甲醇/柴油機雙燃料發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性的淺析

王磊　王星陽

摘要：在一臺柴油機基礎(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，試驗結(jié)果表明，它能使甲醇對柴油的替代率達到35.1%，經(jīng)濟性基本保持不變，而汽車的加速與原發(fā)動機相比，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，能使燃燒達到最佳狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：柴油機；甲醇；雙燃料；經(jīng)濟性；動力性

中圖分類號：TK46 文獻識別碼：A 文章編號：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，在柴油機上利用甲醇完全替代柴油是很困難的。需采取適當改善措施，所以開發(fā)了控制甲醇噴射的電控裝置。采用雙燃料方法，將甲醇噴入進氣管，與空氣混合形成均勻的預(yù)混合氣，進入汽缸后由柴油進行引燃的方法。并在控制策略上，采取在柴油機冷啟動、暖機、低速及小負荷工作下，燃用純柴油，而在中負荷以后，開始噴入甲醇，以保持原機的起動性能，減少低負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，過多地摻混甲醇會導(dǎo)致混合燃料的十六烷值很低，試驗甲醇的摻混量不大于20%。

（一）不同燃料負荷特性分析

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。混合燃料在柴油機中的燃燒比較完全，柴油機耗油率下降，熱效率有所提高，經(jīng)濟性有所改善（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，這樣改善了柴油機的經(jīng)濟性，且使排放煙度降低。

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

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

（二）不同摻醇率對雙噴射柴油機的燃燒及性能影響

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，改變摻醇率時所測得的有關(guān)性能及排放曲線。由圖3可見，當摻醇率從78.2%增至92.6%時.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。當摻醇率從78.2%增加至84.8%時，燃料燃燒百分率為10%和90%所對應(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， 所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角為12℃A，由此表明能耗率也較低。

相反，當摻醇率為92.6%時，所處的曲軸轉(zhuǎn)角為13℃A；燃料燃燒百分率等于10%和90%所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角分別為11℃A和44℃A，故能耗較高。我們認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，認為雙噴射柴油機在某種工況下存在著最佳的摻醇率。為了要有較高的動力性和經(jīng)濟性，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，過高將會使燃燒效率降低。

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

二、甲醇噴射時刻與噴射量的控制

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

三、結(jié)論

（一）由于冷啟動、暖機、小負荷和低轉(zhuǎn)速下不噴射甲醇，柴油機在低負荷時不會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格上看，燃用甲醇-柴油雙燃料的經(jīng)濟性提高不是很明顯，但能獲得較好的加速性能。

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

參考文獻：

[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，2005，10.

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

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

[4]玉輝.柴油機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，2000，4（34）.

[5]姚春德，段峰，李云強.不同噴醇方式對柴油機實行柴油/醇組合燃燒時性能的影響[J].內(nèi)燃機學(xué)報，2004，5.

王磊　王星陽

摘要：在一臺柴油機基礎(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，試驗結(jié)果表明，它能使甲醇對柴油的替代率達到35.1%，經(jīng)濟性基本保持不變，而汽車的加速與原發(fā)動機相比，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，能使燃燒達到最佳狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：柴油機；甲醇；雙燃料；經(jīng)濟性；動力性

中圖分類號：TK46 文獻識別碼：A 文章編號：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，在柴油機上利用甲醇完全替代柴油是很困難的。需采取適當改善措施，所以開發(fā)了控制甲醇噴射的電控裝置。采用雙燃料方法，將甲醇噴入進氣管，與空氣混合形成均勻的預(yù)混合氣，進入汽缸后由柴油進行引燃的方法。并在控制策略上，采取在柴油機冷啟動、暖機、低速及小負荷工作下，燃用純柴油，而在中負荷以后，開始噴入甲醇，以保持原機的起動性能，減少低負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，過多地摻混甲醇會導(dǎo)致混合燃料的十六烷值很低，試驗甲醇的摻混量不大于20%。

（一）不同燃料負荷特性分析

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。混合燃料在柴油機中的燃燒比較完全，柴油機耗油率下降，熱效率有所提高，經(jīng)濟性有所改善（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，這樣改善了柴油機的經(jīng)濟性，且使排放煙度降低。

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

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

（二）不同摻醇率對雙噴射柴油機的燃燒及性能影響

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，改變摻醇率時所測得的有關(guān)性能及排放曲線。由圖3可見，當摻醇率從78.2%增至92.6%時.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。當摻醇率從78.2%增加至84.8%時，燃料燃燒百分率為10%和90%所對應(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， 所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角為12℃A，由此表明能耗率也較低。

相反，當摻醇率為92.6%時，所處的曲軸轉(zhuǎn)角為13℃A；燃料燃燒百分率等于10%和90%所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角分別為11℃A和44℃A，故能耗較高。我們認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，認為雙噴射柴油機在某種工況下存在著最佳的摻醇率。為了要有較高的動力性和經(jīng)濟性，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，過高將會使燃燒效率降低。

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

二、甲醇噴射時刻與噴射量的控制

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

三、結(jié)論

（一）由于冷啟動、暖機、小負荷和低轉(zhuǎn)速下不噴射甲醇，柴油機在低負荷時不會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格上看，燃用甲醇-柴油雙燃料的經(jīng)濟性提高不是很明顯，但能獲得較好的加速性能。

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

參考文獻：

[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，2005，10.

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

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

[4]玉輝.柴油機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，2000，4（34）.

[5]姚春德，段峰，李云強.不同噴醇方式對柴油機實行柴油/醇組合燃燒時性能的影響[J].內(nèi)燃機學(xué)報，2004，5.