柴油甲醇组合燃烧方式在机车柴油机上的燃烧特性研究

摘要

近年来我国铁路建设得到快速发展，尽管电气化是一个重要的方向，但是内燃机车仍然在国民经济中发挥着不可替代的作用。我国的内燃机车以柴油动力为主，虽然数量不多，但是燃油消耗量大，每年内燃机车消耗的柴油约占全年柴油总消耗的6％左右。我国的石油资源不足，每年的进口量已经接近60%，对石油能源安全构成很大的压力。因此，寻找清洁的有效的替代燃料也就变得十分重要。甲醇是一种含氧浓度高的燃料，燃烧起来更加充分。制取甲醇所用原材料主要来源于煤炭，技术成熟，成本较低，这与我国富含煤炭的能源结构也是十分匹配的。因此，采用甲醇替代内燃机的石油燃料，以缓解国家石油能源压力十分重要。
　　课题组于多年前提出了柴油/甲醇组合燃烧方式，并将其成功应用到高速车用柴油机上。以往的台架实验以及整车实验的结果表明，使用这种方式可以在动力性不降低的情况下大幅度有效地替代柴油，提高了燃料经济性及其有效热效率，同时可以降低碳烟与NOx排放。
　　本课题是在一台机车用中速柴油机上对其进行部分改装，使其满足运行柴油/甲醇组合燃烧的要求。在该机上加装甲醇供应及其喷射系统，采用自己开发的电控单元对甲醇喷射量和喷射时刻按照发动机实际运行工况进行适时调节；同时安装缸压等必要传感器以收集发动机的运行参数，利用得到的参数分析研究该发动机在运行组合燃烧模式的燃烧特性；另外，将该机运行柴油/甲醇组合燃烧的的性能与原机燃用柴油的性能进行了对比研究。
　　研究发现，在机车中速柴油机上维持其动力性不变的条件下，采用柴油/甲醇组合燃烧方式是可行的。与原机的纯柴油模式相比，柴油甲醇二元燃料的燃烧滞燃期增长，燃烧持续期缩短，燃烧过程更加的集中。在不同负荷下有着不同的特点，中低负荷下，燃烧呈现单峰快速放热，扩散燃烧基本消失；在大负荷下，预混燃烧比例有所提高，但燃烧过程仍保持双峰放热规律。同时，二元燃料燃烧方式下的最大爆发压力与压力升高率均高于原机，最高燃烧温度也随着甲醇喷射量的增加而升高。另外，研究结果发现，二元燃料燃烧的热效率的高低与负荷密切相关，在低转速600r/min时，随着甲醇的喷入，有效热效率降低，且随着替代率的升高，热效率降低幅度加大，在33%替代率时下降了9.06%。但是，在高转速1000r/min喷入甲醇后，随着喷射量的增加，有效热效率得到提高，负荷越高，越有利于提高其热效率。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1前言

1.2替代燃料在内燃机上的应用

1.3甲醇在柴油机上的应用

1.4甲醇/柴油机组合燃烧模式的提出

1.5本次课题的意义及主要内容

第二章 甲醇的燃烧特点以及二元燃料燃烧机理分析

2.1甲醇燃料的燃烧特点

2.2甲醇燃料的燃烧机理

2.3二元燃料燃烧特性分析

2.4本章小结

第三章 柴油/甲醇二元燃料燃烧发动机设计改造

3.1发动机的设计与改装

3.2电子控制部分的设计

3.3柴油甲醇发动机控制策略

3.4本章小结

第四章 柴油/甲醇二元燃料燃烧特性研究

4.1实验台架和方法

4.2柴油/甲醇二元燃料燃烧特性研究

4.3柴油/甲醇二元燃料燃烧经济性分析

4.4本章小结

第五章 全文总结及工作展望

5.1全文总结

5.2进一步工作展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢