高原地区发动机燃用醇类燃料及技术措施

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1：暑第tifu42000.°8.明理工大学学报高原地区发动机燃用醇类燃料及技术措施訾琨（昆明理工大学研究生部，云南昆明650051）功率下降所起的补偿作用，指出了在高原地区燃用醇类燃料的现实意义。文中还详细综述了发动机燃用醇类燃料以后出现的各种技术问题及其采取的技术措施。

一指标功率；n指示热效率；h燃料低热值；l0单位重量燃料完全燃烧所需空气量；gb发动机单位时间燃烧的燃料量；gs发动机单位时间进入汽缸的空气量；nv充气效率；p空气密度；vh汽缸容积；a过量空气系数；0前言高原地区，由于大气压力降低，空气稀薄，大气中含氧量相对减少，从而使在该地区工作的发动机由于空气量的减少，功率下降。高原地区运行的发动机为了恢复功率，目前一般采取的技术措施是采用废气涡轮增压。但从改变燃用燃料角度来考虑，为了补偿由于海拔升高造成的空气含氧量下降，发动机燃用含氧燃料也是一条可以考虑的途径。发动机燃用醇类燃料就是一个很好的例证。

1高原地区发动机燃用醇类燃料与指示功率的变化1.1发动机指示功率下降的原因由于：而：因此有表达式：其中：c！，c2，c是与变量单位有关的常数。

根据（1）式，发动机在平原（用下标。表示）和高原（用下标h表示）时，若认为发动机过量空气系数a不变，则根据万谢特公式，指示热效率n基本不变。这时，若发动机转速n不变。指示功率的变化可表示如而燃用纯乙醇燃料与燃用柴油和汽油相比较，为了使功率不下降，则相应的空气中含氧量的变化应满足下式：0-89（与燃用汽油相比）由以上计算结果与前述大气中含氧量随海拔的变化关系相比，可以看出，对于柴油发动机燃用乙醇后在海拔1500m左右的地区，即使不采用任何其它的技术措施，也可以使发动机功率不下降，而燃用甲醇后可以在1800m左右的地区，不采用任何其它的技术措施，也可以使发动机功率不下降。因此可以看出，在高原地区燃用醇类燃料有特别的意义。

2发动机燃用醇类燃料后的特点及技术措施由醇类与柴油，汽油的性能比较可以发现，醇类燃料的物理、化学性能与柴油、汽油相比有很大不同。

因此，发动机燃用醇类燃料后的燃烧也就带来了一系列特殊问题。

2.1燃烧供给的特点及相应技术措施由于醇类燃料热值低，发动机要保持燃用柴油时的相同热值，则需每循环的燃料供给量大幅度增加，这就要求对发动机喷油系统作相应的改进和调整。一般主要采取如下的技术措施。

一般采用增大柱塞直径或增大柱塞的有效行程he.可知，增大he可通过增大wpm（即提高柱塞的平均速度）来实现，而增大wpm可由选择合适的喷油泵凸轮轮廓线来实现。例如采用切线凸轮可增大柱塞的运动速度。

可知，增大供油量，还可通过增大喷孔直径（即增大/）和提高喷油压力（即ap）来实现。

当凸轮外形确定后，喷油压力的调整可通过调整喷油凸轮的工作段位置来实现，通过调整凸轮的工作位置，还可使供油持续角9，喷油速度等发生变化，达到增大供油量的目的。

2.2发动机燃用醇类燃料后燃烧特点及相应技术措施由于醇类燃料的十六烷值较低，自燃温度高，汽化潜热大等特点，使得醇类燃料的燃烧，具有一些特殊性。

由柴油机着火条件可知：首先具备浓度合适的混合气，再者要有足够高的温度（即达到燃料的自燃温度），并能将这一温度保持足够长的时间。由于醇类燃料自身的物理、化学特性，造成着火极为困难。因此，为了使发动机燃用醇类燃料后具有良好而平稳的运转性能，目前多采用以下几种方式：2.2.1米用混合燃料例如：在乙醇中添加60%戊基硝酸盐，在预热室柴油机上工作时，得到了和轻柴油相同的燃烧性能，在甲醇中添加20%的c8hnn3，可使16烷值提高到35，在环境温度25°c时，发动机可正常运转，若采用预热使甲醇温度升高到70°c，那么甲醇中添加12%就足够了。但是采用十六烷值升高剂，带来了nox排量增加，而且成本较高。如果能找到安全使用过氧化物添加剂的方法，那么现有的柴油机几乎不需要怎么改动就可以使用醇类燃料。

采用与其它燃料的混合燃料1如能把醇类燃料和轻柴油直妾混合则就可对原有柴油机不作大的更改的情况下燃用这种混合燃料。一般来说，醇和轻柴油的混合是非常困难的，如果能制成在轻柴油中以微粒状存在的乳状液，那么就能抵消一部分醇的气化潜热造成的影响，从而大幅度改善着火性能。例如：洋马公司在农用和工业用预燃室发动机上燃用无水乙醇50%+轻柴油30%+蓖麻油20%的混合燃料，获得了满意的性能，在怠速运转0寸，也不存在不稳定燃烧。

2.2.2利用辅助燃料的引导喷射柴油机燃用醇类燃料时，采用引导喷射（预喷射）或气化柴油的方式把十六烷值高的轻柴油用作辅助燃料，促进主燃料醇类的着火。先喷入的燃料由于压缩产生热量，并发生了一系列物理、化学变化，生成过氧化物等中间产物，它们能加速主燃料醇类的反应，另一方面此时的放热又使气缸内温度上升，这就大大缩短了醇类燃料的着火延迟期，改善了醇类燃料的燃烧性能。日本村山正教授在预热室柴油机中，在主喷射前0~20°ca）曲轴转角范围内喷射4~10%（以发热量为基准）的轻柴油，与单独使用轻柴油相比，燃料消耗率未上升，而nox浓度减少了1/3，实现了无烟运转。并且在低负荷时，只燃用轻柴油运转，不存在熄火和燃烧不稳定问题。

沃尔沃汽车公司在直喷式涡轮增压柴油机上作了实验。用16烷值为52的柴油作点火燃料，选择合适的喷射方向，喷油量及喷油定时，保证能在各种情况下可靠点火。柴油逆气流喷射，这时一小部分燃油与空气混合，并分布在气缸中心周围，形成一个较浓的燃油一空气混合区。燃油不会碰到活塞燃烧室壁面，其最佳方向是油束中心与燃烧室的同心园相切。喷入点火燃料（柴油）的系统是一个分配式喷油泵，每只气缸盖装有一个单孔喷咀，主燃料甲醇是通过原喷油系统喷入。主喷甲醇的发动机与燃用柴油时相比，炭烟排放量很少，排温下降（低于600°c），扭矩特性很hc和nox排放也比较好。

采用辅助燃料的引导喷射，发动机由于增加预喷射，则需要两个喷射系统。作为实际应用是有困难的，如果能采用由汽化器从进气系统吸入作为主燃料的醇，由原来的喷射系统喷入少量点火燃料（轻柴油）的方法（汽化柴油法），就有可能实现低廉的醇类发动机。这时可利用排出的热量从外部把醇预热，以抵消一部分气化潜热造成的影响。

文介绍了一种专利，在供油系统中装有主燃料甲醇的油箱，它通过一个辅助泵，用一个旁通油路与液化反应器相连。反应器将甲醇转变为二甲醚以供点火之用。反应器靠加热器，废气或电源加热，加热器用的甲醇从主供油线路输送过来，该系统也可以考虑将二甲醚或其它气体成分直接输送到柴油机的进气管中。

2.2.3其它措施在柴油机上直接燃用全甲醇由于其十六烷值低，自燃能力差，通常采用其它助燃方法点燃混合气，文中介绍了电火花塞进行辅助点火。开发了狭缝状喷孔的喷油嘴并以狭缝宽度和喷雾锥角作为变量采用4种喷油嘴进行了发动机试验和燃烧分析，表明可以改善低负荷时的燃烧和排放特性。

为了改善燃用醇燃料后热效率和排放性能，文研究了废气再循环对燃用甲醇的发动机燃烧及排放的影响。研究表明，在中、低负荷时，米用废气再循环可提高有效热效率并大幅度降低nox的排放>在低负荷时，采用egr加进气加热通过控制进气温度及氧气浓度可以达到高效低nox排放的燃烧由发动机燃用醇类燃料后的特点分析，可以看出，对于汽油机燃用汽油与醇类的混合'燃料，由于醇类的高汽化潜热，可以大大抑制汽油机的爆震，并降低发动机的热负荷，这无疑提高了发动机的可靠性和经济性。同时，发动机燃用醇类燃料后，可以实现无烟运行以及大大抑制了nox的生成条件使nx 5的排放大大减小。

当然，目前发动机燃用醇类燃料后还有不少问题有待进一步解决，例如：醇类燃料由于粘度小，带来的润滑性能变坏，机械磨损增大，零件寿命减短等问题较为严重。另一方面由于醇类有毒，安全性差，使用中放出甲醛、乙醛等有毒成份，造成新的污染。这些存在的问题都是需要认真解决的问题。

3结论1通过以上所述发动机燃用醇类燃料后可以，实现高效率低排放运行这对于改善发动机排放减少城：市污染，净化人类生存的环境有着十分重要的意义。同时，由于醇类燃料是含氧燃料，因此在高原地区使用燃用醇类燃料的发动机，可以减小发动机由于海拔变化而造成的发动机功率下降。这对于改善高原地区发动机动力性，有着其特殊的作用。因此，在高原地区燃用醇类燃料，其优越性更为突出，更具有广阔的前景。

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