增压柴油机进气预混甲醇燃烧特性试验研究

摘要

从资源总量上来说，我国是一个贫油、富煤的国家。甲醇可以从劣质煤中制得，同时也是可再生能源，在柴油机上掺烧甲醇作为替代燃料符合我国的能源结构。本文对甲醇/柴油双燃料发动机燃烧特性进行了研究，具有一定的学术意义和应用价值。
　　 甲醇汽化潜热高，十六烷值低，难以直接在柴油机上燃用，本文在完成对常柴4B26涡轮增压柴油机改造的基础上，采用进气预混甲醇的方法成功实现了甲醇在柴油机上的燃烧。在台架试验的基础上，基于组分法利用matlab程序语言编写了进气预混甲醇柴油机放热规律计算程序，进而分析了柴油机进气预混甲醇的燃烧特性，并对进气预混甲醇柴油机的性能进行了分析，主要结论如下:
　　 (1)随着甲醇掺烧比的增加，进气温度降低，缸内最大平均温度先降后升。低转速工况和高转速、低负荷工况下，随着甲醇掺烧比的增加，燃烧始点推迟，滞燃期延长，放热率峰值增大，预混燃烧放热量增大，燃烧持续期缩短;低负荷甲醇掺烧比过大时，放热率曲线面心偏离上止点较多;中高转速、高负荷工况下，当甲醇掺烧比高于28.6％时，甲醇/空气混合气在引燃柴油着火之前发生了自燃，燃烧始点提前，燃烧持续期延长，放热率曲线出现多个峰值。综合考虑，在低负荷时，为了提高发动机经济性，甲醇掺烧比应控制在50％以下，高转速高负荷时，为了缓和发动机工作粗暴程度，甲醇掺烧比不应高于30％。
　　 (2)与12℃A BTDC供油提前角相比，采用10℃A BTDC供油提前角可以大幅降低缸内最大压力和最大压力升高率，有效减小了双燃料模式下柴油机工作粗暴工况区域，可以提高甲醇掺烧比，因此进气预混甲醇后应适当推迟喷油。推迟喷油后，低转速、低负荷时，放热率峰值升高，燃烧持续期缩短，其它工况下，放热率峰值减小，燃烧持续期变化不大;
　　 (3)与纯柴油模式相比，双燃料模式下的最大扭矩较高，动力性有所提高，低负荷时，当量比油耗稍高，随着甲醇掺烧比的增大，当量比油耗先降后升，存在一个最佳甲醇掺烧比;中、高负荷时，经济性经高于纯柴油模式，随着甲醇掺烧比的增大，当量比油耗总体呈下降的趋势;
　　 (4)与纯柴油模式相比，双燃料模式负荷特性的碳烟和NOx排放较低，HC和CO排放较高。随着甲醇掺烧比的增大，碳烟和NOx排放大幅降低， CO排放增加，HC排放在低负荷时恶化，高负荷时有所改善。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 车用发动机替代燃料

1．3 甲醇燃料特性及在柴油机中应用

1．3．1 甲醇燃料的特性

1．3．2 甲醇在柴油机中的应用

1．4 选题意义及主要工作

第二章 试验装置及试验方法

2．1 试验装置及仪器

2．2 试验方法

2．3 示功图数据采集

2．4 本章小结

第三章 柴油机进气预混甲醇放热规律计算

3．1 燃烧过程数值计算的方法

3．2 放热规律计算模型

3．2．1 示功图的光顺处理

3．2．2 燃烧放热率计算原理与基本假设

3．2．3 基本微分方程

3．3 放热规律计算结果对比分析

3．4 本章小结

第四章 增压柴油机进气预混甲醇燃烧特性分析

4．1 甲醇掺烧比的影响

4．1．1 甲醇掺烧比对过量空气系数的影响

4．1．2 甲醇掺烧比对缸内压力和压力升高率的影响

4．1．3 甲醇掺烧比对放热规律的影响

4．1．4 甲醇掺烧比对温度的影响

4．2 负荷的影响

4．2．1 负荷对缸内压力及压力升高率的影响

4．2．2 负荷对放热规律的影响

4．2．3 负荷对缸内平均温度的影响

4．3 柴油供油提前角的影响

4．3．1 供油提前角对缸内压力及压力升高率的影响

4．3．2 供油提前角对放热规律的影响

4．3．3 供油提前角对缸内平均温度的影响

4．4 本章小结

第五章 增压柴油机进气预混甲醇性能分析

5．1 经济性及动力性

5．1．1 当量比油耗的负荷特性对比

5．1．2 甲醇掺烧比对双燃料模式当量比油耗的影响

5．1．3 扭矩和当量比油耗的外特性对比

5．2 排放特性

5．2．1 碳烟排放

5．2．2 NOx排放

5．2．3 HC和CO排放

5．3 本章小结

第六章 全文总结与展望

6．1 全文总结

6．2 今后工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文