稀燃条件下甲醇汽油发动机燃烧和排放特性的试验研究

第39卷第2期 2018年P月内燃机工程Chinese Internal Combustion Engine EngineeringVol. 39 No. 2April. 2018文章编号！1000 — 0925(2018) 02 — 0048 —0&390022稀燃条件下甲醇汽油发动机燃烧和排放特性的试验研究黄震！，金兆辉！，姜北平！，任瑞雪2，安东％洪伟1(1.吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室，长春130022;2.长春一汽四环发动机制造有限公司，长春130000)Experimental Study on Combustion and Emission Characteristics ofa Lean Burn Engine Fueled with Methanol/GasolineH U A N G Zhen1J N Z h a o h u i1J A N G B e ip in g1，R E N R uixue2，A N D on g2，HONG W si1(1. State Key Laboratory of Automotive Simulation and Control，Jilin University，Changchun 130022，China;2. Changchun FAW Sihuan Engine Manufacture Co.，Ltd.，Changchun 130000，China)Abstract ；The combustion and emission characteristics of a GDI turbocharged engine fueled withdifferent methanol/gasoline blends respectively were investigated under lean burn conditions. Results showthat under lean b urn conditions，the equivalent fuel consumption tends to decrease first and then increasewith the mixture concentration getting thinner. It will increasewith the rise of methanol/gasolin lower than the original. In the p rocess of the mixture getting thinner，the peak cylinder pressure andcombustion temperature decrease，while thecombustiondurationandcycle-to-cyclevariabilitygraduallyincrease，Under leanburnconditions，t h e CO emissions t end t o decrease and t h e HC emissions decrease firs tand the increase，while t h e NO：, emissions increase firs t and t h en decrease，and will decrease with theincrease of the volume fractionofmethanol. Moreover，when theengineoperateswithmethanol/gasolineblends，t h e emission levels of NO：, and CO are lower t h an w i t h gasoline opera t i o n.摘要；在一台汽油缸内直喷（GDI)增压发动机上，研究了稀燃条件下燃用不同甲醇汽油混合燃料的燃烧特性和排放特性。

试验结果表明：稀燃条件下，随混合气农度逐渐变稀，当量燃油消耗率呈现出先降低后升高的趋势，并且随着甲醇比例的增加，当量燃油消耗率增加，但均低于原机。

在混合气逐渐变稀的过程中，燃烧时缸压峰值和燃烧温度总的变化趋势是逐渐降低，而燃烧持续期和循环变动率逐渐升高。

稀燃条件下，C O排放量逐渐降低，碳氢化合物排放呈先降低后增加的趋势。

NO。

排放量总的变化趋势是先增大后逐渐降低，随着甲醇体积分数的增加，NO。

的排放量逐渐降低，且3种甲醇、汽油混合燃料的NO。

*C O排放量都低于油燃 。

关键词；GDI发动机；甲醇汽油；稀薄燃烧;燃烧特性；排放特性Key words；GDI engine；methanol/gasoline; lean burn；combustioncharacteristi c s;emission charact e ris t i c sDOI；10. 13949/j. cnki. nrjgc. 2018. 02. 008中图分类号；TK411+.2 文献标识码；A收稿日期；2017-04-10 修回日期；2017-05-04基金项目：国家自然科学基金项目（51276080);吉林省自然科学基金项目（20170101137JC)Found Project：National Science Foundation of China(51276080) ；The Jilin National Science Foundation(20170101137JC)作者筒介：黄震"<<1一），男，硕士，主要研究方向为内燃机工作过程优化与控制，huangzhen%lu@qq. com;姜北平（通信作者），女，工程师，主要研究方向为内燃机工作过程优化与控制，jiangbp@。

2018年第2期内燃机工程〇概述甲醇作为一种含氧量高、火焰传播速度快、辛烷值高的燃料，其制备原，与汽油混合有助于燃烧，同时还能够降车尾气中常规排放，因而作为发动机高效的燃料受到广泛重视。

此，由于中国“贫油”的能源格局，开发和推广甲油燃中国的能源安全具有十分的P 意义。

因此，进行甲醇汽油燃料在发动机上的应用研究具有十分的[1]。

学甲油燃料进行了大量的研究。

文献[2]通过改变单缸火花点火式发动机的转速、点 火和压缩比等参数发现燃用M5(本文中M5、M15等表示不同配比的甲油混合燃烧，其中数字为甲醇体积百分比）燃的有效压力最大，燃用M20燃料时的有效热效率最大。

文献[3]对燃用不同比例甲油燃料的火火式发动机进行了外特性和速度特性试验，发现使用M15燃料能够获得最高的输出功率和最小燃油消耗率。

文献[4-5]的方式计算分析了燃烧室形状、涡流比、燃空比、压缩比等参数对火焰传播速度和燃烧速率的影响。

文献[6]]比例甲油的非常规排放物和燃烧特性进行了研究，发甲醇比例的力a，发动机动力性和经济性没有出显变化，而常规排放物却线性增加。

*]在单缸4冲程油机燃用M10、M20 和M30 进了空和试验，发着燃料中甲醇体积分数增加，C O和H C排放显著降低。

国内学者也开展了大量相关研究。

文献[8]对汽油机分别燃用纯汽油M0和M10 燃料的动力性、经济性和排放特性进行了试验研究。

[9]在缸电控喷射点燃式发动机上研究了点火和喷射冷起动时着火特性和H C排放的影响。

[10]中对甲油混合燃颗粒排放的影响展开研究。

[11]在油机上，在不同比例的甲油燃料中添加强化燃料下不同体积分数甲醇汽油G D I发动机的燃烧特性和排放特性的研究还比。

基于此，本次在一GDI 油机燃用不同体积分数的甲醇油研究了在稀燃条件下发动机的燃烧特性和排放特性。

1试验装置与方法1.1试验设备试验用发动机为某直列4缸增压直喷汽油机，图1为试验示意图，发动机参数如表1所示。

在试验中使用洛阳南峰测功机厂生产的C W160型 机，发动机控制研产的FST2E 610H型发动机测控，并采用长春第一光学有限公司生产的W Y C H21A3型光电信号器曲轴转角信号。

用A V L公司生产的733S. 18型油耗仪测出内的燃油量，采用K istler公司的6117B火式压力器测量缸内压力信号，经过A V L电荷放大器放大燃烧分析仪，同时用A V L公司生产的D IC O M400排气分析仪量其常规排放物，而过量空气系数用A V L公司生产的过量空气系数分析仪来加。

利用FreeSCale9S12 机控制，并通过L a b V IE W对发动机的喷油脉宽、喷油时刻、喷油、点火时刻进行实时控制。

气缸压力Freescale中冷后压力和温度计算机2PI空气流量计Im M m中冷器=H M])转速转矩控制mmI C A N^h排放仪〇)2分析仪111」44*咎如<~(醇醚类混合剂）对发动机外特性、燃油经济性和排放特性进行了相应的试验。

文献[12]对甲醇、汽油双燃料不同喷射方式对燃烧排放、热效率、爆震抑制的影响进行了试验研究。

油机常采用均质化学计量比的混合气来调节发动机的负荷，这可使发动机在理论空燃比下获得的排放，但无分发挥动力性和经济性。

稀薄燃烧是解决节能和排放的最重要的手[13]。

大部分研究主中在进气道喷射（PF!)发动机燃用甲油时的性能与排放方面，对稀燃条件图1试验系统示意表1发动机技术参数技术数名称数排量） 1 390缸径/mm X行程/m m76. 5 X75. 6压缩比10. 0最大功率/kW96(5 000 r/m in.)最大转矩/(N •m)220(1 750〜3 500 r/mi.)发动机型式4缸，，6气门，双顶置凸轮轴内燃机工程2018年第2期图2泵气损失压力量空气系数的变化图3为稀燃条件下，甲醇汽油混合燃料的当量 燃油消耗率&随甲体积分数变化的曲线，本文根 据能量相等原则采用当量燃油消耗率来进行分 析[14]。

在混合气变稀的过程中，当量燃油^率呈现出先降低后升高的变化趋势，在心=1. 2时。

结合图2可知，随着混合气变稀泵气损失压 力在逐渐减小，从而使燃油经济性提高。

混合气进一步变稀时，缸内燃烧恶化，燃油经济性降低。

并且，由于甲醇的添加使其当量燃油 率较燃用纯汽油时出现了程度的降低。

这主要是甲醇本的理化性质决定的，甲醇是含氧燃料，火焰传播速9>,图3燃油消耗率随过量空气系数的变化2.2对燃烧过程的影响图P 为稀燃条件下，甲醇汽油混合燃料燃烧时 的缸压峰值随甲醇体积分数的变化曲线。

可以看出，混合气在变稀的过程中，缸压峰的变化是降。

这主是由 于混 气变稀， 缸内的可燃混合气增加，从 大了工质的比热容，使燃烧速度减缓，定容放热量减小，导致失增大，从而使缸内燃烧温度降低[15]。