维普资讯 http://www.cqvip.com 第３７卷第９期 天津大学学报 Ｖｏ１．３７ Ｎｏ．９ Ｓｅｐ．２００４ ２００４年９月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＴｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ 柴油机进气预混甲醇降低碳烟与 ＮＯ 排放的试验研究 姚春德，李云强，王银山，段 峰，吉 庆 （天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室，天津３０００７２） 摘要：介绍了在发动机进气系统加入不同预混量甲醇对柴油机碳烟和ＮＯ 排放的影响．采用一种组合燃烧模 式，该模式是指低负荷时发动机仅燃用柴油，中等以上负荷燃用柴油与预混甲醇．试验在一台改装的喷醇发动机上 进行．与原柴油机性能进行的对比表明，采用组合燃烧方式的喷醇发动机的碳烟、ＮＯ 排放以及经济性明显优于原 柴油机．同样工况下碳烟和ＮＯ 排放分别可以减少４０％和ｌ５％以上，同时燃料消耗率也有大幅度改善． 关键词：柴油机；甲醇；组合燃烧；排放 中图分类号：ＴＫ４０６ 文献标志码：Ａ 文章编号：０４９３—２１３７（２００４）０９．０７５９．０６ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｏｏｔ ａｎｄ Ｎ０ ＥｍｉｓｓｉＯＩｌＳ ｂｙ Ｐｒｅ．Ｍｉｘｅｄ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｉｎｔａｋｅ Ｍａｎｉｆｏｌｄ ｏｎ ａ Ｄｉｅｓｅｌ Ｅｎｇｉｎｅ ＹＡＯ Ｃｈｕｎ—ｄｅ，ＬＩ Ｙｕｎ—ｑｉａｎｇ，ＷＡＮＧ Ｙｉｎ—ｓｈａｎ，ＤＵＡＮ Ｆｅｎｇ，ｊＩ ｑｉｎｇ （Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｓ，Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００７２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｒｅｐｏｒｔｓ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｍｅｔｈａｎｏｌ ｐｒｅ．ｍｉｘｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｉｎｔａｋｅ ｍａｎｉｆｏｌｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｉｏｎ ｍｏｄｅ，ｃａｌｌｅｄ ｄｉｅｓｅｌ／ｍｅｔｈａｎｏｌ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｓｏｏｔ ａｎｄ ＮＯ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ａ ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ．Ａ ｃｏｍｂｕｓ（ＤＭＣＣ），ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．ＤＭＣＣ ｍｅａｎｓ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅ ｏｎｌｙ ｕｓｅｓ ｄｉｅｓｅｌ ａｓ ｆｕｅｌ ａｔ ｌｏｗ ｌｏａｄ，ｂｕｔ ｕｓｅｓ ｂｏｔｈ ｄｉｅｓｅｌ ａｎｄ ｐｒｅｍｉｘｅｄ ｍｅｔｈａｎｏｌ ａｓ ｆｕｅｌ ａｔ ｈｅ ｏｔｈｅｒ ｔｌｏａｄｓ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔｓ ｗｅｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｏｎ ａ ｍｏｄｉｉｆｅｄ ｅｎｇｉｎｅ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅ— ｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ＤＭＣＣ，Ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ，ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｅｎｇｉｎｅ ｏｐｅｒａｔｅｄ ｏｎｌｙ ｉｎ ｄｉｅｓｅｌ ａｓ ｆｕｅｌ，ｔｈｅ ｍｏｄｉｉｆｅｄ ｅｎｇｉｎｅ ｈａｄ ｍｕｃｈ ｂｅｔｔｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｔｈａｎ ｔｈｏｓｅ ｏｆ ｂａｓｉｃ ｅｎｇｉｎｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉ— ｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｓｏｔ ａｎｄ ＮＯ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ４Ｏ％ａｎｄ ｌ５％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅ ｆｕｅｌ ｅｃｏｎｏｍｙ ａｌｓｏ ｉｍｐｒｏｖｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ；ｍｅｔｈａｎｏｌ；ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ；ｅｍｉｓｓｉｏｎ 柴油机的碳烟和ＮＯ 排放已经成为制约柴油机 发展的两大障碍，如何同时降低柴油机的碳烟和ＮＯ 排放是柴油机研究的重要课题．另外，针对我国石油能 源的特点，寻求合适的柴油替代燃料也是当前一个热 点课题．甲醇含氧并具有比柴油高约３倍的汽化潜热， 化、柴油／甲醇双喷射、柴油引燃进气吸人的甲醇混合 气、电热塞或电火花点燃甲醇混合气等．上述方法的重 点在于如何解决用甲醇替代柴油，因此，应用中追求高 的替代率．但由于甲醇本身的特性，上述方法的应用都 存在诸多问题，难以推广，主要表现为乳化燃料不稳 定、易分层．如加人助溶剂、表面活性剂和十六烷值改 同时甲醇的来源丰富，生产成本低廉，作为未来石油的 替代燃料具有很好的前景．因此，在柴油机掺人甲醇以 实现既减少柴油消耗又降低碳烟及ＮＯ 排放的研究 已经成为目前热点课题 ０ Ｊ． 目前柴油机燃用甲醇的主要方式有柴油／甲醇乳 进剂，则会增加发动机碳烟和ＮＯ 排放，同时增加应 用成本．双喷射则不仅需要改动缸盖，而且存在甲醇喷 射系统的寿命及可靠性问题 Ｊ．柴油引燃通过化醇器 吸人的甲醇混合气，易在进气管喉口处节流甚至结冰 收稿日期：２００３—０９—１２；修回日期：２００３—１１－２０． 基金项目：国家教育部骨干教师基金资助项目． 作者简介：姚春德（１９５５一 ），男．博士，教授．Ｅ—ｍａｉｌ：ａｒｃｄｙａｏ＠ｔｉｎ．ｅｄｕ．ｃｎ 维普资讯 http://www.cqvip.com ７６０· 天 津 大 学 学 报 第３７卷第９期 堵塞 ；电火花或电热塞助燃则不仅需要改动发动机 气，进行准均质混合气压燃燃烧．由于柴油着火性好， 使发动机的冷起动性和暖车不受影响，而甲醇具有高 而且同时存在火花塞及电热塞寿命问题 ．上述燃用 甲醇方法存在的问题阻碍了甲醇在压燃式发动机上的 应用．除此之外，目前在压燃式发动机上应用甲醇还存 汽化潜热并含氧，可以降低进气温度和加快燃烧，因此 采用组合燃烧将可以实现同时降低碳烟和ＮＯ 排放， 并达到替代部分柴油的目标． 在一个很大的问题，即由于追求高替代率，而在发动机 冷起动和小负荷工况下存在对环境有较大危害的醛类 排放物过高的问题．针对以上甲醇在压燃式发动机上 应用存在的不足，本研究提出用组合燃烧的新方式来 １ 试验装置与试验方法 试验是在一台高速直喷柴油机上进行的，其主要 参数见表１．在其进气总管上安装一只低压喷嘴，以形 成甲醇均质混合气．试验测试系统见图１，控制系统见 图２．试验所用柴油和甲醇的主要物化参数见表２． 燃用甲醇．组合燃烧是指在同一台发动机上，按照最优 性能的需要，采用不同的燃烧模式．例如：在起动、暖车 及小负荷工作时，发动机以纯柴油工作，实行扩散燃 烧；在中高负荷时，由柴油引燃缸内的甲醇均质预混合 表１试验发动机的技术参数 Ｔａｂ．１ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｐｅｃｉｉｃａｔｉｆｏｎｓ ｏｆ ｔｅｓｔ ｅｎｇｉｎｅ 缸径×行程／ ｍｍ×ｍｉｌｌ ８５×９５ 排量／Ｌ 压缩比 ｌ８：ｌ 标定功率，转速／ （ｋＷ．ｒ／ｍｉｎ） ３１，３ ０００ 最大扭矩．转速／ （Ｎ·ｍ，ｒ／ｍｉｎ） １１０，２ ０００ 喷嘴开启压力／ 喷油提前角／ 喷孔数×直径／ ＭＰａ ２０ ℃Ａ ＢＴＤＣ ２０ ４×Ｏ．２８ ２．１５６ 表２柴油和甲醇的主要物化特性 Ｔａｂ．２ Ｍａｉｎ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｄｉｅｓｅｌ ａｎｄ ｍｅｔｈａｎｏｌ 燃料 含氧量／ 密度（２０℃）／ （ｋｅ／Ｌ） Ｏ．８５ ０．７９２ 汽化潜热／ （ＭＪ／ｋｇ） Ｏ．２７ １．０８８ 黏度（２０℃）／ （ｍＰａ·Ｓ） ３．８ ０．６ｌｌ 低热值／ （ＭＪ·ｋｇ） ４２．７ ｌ９．９２ 着火温度／℃ ２８Ｏ ４７０ 十六烷值 ４５～６５ ３～５ 分子变更 系数 １．Ｏ３～１．０６ １．０６ｌ ３ 柴油 Ｏ～Ｏ．４ 甲醇 ５０ 图２进气预混甲醇控制流程 图１试验测试系统示意 Ｆｉｇ．１ Ｓｋｅｔｃｈ ｍａｐ ｏｆｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍ Ｆｉｇ．２ Ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｐｒｅ－ｍｉｘｅｄ ｍｅｔｈａｎｏｌ ｉｎ ｉｎｔａｋｅ ｍａｎｉｆｏｌｄ 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００４年９月 姚春德等：柴油机进气预混甲醇降低碳烟与ＮＯ 排放的试验研究 ·７６１· 试验中使用的其它主要设备仪器有ＣＷ２６０电涡 油，由于甲醇含氧并且燃烧速度陕，所以降低了烟度排 放．替代率高，则烟度改善就显著． 流测控机及发动机参数控制柜，计量燃油和甲醇消耗 的ＦＣＭ－０５瞬态流量计，ＦＳＩＦＧＡ４１０５五组分气体分析 仪，ＦＱＤ．１０２Ａ波许数字烟度计，ＨＹＲ．２５氧弹热量 计等． 为了实现组合燃烧，研究开发了一套控制系统，可 以实现在发动机冷起动与小负荷工作时仅用柴油工 作，以不影响原柴油机良好的冷起动和小负荷的ＨＣ 与ＣＯ排放性能，当进入中高转速和中高负荷后，由喷 嘴喷人甲醇．甲醇喷人量根据负荷要求决定．控制流程 见图２．图中 为冷却水温度， 为设定的发动机暖车 的最低温度，ｒｔ为发动机转速，ｒｔ 为设定喷醇的最低转 速， 为发动机扭矩， 为设定开始喷醇的最低扭矩． 试验中为操作方便，通过设定油门位置来设定 ． ２试验结果及分析 ２．１ 不同喷醇负荷起点对柴油机碳烟与ＮＯ 的影响 经过对发动机燃油喷射系统、喷醇起点、喷射量等 诸多参数进行优化后，采用组合燃烧方式的喷醇发动 机采用４×０．２５ ｍｍ喷嘴、２０。ＣＡ喷油提前角、２０ ＭＰａ 油嘴起喷压力与原机燃用柴油的性能进行比较．由于 喷醇发动机的高功率是用增加甲醇喷人量获得，所以， 减小喷孔直径（由０．２８ ｍｍ到０．２５ ｍｍ）不会影响发 动机的动力输出． 另外，试验发现，减小喷孔尺寸有利于在低速小负 荷获得更好的排放与经济性的综合效果．为了方便比 较，甲醇的喷入时刻即喷醇点按一定转速下的负荷率 来表征（负荷率指发动机扭矩与该转速下最大扭矩的 比值），例如，最大扭矩转速２ ０００ ｒ／ｍｉｎ下的５０％、 ６０％、６８％、７７％和８６％负荷率，分别对应于发动机在该转 速下的５５ Ｎ·ｍ、６５ Ｎ·ｍ、７５ Ｎ·ｍ、８５ Ｎ·ｍ和 ９５ Ｎ·ｍ．喷醇一经开始，柴油喷人量便不再增加，依 靠甲醇参加燃烧做功直至发动机达到原机性能最大负 荷的１０５％（１１５ Ｎ·ｍ）．试验结果见图３和图４． 由图３可见，原机的碳烟排放曲线随着负荷的增 加几乎呈线性增加，而喷醇后的各条碳烟排放曲线基 本上是水平的．这说明随着负荷增加，喷醇发动机的碳 烟排放基本不变，维持在喷人甲醇前的柴油燃烧时的 水平，同时曲线显示喷醇时的负荷起点越低碳烟的排 放水平就越低．如从８５ Ｎ·ｍ或９５ Ｎ·ｍ高负荷下开 始喷醇，烟度曲线趋向尽管类似，但其烟度值起始水平 较高．其中的原因可能是甲醇喷人后替代了一部分柴 图３不同喷醇负荷起点对喷醇发动机烟度的影响 Ｆｉｇ．３ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｓｍｏｋｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ ｄｉＪｆｅｒｅｎｔ ｍｅｔｈａｎｏｌ·ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｓｔａｒｔ ｐｏｉｎｔ 图４所示不同喷醇负荷起点的ＮＯ 排放情况与 碳烟的排放趋势类似，喷醇的负荷起点越低，喷醇对 ＮＯ 排放的降低幅度越大．试验发现，喷醇起点过低， 尽管ＮＯ 排放起始值低，但是随着喷醇量的加大而上 升，到了大负荷也即高喷醇量时，ＮＯ 浓度增加的速度 突然加快．这说明喷人甲醇虽能降低进气温度，但由于 其含氧而且燃烧速度快，所以喷人量过高，可能会使燃 烧温度激增，从而造成ＮＯ 增加．所以综合起来，喷醇 降低发动机ＮＯ 排放的效果是肯定的，但喷醇点应适 中．过早则大负荷时ＮＯ 排放高，过迟则ＮＯ 起始点 浓度高，如图４所示． 另外，试验还发现，如喷醇时刻过早，尽管柴油替 代率高，但发动机难以达到原机的功率水平，即便增加 图４不同喷醇负荷起点对喷醇发动机ＮＯ 的影响 ｉＦｇ．４ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ＮＯｘ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｍｅｔｈａｎｏｌ·ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｓｔａｒｔ ｏｐｉｎｔ 维普资讯 http://www.cqvip.com ７６２· 天 津 大 学 学 报 第３７卷第９期 喷醇量也如此．如图４中从５５ Ｎ·ｍ开始喷醇的曲 线，试验时扭矩达到原机１ｏｏ％负荷后，再增加醇不仅 会使经济性恶化，而且排放也恶化，尤其是未燃ＨＣ排 放增多．所以追求过高的柴油替代率对发动机的综合 性能不利．此外，不同转速下甲醇喷入量要求也有 差异． ２．２采用进气预混甲醇的喷醇发动机与原柴油机的 负荷特性对比 试验中将最大扭矩转速与标定转速下喷醇发动机 与原柴油机负荷特性进行了对比，２ ０００ ｒ／ｍｉｎ是从７５ Ｎ·ｍ开始喷醇，３ ０００ ｒ／ｍｉｎ是从６０ Ｎ·ｍ开始喷醇， 试验结果见图５～图８． 图中２ ０００原机与２ ０００喷醇分别代表ｎ＝２ ０００ ｒ／ｍｉｎ原柴油机与喷醇发动机的性能曲线，３ ０００原机 与３ ０００喷醇的意义类似．由于甲醇的低热值仅为纯 柴油的４６．７％，所以从体积消耗量来说，燃用甲醇的量 要比燃用纯柴油的量大得多．但是为了容易比较，试验 图５喷醇发动机与原柴油机进气温度的对比 Ｆｉｇ．５ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｏｆ ｉｎｔａｋｅ ａｉｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍｅｔｈａｎｏｌ－ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅ ａｎｄ ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ 图６喷醉发动机与原柴油机烟度的对比 ｉＦｇ．６ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｏｆ ｓｍｏｋｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍｅｔｈａｎｏｌ－ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅ ａｎｄ ｉｄｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ 负荷率／％ 图７喷醇发动机与原柴油机ＮＯ 的对比 Ｆｉｇ．７ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｏｆ ＮＯ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｂｅｔｗｅｎ ｍｅｔｈａｎｏｌ－ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅ ａｎｄ ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ 图８喷醇发动机与原柴油机经济性的对比 Ｆｉｇ．８ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｏｆ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｂｅｔｗｅｎ ｍｅｔｈａｎｏｌ－ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅ ｎａｄ ｄｉｅｓｅｌ ｅｎ￣ｎｅ 中采用了当量比油耗６ 这个概念，就是将所消耗的燃 料的能量折算到纯柴油的消耗率（ （ｋＷ·ｈ）），计算 公式为 —］ ＿鲁 州 ×１ ０００ 式中： ｕ、 分别为柴油、甲醇的低热值，ＭＪ／ｋｇ；Ｇｄ、 Ｇ 分别为柴油、甲醇的消耗量，ｋ ｈ；Ｐ 为发动机功 率，ｋＷ． 图５给出了采用组合燃烧方式的发动机进气温度 的变化规律．在负荷率＞７０％条件下，开始喷进甲醇，进 气温度随之大幅度下降，表明高汽化潜热的甲醇在汽 化过程中大量吸收进气热量，降低了进入气缸的进气 温度． 图６是两种发动机的烟度对比．由于喷醇发动机 在喷射系统上做了一定的优化，即减小了喷嘴的孔径， 由孔径Ｏ．２８ ｍｍ减小为Ｏ．２５ ｍｍ，柴油供油时刻也稍 有推迟，所以，在整个负荷范围，不论何种转速，烟度排 放大幅度减小，尤其是喷入甲醇以后，最大扭矩点烟度 降低５０％以上． 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００４年９月 姚春德等：柴油机进气预混甲醇降低碳烟与ＮＯ 排放的试验研究 ·７６３· 图７给出了喷醇发动机与原机在ＮＯ 排放上的 比较．由图可见，在喷醇开始前，ＮＯ 排放浓度稍高于 原机水平。当喷醇开始后，ＮＯ 排放浓度随之下降，高 转速时喷醇效果好于低转速的情况． 图８给出了喷醇发动机与原柴油机的燃料经济性 的比较．以当量柴油比油耗计，采用组合燃烧方式的发 动机的燃料经济性得到了显著改善，尤其是在最大扭 矩转速下，当量柴油比油耗在整个负荷范围都有大幅 度减少． ２．３采用进气预混甲醇的喷醇发动机与原柴油机的 外特性对比 图９～图１２给出了采用进气预混甲醇的喷醇发 动机与原柴油发动机的外特性比较结果．由图可见，发 动机在采用进气预混甲醇的组合燃烧方式后，动力性 有所增加，碳烟和ＮＯ 排放大幅度减少，经济性也得 到显著改善．另外，从图９可以看到，喷醇发动机的外 特性烟度值都小于２ ＢＳＵ，在各个转速下降幅都超过 ４０％．ＮＯ 排放浓度降低的幅度在１Ｏ％一２２％之间，如 图９喷醇发动机与原柴油机外特性烟度对比 Ｆｉｇ．９ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｏｆ ｓｍｏｋｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍｅｔｈａｎｏｌ－ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅ ｎａｄ ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ ｏｎ ＷＯＴ 图１Ｏ喷醇发动机与原柴油机外特性ＮＯ 排放量对比 ｉＦｇ．１０ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｏｆ ＮＯ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍｅｔｈａｎｏｌ－ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅ ａｎｄ ｉｄｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ ｏｎ ＷＯＴ ≥ 图ｌｌ 喷醇发动机与原柴油机外特性经济性对比 ｉＦｇ．ＩＩ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｏｆ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍｅｔｈａｎｏｌ－ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅ ａｎｄ ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ ｏｎ ＷＯＴ 图１２喷醇发动机与原柴油机外特性动力性对比 ｉＦｇ．１２ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｏｆｔｏｒｑｕｅ ｂｅｔｗｅｎ ｍｅｔｈａｎｏｌ－ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅ ａｎｄ ｉｄｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ ｏｎ ＷＯＴ 图１０所示．可见，发动机采用进气预混甲醇后在节能 降污等方面有着明显的优势． 研究结果表明，用部分预混代替扩散燃烧可以减 少发动机的碳烟排放＿６ Ｊ．美国西南研究院“柴油机燃 烧均质充量压缩燃烧”、日本交通安全研究院“均匀充 量柴油机燃烧过程”等都是采用尽可能多的预混燃烧 来替代原柴油机的扩散燃烧，以降低碳烟的排放 ｊ． 甲醇的高汽化潜热是柴油机在小负荷燃用甲醇时 的一个不利因素，易产生醛类及未燃ＨＣ排放．但在柴 油机高负荷工况下则不然，此时燃烧室与整机温度都 很高，甲醇在经进气系统进入气缸的过程中充分吸热 汽化，大幅度降低进气系统的温度（试验中最高降温 ２５ ｃ【＝），进入气缸后低温混合气还会进一步吸收热量， 这些因素的综合会使最高燃烧温度降低，减少ＮＯ 排 放．此外，由于进气温度降低，柴油机的充气效率也将 会有提高，有利于提高柴油机的燃烧效率． 由于本研究是以降低柴油机排放为主要目的，所 以试验的宗旨是以尽量少的醇来达到尽可能多的降低 维普资讯 http://www.cqvip.com ７６４· 天 津 大 学 学 报 第３７卷第９期 碳烟和ＮＯ 排放．在研究过程中尽管甲醇的替代率最 大到５０％（质量分数），但柴油机大部分工况仍主要是 周龙保，赵慧，等．缸内直喷轴向分层燃烧系统 ［２］ 黄勇成，燃用醇类燃料的试验研究［Ｊ］．内燃机学报，２０００，１８ （１）：６３— ７． 用柴油，高压油嘴得到的冷却是足够的，不会影响可靠 性．因此，采用组合燃烧法实现柴油机低碳烟和ＮＯ 排放以及部分替代柴油燃料具有很好的应用前景． ３ 结论 １）采用进气预混甲醇的方法可以大幅度降低柴 油机碳烟排放，喷醇量越大，降低碳烟越显著．在同样 碳烟极限下，喷醇发动机比原机具有较好的超负荷运 转能力． ２）增加喷醇量会大幅度降低进气温度，减少了 ＮＯ 的生成． ３）甲醇预混量应根据不同转速适时调整，在低转 速时喷醇量不应太高．过高的喷醇量会增加发动机的 未燃碳氢排放，影响其动力输出，同时恶化了燃料经 济性． ４）喷醇发动机的供油定时可以不变或稍加推迟， 喷嘴的孔径应适当减小，以便获得最佳的发动机综合 性能． 参考文献： ［１］ 傅茂林，李海林，王海，等．柴油机燃用柴油一甲醇一水复 合乳化燃料的研究［Ｊ］．内燃机学报，１９９５，１３（２）：１０２— １０９． Ｆｕ Ｍａｏｌｉｎ，Ｌｉ Ｈａｉｌｉｎ，Ｗａｎｇ Ｈａｉ，ｅｔ ａ１．Ａ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｂｕｒｎｉｎｇ ｄｉｅｓｅｌ ｏｉｌ．ｍｅｔｈａｎｏｌ—ｗａｔｅｒ ｉｎ ａ ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆＣＳ１ＣＥ，１９９５，１３（２）：１０２—１０９． Ｈｕａｎｇ Ｙｏｎｇｃｈｅｎｇ，Ｚｈｏｕ Ｌｏｎｇｂａｏ，Ｚｈａｏ Ｈｕｉ，ｅｔ ａ１．Ｅｘｐｅｒｉ· ｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｄｉｒｅｃｔ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｌａｒｌｙ ｓｔｒａｔｉ— ｌｆｅｄ ｃｈａｒｇｅ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｌａｃｏｈｏｌ ｅｎｇｉｎｅｓ［Ｊ］．Ｔｒａｎ— ｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆＣＳ， ，２０００，１８（１）：６３—６７． ［３］ 何学良，詹勇厚，李疏松．内燃机燃料［Ｍ］．北京：中国石 化出版社，１９９９．３７６—３７８． Ｈｅ Ｘｕｅｌｉａｎｇ，Ｚｈａｎ Ｙｏｎｇｈｏｕ，Ｌｉ Ｓｈｕｓｏｎｇ．Ｆｕｅ／ｓ ｏｆＩＣＥ［Ｍ］． Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｒｅｓｓ，１９９９．３７６—＿３７８． ［４］ 张德先．柴油一甲醇双燃料发动机的研究［Ｄ］．天津：天津 大学，１９８３．２７＿２８． Ｚｈａｎｇ Ｄｅｘｉａｎ．Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｄｉｅｓｅｌ·Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｄｕａｌ Ｆｕｅｌ Ｅｎｇｉｎｅ ［Ｄ］．Ｔｉｎａｊｉｎ：Ｔｉｎａｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，１９８３．２７＿２８． ［５］ Ｉｍｏｔｏ Ｋ．Ｎｅｗ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｈａｎｏｌ—ｆｕｅｌｅｄ ＩＤＩ ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ［Ａ］．Ｉｎ：ＶＩＩ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ａｌｃｏ— ｈｏｌ Ｆｕｅ／ｓ『Ｃ］．Ｐａｒｉｓ：１９８６． ［６］ 姚春德，刘增勇，高昌卿，等．柴油引燃天然气的双燃料燃 烧机理的研究［Ｊ］．工程热物理学报，２００２，２３（６）：６１— ６３． Ｙａｏ Ｃｈｕｎｄｅ，Ｌｉｕ Ｚｅｎｇｙｏｎｇ，Ｇａｏ Ｃｈａｎｇｑｉｎｇ，ｅｔ ａ１．Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓ ｉｇｎｉｔｅｄ ｂｙ ｄｉｅｓｅｌ ｆｕｅｌ ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｈｅｒｍｏｐｈｙｓｉｃｓ，２００２，２３（６）： ６１— ３． ［７］ Ｇｒａｙ Ｉｌ１．Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ ｃｈａｒｇｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓ ｉｇｎｉｔｉｏｎ（ＨＣＣ１）ｏｆ ｄｉｅｓｅｌ ｆｕｅｌ［Ａ］．Ｉｎ：ＳＡＥ Ｐａｐｅｒ［ｃ］．Ｄｅｔｒｏｉｔ：ＳＡＥ，１９９７． ［８］ Ｈｉｓａｋａｒａ Ｓｕｚｕｋｉ．Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ ｃｈａｒｇｅ ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ［Ａ］．Ｉｎ：ＳＡＥ Ｐａｐｅｒ［Ｃ］．Ｄｅｔｒｏｉｔ：ＳＡＥ， １９９８．