P50/甲醇双燃料与柴油/甲醇双燃料发动机燃烧和排放特性的对比研究

作     者：富迪 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈昊

授予年度：2020年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：双燃料发动机 燃烧特性 NOx排放 超细颗粒物 EGR 

摘      要：本文在一台四缸高压共轨柴油机的基础上,加装甲醇控制系统,改装为双燃料发动机,并在小、中、大三个负荷,转速为1800r/min工况下运行。以P50/甲醇双燃料和柴油/甲醇双燃料为研究对象,在甲醇掺烧比为20%和40%时,对比二者的燃烧与排放规律,运用缸压传感器和燃烧分析仪等设备监测缸内压力变化,实时记录压力数据,并以此为基础计算燃烧放热率和燃烧温度。运用尾气分析仪和颗粒物粒径谱仪对双燃料发动机产生的NOx和颗粒物进行测量。根据以上指标分析两种双燃料发动机燃烧和排放特性规律。其次,引入废气再循环技术(Exhaust Gas Recirculation),简称EGR。在小、中、大三个负荷工况下,研究不同EGR阀门开度下双燃料发动机燃烧与排放的变化规律。研究结果表明:(1)在小、中、大三个负荷下,P50/甲醇双燃料的燃烧持续时间均比柴油/甲醇双燃料和纯柴油短;在小、中、大三个负荷下,P50/甲醇双燃料的燃烧压力最高值高于柴油/甲醇和纯柴油的燃烧压力最高值;P50/甲醇双燃料的瞬时放热率最高值高于柴油/甲醇双燃料和纯柴油;在滞燃期阶段,P50/甲醇双燃料的缸内平均温度与柴油/甲醇双燃料接近,明显低于纯柴油。速燃期和缓燃期阶段,P50/甲醇双燃料缸内平均温度高于柴油/甲醇双燃料和纯柴油。进入补燃期阶段,P50/甲醇双燃料的缸内平均温度逐渐低于柴油/甲醇双燃料和纯柴油;同种负荷下,甲醇掺烧比相同时,P50/甲醇双燃料的峰值压力循环变动率低于柴油/甲醇双燃料,但高于纯柴油;EGR阀门开度增大时,两种双燃料发动机缸内压力最高值、瞬时放热率最高值、缸内平均温度均降低。(2)小负荷工况下,P50/甲醇双燃料燃烧产生的NO略高于柴油/甲醇双燃料,但低于纯柴油;中等负荷工况下,P50/甲醇双燃料与柴油/甲醇双燃料燃烧生成的NO相近,且低于纯柴油;大负荷工况下,P50/甲醇双燃料燃烧产生的NO同时低于柴油/甲醇双燃料和纯柴油。EGR阀门开度增大时,两种双燃料和纯柴油燃烧排放的NO均降低。(3)小负荷工况下,P50/甲醇双燃料发动机排放的核态颗粒物和爱根模态颗粒物的数量浓度、体积浓度略高于柴油/甲醇双燃料发动机,低于纯柴油;凝聚态颗粒物低于柴油/甲醇双燃料和纯柴油。中、大负荷工况下,P50/甲醇双燃料发动机排放的核态颗粒物、爱根模态颗粒物和凝聚态颗粒物的数量浓度、体积浓度低于柴油/甲醇双燃料和纯柴油。在小、中、大三个负荷工况下,P50/甲醇双燃料发动机排放的颗粒物几何平均粒径小于柴油/甲醇双燃料和纯柴油燃烧模式下颗粒物几何平均粒径。EGR阀门开增大时,两种双燃料和柴油燃烧排放的颗粒物数量浓度、体积浓度的变化呈上升趋势,数量浓度和体积浓度的峰值向大粒径方向偏移。