整體升高。在不同Rm時隨著Rw增加，HC 排放逐漸上升，與Rw為0% 時相比，當Rw達到20% 時，隨著Rm從10% 增加至50%，HC 排放依次上升7.9%、7.0%、8.0%、10.1%、11.1%。當Rw為4%摻水率較小時，缸內平均溫度變化不大，水蒸氣與碳發(fā)生“水煤氣”反應，可以促進碳煙顆粒的氧化，使積碳、結膠和含碳顆粒明顯減少，改善缸內燃燒，促進CO 氧化，故CO 排放下降。而隨著Rw繼續(xù)增加，滯燃期延長，預混燃燒階段燃油增加，水分子的加入會吸收缸內溫度，降低燃燒火焰峰值溫度及局部溫度，并且水汽化后會稀釋缸內氧濃度，對缸內燃燒有一定的抑制作用，不利于燃油蒸發(fā)和燃燒過程，導致HC 排放劇增，同時也不利于CO 向CO2的轉化，故CO 排放逐漸升高CO2下降。

圖15 柴油機HC，CO2，CO 排放的變化Fig.15 Changes of HC,CO2 and CO emissions of diesel engine

如圖16 所示，不同Rm時隨著Rw增加柴油機soot 排放整體呈上升趨勢，與Rw為0% 時相比，當Rw達到20%時，隨著Rm從10%增加至50%，soot 排放依次升高9.3%，15.8%，16.7%，5.3%，3.6%，隨著Rm增加soot 排放升高幅度也呈先增大后減小趨勢，在Rm為30%時soot 排放升高幅度最大。在不同Rm時隨著Rw增加，柴油機NOx排放逐漸下降，與Rw為0%時相比，當Rw達到20%時，隨著Rm從10%增加至50%，NOx排放依次下降6.1%，9.3%，13.3%，12.2%，9.5%，隨著Rm增加下降幅度呈先增大后減小趨勢，在Rm為30%時NOx排放下降幅度最大。在不同Rm時隨著Rw增加，柴油機CH2O 排放呈上升趨勢，但整體變化幅度較小，與Rw為0% 時相比，當Rw達到2 0% 時，隨著Rm從1 0% 增加至5 0%，CH2O 排放依次下降8.5%，6.4%，5.1%，6.2%，4.6%。隨著Rw增加，著火時刻滯后1℃A～2℃A，預混燃燒階段缸內油氣含量過多，同時水分子汽化吸收缸內熱量，降低燃燒火焰峰值溫度，缸內溫度下降，水汽化后水蒸汽會稀釋燃燒室氧濃度，避免富氧區(qū)的形成，NOx排放下降CH2O 排放升高，同時導致在預混燃燒階段生成大量碳煙，因缸內溫度降低碳煙氧化速率也明顯下降，大量碳煙不能及時被氧化，因此soot 排放隨Rw增加而上升。

圖16 柴油機CH2O、soot、NO 排放的變化Fig.16 variation of CH2O,soot and no emission of diesel engine

4 結語

本文研究采用甲醇進氣道噴射法和摻水乳化油缸內直噴2 種方法，通過改變不同燃料摻混方式和摻混比例調節(jié)缸內可燃混合氣濃度研究對柴油機RCCI 燃燒的性能影響，主要是通過改變可燃混合氣濃度和火焰?zhèn)鞑ニ俾蕦崿F燃燒過程相位定向調控，結論如下：

1）甲醇汽化潛熱值約為柴油4 倍，甲醇火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤欤_到著火點后缸內燃燒迅速，采用甲醇進氣道噴射法后，隨著Rm增加，燃燒始點滯后、燃燒初期放熱率峰值上升，燃燒效率下降，缸內壓力峰值升高，CO2，NOX排放顯著下降。

2）摻水乳化油技術不僅能降低缸內溫度，高溫作用下會分解為H，O 和OH 的活潑原子和自由基能提高火焰?zhèn)鞑ニ俾省２捎脫剿榛图夹g后，隨著Rw增加，柴油機燃燒始點滯后，燃燒初期放熱率峰值升高，燃燒效率提高，NOX排放顯著下降。

3）通過甲醇進氣道噴射法和缸內直噴摻水乳化油技術相結合，實現柴油機RCCI 燃燒策略，Rm與Rw最佳組合比為M10W20，與原機相比柴油機燃燒效率提高，soot，CO2，NOX排放顯著改善。