不同甲醇預(yù)混合氣引燃燃燒模式燃燒特性分析

1、不同甲醇預(yù)混合氣引燃燃燒模式燃燒特性分析針對(duì)甲醇、生物柴油和聚甲氧基二甲醛 PODE 的優(yōu)勢(shì) , 為了改善經(jīng)濟(jì)性 , 在一 臺(tái) CY25 柴油機(jī)上分析不同引燃燃料對(duì)甲醇預(yù)混合氣引燃燃燒模式燃燒特性的影響。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明： PODE 引燃模式的排放特性較差， CO 濃度相較生物 柴油模式 可高達(dá) 2-3 倍。在大甲醇質(zhì)量比下 HC 排放濃度可高達(dá)生物柴油的 5 倍。甲醇質(zhì)量 比擬小時(shí)促進(jìn)了 NOX 生成, 增大質(zhì)量比可以降低 NOX 濃度。生 物柴油引燃模式的 排放持性隨甲醇質(zhì)量比變化較平穩(wěn) ,PODE 引燃模式那么隨甲醇 質(zhì)量比變化增長(zhǎng)較 快。引言甲醇是公認(rèn)的極其具有前景的替代燃料。很多學(xué)者都對(duì)

2、甲醇車用技術(shù)進(jìn)行了 積 極的研究和開(kāi)發(fā)，但由于甲醇汽化潛熱大和熱值低等因素使得其無(wú)法直接應(yīng)用與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上 ，本文大膽利用生物柴油和 PODE 高十六烷值持性 , 作為甲醇 預(yù)混合氣 的引燃燃料 , 來(lái)探究比照不同甲醇預(yù)混合氣的排放特性。1 曲僉燃料及理化特性本試驗(yàn)中所用的生物柴油、甲醇和 PODE 的理化性質(zhì)如表 1 所示。甲醇的高含氧特性使得其在燃燒過(guò)程中起到自供氧作用，從而改善柴油機(jī)燃 燒 和排放性能 1,尤其是可以大幅度降低碳煙的排放 2, 且甲醇來(lái)源廣泛價(jià)格 低廉，而 其十六烷值較低，難以直接在壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)上使用是需要硏究解決的問(wèn) 題。生物柴油除了比 0#柴油粘度低和低含氧特性 ,

3、具余特性均比 0#柴油要差 , 這些 原因會(huì)使得在柴油機(jī)上應(yīng)用產(chǎn)生較高的 NOX 和較差的經(jīng)濟(jì)性，因此生物柴 油的使 用總是會(huì)搭配其他揮發(fā)性好的燃料。聚甲氧基二甲醛 簡(jiǎn)稱 PODEn 簡(jiǎn)式為 ：CH30 CH20 nCH3 其中 n >1,本試驗(yàn)采用的 n 值為 3 的混合物 , 其作為燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)上表現(xiàn)出優(yōu)良的 燃燒 和排放持性3。PODE由于其高含氧、高十六烷值和排放清潔等特點(diǎn)4,5 ,近年來(lái)逐漸受到清潔燃料行業(yè)的關(guān)注。試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)見(jiàn)表 2。2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算分析方法試驗(yàn)所用發(fā)動(dòng)機(jī)是由常運(yùn) CY25 型單缸柴油機(jī)改造，對(duì)于原機(jī)的噴油系統(tǒng)仍 然 采用, 用于引燃油的噴射 , 油耗

4、儀可以測(cè)得引燃油油耗。試驗(yàn)還附加一套進(jìn)氣道噴醇設(shè)備，采用一般單孔噴油嘴，可以通過(guò)噴射脈寬和噴射周期獲得甲醇消耗量?？赏瑫r(shí)調(diào)整缸內(nèi)直噴引燃油量和進(jìn)氣道噴醇量，每次試驗(yàn)都先進(jìn)行無(wú)甲醇預(yù)混合氣的單一燃料試驗(yàn)，然后遞減缸內(nèi)直噴引燃油油門，并逐漸增加進(jìn)氣道噴醇量脈寬, 直至尋找到該工況下最大的噴醇量。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在 1600r/min , 負(fù)荷為 Pme=0.3MPa o3 試驗(yàn)結(jié)果分析從圖 1 兩種引燃模式 CO 排放濃度變化曲線比照?qǐng)D中可以看出 :PODE 弓| 燃 燃 燒模式的 CO 排放濃度高于生物柴油引燃燃燒模式，其 CO 生成濃度隨甲醇質(zhì) 量比 變化斜率約為生物柴油引燃模式的 2 倍。這是

5、因?yàn)樯锊裼偷倪\(yùn)動(dòng)粘度是 2.41mm2 s-l , 約為 PODE 燃料的二倍 , 運(yùn)動(dòng)粘度大導(dǎo)致的燃油蒸發(fā)擴(kuò)散比例 小, 使 得生物柴油引燃模式的擴(kuò)散燃燒比例大，在這種模式下空氣量充足 , 有利 于燃料充 足燃燒形成C02。當(dāng)甲醇比例逐漸增大時(shí),這對(duì)于缸內(nèi)燃料來(lái)說(shuō)甲醇 預(yù)混合氣偏 濃, PODE 引燃模式那么由于蒸發(fā)速度快和燃燒速度快 , 使得缸內(nèi)整體 屬于過(guò)濃混合 氣，過(guò)量空氣系數(shù)低，生成較高比例的 CO。圖2為兩種引燃燃燒模式碳?xì)渑欧盼餄舛?。在較小的甲醇質(zhì)量比下，生物柴油引燃模式的 HC 排量均有高于 PODE 引燃模式的趨勢(shì)進(jìn)一步增加甲醇 ,PODE 引燃模 式的 HC 排放量呈現(xiàn)高

6、增長(zhǎng)率 , 生物柴油引燃模式那么是趨于平穩(wěn)。在較小 的甲醇質(zhì)量 比下，兩種引燃模式偏向于單種燃料壓燃模式， 生物柴油引燃模式的 燃油霧化效果較 差,容易出現(xiàn)缸內(nèi)燃燒不完全現(xiàn)象。當(dāng)甲醇質(zhì)量比進(jìn)一步增加, 引燃油減少 ,預(yù)混合氣濃度增加 , 這時(shí)應(yīng)從汽油機(jī)預(yù)混合燃燒模式分析 , 由于 PODE 燃料的熱值僅為生物柴 油的一半，在甲醇汽化潛熱影響下， PODE 很容易 出現(xiàn)失火現(xiàn)象。圖 3 為 NOX 排放物濃度比照?qǐng)D。隨看甲醇質(zhì)量比增加 , 兩種引燃模式均出 現(xiàn)先 升高后降低的趨勢(shì) , 甲醇的高質(zhì)量引入會(huì)降低 NOX 排放量的生成 , 這與缸 內(nèi)溫度有 看密不可分的關(guān)系。甲醇質(zhì)量比擬小時(shí)促迸了 NOX 生成,這是因?yàn)橥?時(shí)甲醇的含氧 特性表現(xiàn)一局部作用 , 同時(shí)汽化潛熱導(dǎo)致的滯燃期延長(zhǎng)可以為 NOX 生成創(chuàng)造必要的 時(shí)間。 PODE 燃料具有的含氧量近似是生物柴油的 5 倍， 這為 NOX 生成創(chuàng)造了富 氧的條件。生物柴油的十六烷值低于 PODE , 滯燃期的 延長(zhǎng) , 使得燃燒放熱率中心遠(yuǎn) 離上止點(diǎn)，影響缸內(nèi)然后溫度,這從溫度條件上抑 制NOX的生成。4 結(jié)論P(yáng)ODE 引燃模式相較柴油