甲醇/柴油机双燃料发动机的动力性和经济性的浅析

王磊　王星阳

摘要：在一台柴油机基础上，采用气道口电控喷射甲醇，缸内柴油引燃甲醇的方式，开发了电控甲醇/柴油双燃料样机，试验结果表明，它能使甲醇对柴油的替代率达到35.1%，经济性基本保持不变，而汽车的加速与原发动机相比，双燃料模式的最高爆发压力下降，排烟和NO 大幅度下降，该方法能精确控制甲醇喷射量，能使燃烧达到最佳状态。

关键词：柴油机；甲醇；双燃料；经济性；动力性

中图分类号：TK46 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2016）002-000-01

甲醇是一种环保型、可再生的生物质燃料，在柴油机上利用甲醇完全替代柴油是很困难的。需采取适当改善措施，所以开发了控制甲醇喷射的电控装置。采用双燃料方法，将甲醇喷入进气管，与空气混合形成均匀的预混合气，进入汽缸后由柴油进行引燃的方法。并在控制策略上，采取在柴油机冷启动、暖机、低速及小负荷工作下，燃用纯柴油，而在中负荷以后，开始喷入甲醇，以保持原机的起动性能，减少低负荷因喷入甲醇所造成的HC和醛类有害排放物的增加。

一、柴油--甲醇混合燃料

甲醇的十六烷值比柴油小得多，因此，过多地掺混甲醇会导致混合燃料的十六烷值很低，试验甲醇的掺混量不大于20%。

（一）不同燃料负荷特性分析

根据资料得出用0﹟柴油和甲醇—柴油混合燃料的耗油率ge曲线及热效率曲线。混合燃料在柴油机中的燃烧比较完全，柴油机耗油率下降，热效率有所提高，经济性有所改善（图1）。甲醇与柴油混合乳化后，其粘度略有降低，雾化性能有所改善。粘度是影响雾化程度和油注射入燃烧室空气介质深度的因素之一。粘度与雾化颗粒直径成正比，与雾化颗粒的总表面积成反比。甲醇—柴油混合油粘度较纯柴油稍低一些，因此有利于提高雾化质量和蒸发性能，使得燃料燃烧充分，热效率提高，这样改善了柴油机的经济性，且使排放烟度降低。

柴油机小负荷时燃用混合燃料的耗油率稍高于或接近于燃用柴油时的耗油率（图2）。其原因可能是低负荷时燃料喷射量较少而雾化特性差。

随着负荷的增大，柴油机燃用甲醇—柴油混合油的耗油率开始低于燃用柴油的油耗率，经济性有所提高。从而改善了柴油机的经济性。

（二）不同掺醇率对双喷射柴油机的燃烧及性能影响

图3是甲醇喷射提前角 12℃A，柴油喷射提前角17℃A的条件下，改变掺醇率时所测得的有关性能及排放曲线。由图3可见，当掺醇率从78.2%增至92.6%时.烟度为接近0的一条直线，基本上处于无烟燃烧；CO、HC排放均处于较低的水平；但是能耗线却随掺醇率过分增加而上升；噪音基本没有大的变化，但总的水平较高。当掺醇率从78.2%增加至84.8%时，燃料燃烧百分率为10%和90%所对应的曲轴转角相同，但是在掺醇率84.8%的条件下，所处曲轴转角为11℃A。而掺醇率78.2%时， 所对应的曲轴转角为12℃A，由此表明能耗率也较低。

相反，当掺醇率为92.6%时，所处的曲轴转角为13℃A；燃料燃烧百分率等于10%和90%所对应的曲轴转角分别为11℃A和44℃A，故能耗较高。我们认为是由于在同一工况下，喷入的柴油量过少92.6%的甲醇汽化，需吸收更多的汽化潜热，故致使甲醇的着火延迟期更长。

综合分析，认为双喷射柴油机在某种工况下存在着最佳的掺醇率。为了要有较高的动力性和经济性，必须合理选取掺醇率，掺醇率过低起不到节能与代用的目的，过高将会使燃烧效率降低。

从数据可知，随负荷的增加，即过量空气系数减小，甲醇柴油双喷射柴油机仍处于无烟燃烧状态。

二、甲醇喷射时刻与喷射量的控制

在甲醇喷射的控制方法上，采取在柴油机冷启动、暖机及小负荷和低转速下，燃用纯柴油，而在中负荷以后，开始喷入甲醇。

三、结论

（一）由于冷启动、暖机、小负荷和低转速下不喷射甲醇，柴油机在低负荷时不会排放未燃的甲醇和醛类有害物质。

（二）从目前的柴油和甲醇的价格上看，燃用甲醇-柴油双燃料的经济性提高不是很明显，但能获得较好的加速性能。

（三）所开发的甲醇电控装置，运行稳定、可靠，能够对甲醇的喷射量进行准确、有效的控制。

参考文献：

[1]王银山，姚春德.甲醇-柴油汽车的控制与性能研究[J].辽宁工程技术大学学报，2005，10.

[2]张德先.柴油机用双燃料发动机燃用 甲醇的研究[D].天津：天津大学机械工程学院，1983.

[3]王继先，蔡曾华.柴油机燃用柴油/甲醇双燃料的试验研究[J].农业工程学报，2001，3（17）.

[4]玉辉.柴油机燃用甲醇一一柴油混合燃料的研究[J].河南农业大学学报，2000，4（34）.

[5]姚春德，段峰，李云强.不同喷醇方式对柴油机实行柴油/醇组合燃烧时性能的影响[J].内燃机学报，2004，5.

王磊　王星阳

摘要：在一台柴油机基础上，采用气道口电控喷射甲醇，缸内柴油引燃甲醇的方式，开发了电控甲醇/柴油双燃料样机，试验结果表明，它能使甲醇对柴油的替代率达到35.1%，经济性基本保持不变，而汽车的加速与原发动机相比，双燃料模式的最高爆发压力下降，排烟和NO 大幅度下降，该方法能精确控制甲醇喷射量，能使燃烧达到最佳状态。

关键词：柴油机；甲醇；双燃料；经济性；动力性

中图分类号：TK46 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2016）002-000-01

甲醇是一种环保型、可再生的生物质燃料，在柴油机上利用甲醇完全替代柴油是很困难的。需采取适当改善措施，所以开发了控制甲醇喷射的电控装置。采用双燃料方法，将甲醇喷入进气管，与空气混合形成均匀的预混合气，进入汽缸后由柴油进行引燃的方法。并在控制策略上，采取在柴油机冷启动、暖机、低速及小负荷工作下，燃用纯柴油，而在中负荷以后，开始喷入甲醇，以保持原机的起动性能，减少低负荷因喷入甲醇所造成的HC和醛类有害排放物的增加。

一、柴油--甲醇混合燃料

甲醇的十六烷值比柴油小得多，因此，过多地掺混甲醇会导致混合燃料的十六烷值很低，试验甲醇的掺混量不大于20%。

（一）不同燃料负荷特性分析

根据资料得出用0﹟柴油和甲醇—柴油混合燃料的耗油率ge曲线及热效率曲线。混合燃料在柴油机中的燃烧比较完全，柴油机耗油率下降，热效率有所提高，经济性有所改善（图1）。甲醇与柴油混合乳化后，其粘度略有降低，雾化性能有所改善。粘度是影响雾化程度和油注射入燃烧室空气介质深度的因素之一。粘度与雾化颗粒直径成正比，与雾化颗粒的总表面积成反比。甲醇—柴油混合油粘度较纯柴油稍低一些，因此有利于提高雾化质量和蒸发性能，使得燃料燃烧充分，热效率提高，这样改善了柴油机的经济性，且使排放烟度降低。

柴油机小负荷时燃用混合燃料的耗油率稍高于或接近于燃用柴油时的耗油率（图2）。其原因可能是低负荷时燃料喷射量较少而雾化特性差。

随着负荷的增大，柴油机燃用甲醇—柴油混合油的耗油率开始低于燃用柴油的油耗率，经济性有所提高。从而改善了柴油机的经济性。

（二）不同掺醇率对双喷射柴油机的燃烧及性能影响

图3是甲醇喷射提前角 12℃A，柴油喷射提前角17℃A的条件下，改变掺醇率时所测得的有关性能及排放曲线。由图3可见，当掺醇率从78.2%增至92.6%时.烟度为接近0的一条直线，基本上处于无烟燃烧；CO、HC排放均处于较低的水平；但是能耗线却随掺醇率过分增加而上升；噪音基本没有大的变化，但总的水平较高。当掺醇率从78.2%增加至84.8%时，燃料燃烧百分率为10%和90%所对应的曲轴转角相同，但是在掺醇率84.8%的条件下，所处曲轴转角为11℃A。而掺醇率78.2%时， 所对应的曲轴转角为12℃A，由此表明能耗率也较低。

相反，当掺醇率为92.6%时，所处的曲轴转角为13℃A；燃料燃烧百分率等于10%和90%所对应的曲轴转角分别为11℃A和44℃A，故能耗较高。我们认为是由于在同一工况下，喷入的柴油量过少92.6%的甲醇汽化，需吸收更多的汽化潜热，故致使甲醇的着火延迟期更长。

综合分析，认为双喷射柴油机在某种工况下存在着最佳的掺醇率。为了要有较高的动力性和经济性，必须合理选取掺醇率，掺醇率过低起不到节能与代用的目的，过高将会使燃烧效率降低。

从数据可知，随负荷的增加，即过量空气系数减小，甲醇柴油双喷射柴油机仍处于无烟燃烧状态。

二、甲醇喷射时刻与喷射量的控制

在甲醇喷射的控制方法上，采取在柴油机冷启动、暖机及小负荷和低转速下，燃用纯柴油，而在中负荷以后，开始喷入甲醇。

三、结论

（一）由于冷启动、暖机、小负荷和低转速下不喷射甲醇，柴油机在低负荷时不会排放未燃的甲醇和醛类有害物质。

（二）从目前的柴油和甲醇的价格上看，燃用甲醇-柴油双燃料的经济性提高不是很明显，但能获得较好的加速性能。

（三）所开发的甲醇电控装置，运行稳定、可靠，能够对甲醇的喷射量进行准确、有效的控制。

参考文献：

[1]王银山，姚春德.甲醇-柴油汽车的控制与性能研究[J].辽宁工程技术大学学报，2005，10.

[2]张德先.柴油机用双燃料发动机燃用 甲醇的研究[D].天津：天津大学机械工程学院，1983.

[3]王继先，蔡曾华.柴油机燃用柴油/甲醇双燃料的试验研究[J].农业工程学报，2001，3（17）.

[4]玉辉.柴油机燃用甲醇一一柴油混合燃料的研究[J].河南农业大学学报，2000，4（34）.

[5]姚春德，段峰，李云强.不同喷醇方式对柴油机实行柴油/醇组合燃烧时性能的影响[J].内燃机学报，2004，5.