甲醇-加氫催化生物柴油光學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)PPC低溫燃燒模式碳煙生成特性試驗(yàn)研究

內(nèi)燃機(jī)憑借其優(yōu)良的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)仍是船舶、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械等領(lǐng)域的核心動(dòng)力裝置。研究表明，當(dāng)前全球交通運(yùn)輸領(lǐng)域內(nèi)燃機(jī)消耗化石燃料占比達(dá)到總量的 。面對(duì)能源安全形勢(shì)的持續(xù)嚴(yán)峻與排放法規(guī)的日益收緊，進(jìn)一步優(yōu)化化石燃料利用效率，增加可再生能源的占比以及運(yùn)用新型的燃燒模式，是降低污染物的排放和實(shí)現(xiàn)\"碳中和”目標(biāo)的有效途徑之一。

近年來(lái)，甲醇在各種替代清潔燃料中引起了廣泛的關(guān)注。甲醇不僅具有巨大的溫室氣體還原潛力，而且其低碳、高氧結(jié)構(gòu)可以有效地減少壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)的煙塵排放[2-3]。然而，由于甲醇的高汽化潛熱、低十六烷數(shù)和低熱值，要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的點(diǎn)火是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，特別是在低負(fù)荷和冷起動(dòng)條件下。目前，將甲醇與高活性燃油摻混使用是針對(duì)上述問(wèn)題的一種解決方案。A.O.HASAN等4研究了從10% 到 40% 不同比例的甲醇-柴油混合物在不同負(fù)載下的排放特性和燃油經(jīng)濟(jì)性，試驗(yàn)表明，提高燃油中甲醇的比例可以顯著降低碳煙顆粒物的排放。Z.ZHANG等[5]采用丁醇作為助溶劑，研究了甲醇-丁醇-柴油混合燃油的燃燒和排放性能，研究發(fā)現(xiàn)，與柴油相比，混合燃油具有更長(zhǎng)的著火延遲期和更大的缸壓峰值，混合燃油中甲醇的微爆改善了燃料和空氣的混合，最終混合燃油的NO，CO和碳煙排放減少。

此外，在眾多可再生高活性燃油中，新型加氫催化生物柴油（HCB）具有高十六烷值、高熱值以及良好著火性能等優(yōu)點(diǎn)，是十分有潛力的柴油替代燃料[6-8]，與甲醇燃料的理化特性形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，有助于其在壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)中實(shí)現(xiàn)清潔燃燒。

為了能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)低污染物排放和內(nèi)燃機(jī)效率的增加，科研工作者們提出了許多新型的低溫燃燒（lowtemperaturecombustion，LTC）模式，如部分預(yù)混壓燃（partiallypremixed combustion，PPC）、均質(zhì)預(yù)混壓燃（homogeneous charge compressionig-nition，HCCI）和反應(yīng)活性控制壓燃（reactivitycon-trolledcompressionignition，RCCI）。與傳統(tǒng)燃燒模式相比，LTC模式從噴射開始到燃燒開始之間有更長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行預(yù)混，其低溫放熱階段的時(shí)間大大增加，同時(shí)均勻的燃油和空氣混合氣降低了缸內(nèi)的燃燒溫度，并使缸內(nèi)溫度分布更加均勻，從而減少傳熱損失，最終提高熱效率[9]。此外，LTC模式從噴射結(jié)束時(shí)刻到著火初始時(shí)刻的曲軸轉(zhuǎn)角為正，即高溫放熱階段在噴射結(jié)束之后[10]，從而減少了噴霧的擴(kuò)散燃燒。本研究選取的燃油理化特性適用于部分預(yù)混壓燃模式下混合燃油的燃燒及碳煙生成特性的研究。

上述研究表明摻混甲醇可以有效改善發(fā)動(dòng)機(jī)的排放性能，但研究更多是集中于發(fā)動(dòng)機(jī)效率及尾氣排放，較少對(duì)缸內(nèi)的燃燒特性、火焰溫度及碳煙生成過(guò)程開展研究，針對(duì)甲醇摻混比對(duì)混合燃料缸內(nèi)燃燒過(guò)程影響的研究也非常有限。

綜上所述，本研究選擇共用加氫催化生物柴油（hydrogenatedcatalyticbiodiesel，HCB）和甲醇，利用加氫催化生物柴油的高活性和高十六烷值彌補(bǔ)甲醇的不足，解決甲醇在低負(fù)荷下的著火穩(wěn)定性問(wèn)題。同時(shí)，甲醇的高含氧量可以降低加氫催化生物柴油的碳煙排放，兩種燃油形成互補(bǔ)。在一臺(tái)四氣門自然吸氣光學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)開展甲醇-正辛醇-HCB混合燃料在部分預(yù)混壓燃（PPC）模式下缸內(nèi)燃燒和碳煙生成特性的試驗(yàn)研究，同時(shí)采用雙色法測(cè)試技術(shù)獲得發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)溫度場(chǎng)和碳煙濃度分布（以KL因子表示）的變化趨勢(shì)，獲得了甲醇-HCB在低溫燃燒模式下的燃燒和碳煙生成特性，為該燃料在內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論參考及試驗(yàn)支撐。

1試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)裝置

本研究所用的光學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)（見圖1）包括雙燃料噴射系統(tǒng)、進(jìn)氣加熱系統(tǒng)、電力測(cè)功機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、高速攝像系統(tǒng)以及ECU控制系統(tǒng)。電力測(cè)功機(jī)倒拖發(fā)動(dòng)機(jī)使其維持在固定轉(zhuǎn)速 （1200r/min） ，安裝在加熱器和進(jìn)氣道之間的穩(wěn)壓儲(chǔ)氣罐用來(lái)保持穩(wěn)定的進(jìn)氣壓力（0.15MPa） 。本試驗(yàn)的光學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)是由一臺(tái)四缸四沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)改造而成，僅保留一個(gè)氣缸，并加長(zhǎng)該氣缸的活塞連桿，同時(shí)將活塞換成石英玻璃材質(zhì)以滿足透光性要求，火焰的光信號(hào)沿加長(zhǎng)連桿經(jīng)安裝在連桿底部的 反射鏡反射，最終形成一條可視光路。發(fā)動(dòng)機(jī)采用四氣門自然吸氣、高壓共軌式燃油噴射系統(tǒng)，噴油器采用了六孔對(duì)稱布置的噴嘴。同時(shí)，為保證透明石英活塞的安全工作，該光學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比較低（壓縮比為12.0），并且由于甲醇的低活性，需要對(duì)進(jìn)氣加熱以保證缸內(nèi)的穩(wěn)定著火，試驗(yàn)時(shí)進(jìn)氣加熱溫度選擇在 。發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)見表1。

在光學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的多個(gè)采集點(diǎn)同步采集缸內(nèi)壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、溫度及光學(xué)信息，采集位置分布于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道、油箱、發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壁面及循環(huán)冷卻液管路等，信息采集后傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，并結(jié)合燃燒分析儀進(jìn)行信號(hào)的處理和分析。

1.2 試驗(yàn)方案

由于甲醇和HCB之間存在較大的理化特性差異，采用正辛醇作為共溶劑，有助于實(shí)現(xiàn)較大比例的甲醇和HCB穩(wěn)定混溶[1-12]。本研究選取了3種體積配比的燃油作為研究對(duì)象，分別是MO（ 100% HCB），M15 15% 甲醇、 60%HCB，25% 正辛醇）及M25 25% 甲醇、 .50%HCB，25% 正辛醇）。表2列出了HCB、甲醇、正辛醇和0號(hào)車用柴油的燃油物性參數(shù)。

通過(guò)缸內(nèi)直噴系統(tǒng)將預(yù)混合后的燃油以100MPa 壓力噴射，噴射時(shí)刻在 范圍，形成PPC燃燒模式。PPC燃燒模式的運(yùn)行邊界條件見表3。由于純生物柴油MO十六烷值較高，在活塞上止點(diǎn)附近會(huì)產(chǎn)生較高的缸內(nèi)燃燒壓力，為保證石英活塞工作的安全性，對(duì)M0燃料單次噴射能量限值為600J，M15及M25在不同的噴射時(shí)刻嘗試 600～1200J 多種噴射能量。為實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定著火，采取進(jìn)氣加熱和冷卻水加熱的方式，兩種加熱方式溫度均設(shè)置為 。試驗(yàn)過(guò)程中每組工況重復(fù)5次噴射循環(huán)，以保證數(shù)據(jù)的可靠性。

1.3 雙色法

1.3.1 雙色法原理

雙色法是利用火焰中碳煙的輻射實(shí)現(xiàn)碳煙量和碳煙溫度同步測(cè)量的一種技術(shù)。由于碳煙的熱輻射在燃燒的各個(gè)階段都占據(jù)主要地位，所以通過(guò)高速攝像系統(tǒng)捕獲的火焰光強(qiáng)中大部分都為碳煙輻射光，同時(shí)，研究表明碳煙與周圍氣體的溫度差基本可以忽略不計(jì)，并且兩者可在納秒級(jí)時(shí)間內(nèi)達(dá)到熱平衡，所以用碳煙輻射光計(jì)算獲得的溫度可用于表征對(duì)應(yīng)的火焰氣體溫度[13-14]。

在發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)噴霧燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生帶有強(qiáng)烈熱輻射的碳煙粒子。對(duì)于黑體而言，單色半球輻射強(qiáng)度為

式中： 為火焰的單色半球輻射強(qiáng)度； 為普朗克第一和第二常數(shù)，其中 ， 為輻射波長(zhǎng)，紅光波長(zhǎng)為 為黑體溫度。

物體為非黑體時(shí)，單色輻射強(qiáng)度為

式中： 為單色輻射系數(shù)。

對(duì)于固體溫度與波長(zhǎng)乘積較小 （λ？ Tlt; 3000μm？K） 的非黑體研究對(duì)象，可以引入簡(jiǎn)化形式的普朗克定律（即維恩公式）來(lái)計(jì)算：

定義 為其當(dāng)前輻射強(qiáng)度下假設(shè)待測(cè)目標(biāo)體為絕對(duì)黑體時(shí)的溫度，并定義為該物體此時(shí)的亮度溫度，那么就有

為確保試驗(yàn)的高準(zhǔn)確度，選取660～nm和550nm 兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的波長(zhǎng)，這時(shí) 相等的假設(shè)不成立，特采用“Hottel-Broughton\"方程來(lái)進(jìn)行計(jì)算：

式中： L 為光學(xué)路徑長(zhǎng)度； K 為 L 對(duì)應(yīng)波長(zhǎng) λ 的平均消光系數(shù)。

但在實(shí)際試驗(yàn)中，碳煙的光學(xué)路徑長(zhǎng)度很難獲得，因此在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中通常用一個(gè)乘積變量K L 因子來(lái)表征碳煙輻射路徑上的碳煙量。此外，

由于 α 在特定波長(zhǎng)區(qū)間上為常數(shù)，在可見光區(qū)間 α 在柴油機(jī)上賦值為1.38。那么，針對(duì)不同兩個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)溫度 和 的計(jì)算公式就可以簡(jiǎn)化為

此時(shí) K L 值的推導(dǎo)公式為

1.3.2雙色法光路布置

雙色法的光路布置如圖2所示。燃燒室內(nèi)火焰發(fā)出的光線透過(guò)透明石英活塞后經(jīng) 反射鏡反射射入分光鏡，被分光鏡按 1：1 的比例分為透射光和反射光，最后分別由兩臺(tái)垂直放置的高速相機(jī)所接收。主相機(jī)加裝660nm濾波片，副相機(jī)加裝550nm 帶通濾波片，兩臺(tái)相機(jī)均使用光圈為 f/32 、焦距為200mm的鏡頭。相機(jī)的拍攝速度為36000fps，分辨率為 768×896 像素。為保證在不同工況（即使曝光區(qū)域小）下也可以獲得較大輻射光強(qiáng)的數(shù)據(jù)，試驗(yàn)時(shí)根據(jù)輻射光強(qiáng)度對(duì)曝光時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。此外，燃油噴射及發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)均由ECU同步控制并觸發(fā)兩臺(tái)高速相機(jī)進(jìn)行采集。

為了獲得兩個(gè)不同波長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的溫度 和 ，采用高溫黑體爐對(duì)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定過(guò)程如圖3所示。在標(biāo)定前需要先測(cè)量試驗(yàn)時(shí)各裝置之間的距離，在標(biāo)定光路搭建時(shí)按照相同的距離重新復(fù)現(xiàn)雙色法光路以確保各位置的光強(qiáng)損失保持一致。標(biāo)定過(guò)程從低溫開始逐漸升溫，在溫度到達(dá)標(biāo)定點(diǎn)溫度且黑體爐溫度穩(wěn)定后，用相機(jī)軟件同時(shí)觸發(fā)兩部高速相機(jī)開始拍攝，獲得黑體爐在溫度 之間的多個(gè)溫度點(diǎn)的標(biāo)定圖像，最終擬合標(biāo)定數(shù)據(jù)，得到黑體爐圖像平均灰度值和溫度的曲線。

圖4示出了試驗(yàn)擬合曲線。圖4a為曝光時(shí)間為 12.5μs 的標(biāo)定點(diǎn)與擬合曲線，圖4b為所有曝光時(shí)間的擬合曲線。從圖中可以看出，相同標(biāo)定溫度下每幀圖像的進(jìn)光量與相機(jī)曝光時(shí)間成正比，標(biāo)定圖像灰度值的平均值也隨之增加，且相關(guān)系數(shù) 均大于0.998。

在圖像處理過(guò)程中，將兩臺(tái)相機(jī)拍攝圖像的每個(gè)像素點(diǎn)代入相同曝光時(shí)間的擬合曲線，以獲得該點(diǎn)在 660nm 主相機(jī)和 550nm 副相機(jī)對(duì)應(yīng)的亮度溫度 和 ，然后通過(guò)溫度求解方程（求解方法見1.3節(jié)）由兩個(gè)像素點(diǎn)的亮度溫度求得實(shí)際溫度 T 。

將兩臺(tái)相機(jī)在相同時(shí)刻獲得的火焰燃燒圖像（分辨率為 768×896 像素）導(dǎo)人MATLAB，得到單通道灰度值的強(qiáng)度矩陣。同時(shí)，為了得到準(zhǔn)確的火焰溫度和 K L 值，需確保是針對(duì)兩幅圖像相同火焰位置的相同位置像素點(diǎn)進(jìn)行的計(jì)算，詳細(xì)圖像變換過(guò)程[14]如圖5所示。

由于相機(jī)拍攝到的是單通道灰度圖像，首先在R通道內(nèi)導(dǎo)入660nm圖像，在G通道內(nèi)導(dǎo)入550nm 圖像，隨后保持R通道圖像不變，先后將G通道內(nèi)的 550nm 圖像進(jìn)行縮放、XY軸方向移動(dòng)及旋轉(zhuǎn)等操作，直到其與 660nm 圖像完全重疊為止。隨后將兩個(gè)重疊位置的灰度值強(qiáng)度 和 賦值到該相機(jī)參數(shù)所對(duì)應(yīng)的標(biāo)定曲線中，即可獲得對(duì)應(yīng)的亮度溫度 和 ；再將 和 分別代人式（6），借助牛頓迭代法解出實(shí)際溫度 T ，隨后將 T 代人式（7）中即可求得此點(diǎn)的 K L 值。逐次將全部火焰光對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)計(jì)算完畢后，最終可求得溫度T 和碳煙 K L 值的矩陣。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1PPC模式下缸內(nèi)燃燒特性

圖6示出了M0和M15兩種燃油在一 DC至 缸內(nèi)直噴時(shí)刻下的缸內(nèi)壓力、放熱率和燃燒相位曲線。從圖中可以看出，當(dāng)直噴時(shí)刻從 提前到 ，燃用MO和M15的缸內(nèi)峰值壓力先變大后變小，并在一 DC時(shí)達(dá)到最大值。在 的直噴工況下，燃用兩種燃油幾乎都處于缸內(nèi)失火狀態(tài)，僅可以觀測(cè)到微弱的火焰光。在燃燒相位方面，燃用MO和M15的CA10（累計(jì)放熱 10% 時(shí)的曲軸轉(zhuǎn)角）都隨著直噴時(shí)刻的提前而提前，但是CA50與CA90卻有著先提前后滯后的現(xiàn)象。并且與MO相比，M15在所有工況下的燃燒相位均滯后，并且M15的燃燒持續(xù)期（CA90一CA10）均大于M0，這主要是因?yàn)檎链己图状嫉募尤胧沟萌剂鲜橹到档?，并且甲醇和正辛醇的高汽化潛熱減緩了缸內(nèi)溫升速度，從而導(dǎo)致了燃燒相位滯后。

綜上所述，在PPC燃燒模式下，提高混合燃油中甲醇比例需要進(jìn)一步提前噴射時(shí)刻，增加預(yù)混時(shí)間，以適應(yīng)混合燃油更大的汽化潛熱，從而實(shí)現(xiàn)更高效率的燃燒。觀察兩種燃油在直噴時(shí)刻為一 時(shí)的性能發(fā)現(xiàn)，直噴時(shí)刻并非越提前越好，過(guò)早噴射會(huì)導(dǎo)致燃料過(guò)于稀薄，從而惡化低活性燃油的壓燃著火性能。

2.2PPC模式下缸內(nèi)碳煙生成特性

由圖6可知，在 直噴時(shí)刻缸內(nèi)的燃燒相位及放熱率表現(xiàn)較好，因此選擇該工況來(lái)分析不同混合燃油的缸內(nèi)壓力、放熱率、火焰溫度以及碳煙KL值。圖7示出 直噴工況下燃用MO，M15及M25的缸內(nèi)壓力和放熱率曲線。從圖中可以看出，由于M25燃油的活性低，其只在低負(fù)荷工況下出現(xiàn)少量的低溫放熱，因此不對(duì)其進(jìn)行后續(xù)的分析。與M15相比，MO燃油的燃燒相位提前，且峰值缸壓更大。

然后選擇碳煙初生時(shí)刻（圖7標(biāo)注垂直虛線處）、放熱率峰值時(shí)刻（圖7星號(hào)標(biāo)記位置）和缸壓峰值時(shí)刻（圖7叉號(hào)標(biāo)記位置）這3個(gè)典型時(shí)刻對(duì)MO和M15兩種燃油的火焰發(fā)展范圍和燃燒溫度進(jìn)行分析。圖8示出M0和M15在 噴射工況下獲得的火焰自發(fā)光高速圖像序列。

為避免不同濾波片對(duì)火焰光強(qiáng)的影響，均選擇加載 660nm 帶通濾波片的高速相機(jī)所攝錄的圖像進(jìn)行對(duì)比分析。從圖8a中可以觀察到M0火焰最先出現(xiàn)在 ，并且可以清楚地觀察到6個(gè)初始著火點(diǎn)，隨后著火點(diǎn)逐漸向燃燒室近邊緣以及燃燒室中心移動(dòng)（橢圓形框出區(qū)域），且各著火點(diǎn)火焰向四周低濃度區(qū)域擴(kuò)散，火焰范圍不斷增大。隨著燃燒放熱結(jié)束，燃燒室內(nèi)碳煙光強(qiáng)不斷減弱。由圖8b可見，由于甲醇以及正辛醇需要更多的汽化潛熱，M15的火焰最先出現(xiàn)在 ，明顯滯后于MO，并且初始著火點(diǎn)也僅有3個(gè)，此外，M15火焰的整體亮度低于M0，說(shuō)明M15燃燒時(shí)生成的碳煙少于M0。但是M15的火焰擴(kuò)散范圍明顯大于MO，這表明其燃油分布更均勻。

圖9示出了直噴時(shí)刻為一 時(shí)，MO與M15燃油的火焰溫度和碳煙 K L 值云圖圖像序列，其中前3列分別對(duì)應(yīng)圖7所標(biāo)記的3個(gè)典型時(shí)刻，即碳煙初生時(shí)刻、放熱率峰值時(shí)刻和缸壓峰值時(shí)刻?？梢园l(fā)現(xiàn)，M15燃燒時(shí)的火焰溫度整體高于M0，而碳煙KL值低于MO。這主要是由于甲醇燃料本身含氧，從而增加了混合燃油的氧含量，此外M15更長(zhǎng)的著火延遲期使得燃油與空氣預(yù)混更加充分，著火前卷吸更多空氣，從而提高了混合氣氧含量，導(dǎo)致火焰溫度更高。燃油的充分燃燒加速了碳煙的氧化，使得M15的碳煙減少。

圖10示出兩種燃油在不同時(shí)刻下的火焰溫度和碳煙KL因子的各區(qū)間占比變化。從圖中可以看出，兩種燃油在燃燒初始時(shí)刻的火焰溫度分布上存在較明顯差別，其中MO燃油的高溫區(qū)域（溫度大于2200K）占比約 50% ，而此時(shí)M15的高溫區(qū)域僅在 20% 左右，這是由M15中甲醇的高汽化潛熱導(dǎo)致。隨著燃燒的發(fā)展，火焰擴(kuò)散，MO的高溫區(qū)域占比呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)， 的低溫區(qū)域占比呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)；由于劇烈的預(yù)混燃燒，M15的高溫區(qū)域占比快速增加，并在 ATDC時(shí)達(dá)到峰值。

在 之后兩種燃油均表現(xiàn)為高溫區(qū)域占比減小，低溫區(qū)域占比增加的趨勢(shì)，具體表現(xiàn)為中間溫度區(qū)域占比大，高溫區(qū)域和低溫區(qū)域占比小的分布規(guī)律。

兩種燃油的碳煙分布在前期趨勢(shì)一致，都有大量的碳煙生成。但M15的高碳煙區(qū)域占比明顯低于M0，這是M15較高的氧含量所導(dǎo)致，較高的燃油氧含量會(huì)使碳煙的生成速率變低、氧化速率變大。在燃燒后期MO的各KL區(qū)間占比比較穩(wěn)定，而M15僅有高KL區(qū)間比較穩(wěn)定，低KL區(qū)間占比明顯下降，這可能是因?yàn)镸O的碳煙區(qū)域明顯小于M15（見圖8和圖9），在后期各碳煙區(qū)域同時(shí)從各自的邊緣開始被氧化，雖然碳煙整體減少，但是占比基本不變。與之相比，M15的燃油分布更均勻、更廣泛，碳煙區(qū)域大于M0，相當(dāng)于一個(gè)大的碳煙團(tuán)（不同于M0的多個(gè)碳煙團(tuán)），碳煙從外圍逐漸向內(nèi)部氧化，此時(shí)碳煙團(tuán)內(nèi)部的高碳煙區(qū)域比較穩(wěn)定，而外圍的低碳煙區(qū)域逐漸消失。

圖11示出了選定火焰區(qū)域的平均溫度和碳煙K L 值隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系曲線。從圖中可以看出，在燃燒開始階段，MO的燃燒溫度即達(dá)到最大值，主要是因?yàn)榇藭r(shí)的著火點(diǎn)較少，油氣混合物邊緣的氧含量較高導(dǎo)致燃燒溫度較高，隨著火焰區(qū)域的不斷增加，火焰整體的平均燃燒溫度逐漸下降。而M15則是經(jīng)歷了溫度的爬升后才到達(dá)最大值，主要是由于混合燃油中摻混的甲醇具有較高的汽化潛熱，在蒸發(fā)階段顯著降低了燃燒室內(nèi)的平均溫度。在燃燒開始后，由于油氣分布更加均勻以及甲醇的摻混提高了混合燃油的氧含量，M15的燃燒溫度不斷增加并在上止點(diǎn)附近達(dá)到最高 （2300K） ，之后開始下降。

MO的總碳煙 K L 值先是迅速增加，并在 進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。M15由于混合氣氧濃度較高，增強(qiáng)了碳煙的氧化，火焰范圍內(nèi)的總碳煙 K L 值在 之前均小于MO，隨著火焰溫度的下降，碳煙氧化速率減小。并且M15燃燒相位滯后于 M0 ，在 之后總碳煙 K L 值小幅度增加但整體碳煙生成小于 M0 。

3結(jié)論

a）隨著噴射時(shí)刻從 提前到一 ，MO和M15的峰值缸壓先增大后減小，兩種燃油的著火延遲期隨著噴射時(shí)刻的推遲不斷縮短，但火焰持續(xù)期存在一個(gè)最小值，MO在直噴時(shí)刻為一 時(shí)可以獲得更好的定容度，燃燒持續(xù)期最??；M15由于摻混了甲醇導(dǎo)致燃油活性降低，在直噴時(shí)刻為一 工況時(shí)獲得了最短的燃燒持續(xù)期；

b）直噴時(shí)刻為一 工況下，MO活性高，著火延遲期較短，碳煙初生時(shí)刻六孔油束的位置由于燃油濃度高而率先著火，對(duì)應(yīng)初始的著火點(diǎn)區(qū)域；隨后火焰向燃燒室低濃度區(qū)域擴(kuò)散燃燒；M15由于甲醇的汽化潛熱較高并且混合燃油的十六烷值較低，著火延遲期長(zhǎng)，燃油與空氣混合充分，分布范圍廣，火焰區(qū)域明顯大于MO，發(fā)光強(qiáng)度弱于MO；

c）PPC燃燒模式下，M15由于前期甲醇蒸發(fā)降低了著火點(diǎn)燃燒溫度，使得前期的燃燒溫度小于MO，隨著燃燒的進(jìn)行，M15的平均火焰溫度均大于MO；在碳煙生成上，由于M15著火延遲期較長(zhǎng)，著火前經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)間的預(yù)混并且甲醇自身含氧量高，所以碳煙生成要遠(yuǎn)小于MO。

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