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高溫燃燒清潔乙醇燃料柴油機(jī)的展望

采用清潔的醇類作為柴油機(jī)的替代燃料已經(jīng)研究了幾十年，但真正商用化的發(fā)動(dòng)機(jī)是由底特律柴油機(jī)公司在20世紀(jì)80年代生產(chǎn)的以甲醇為燃料壓燃式柴油機(jī)。提高氣缸在上止點(diǎn)時(shí)的壓縮比能夠解決辛烷值和熱值低的缺點(diǎn)，其壓縮比可高達(dá)23∶1。

在缸內(nèi)直噴的柴油機(jī)上使用如甲醇和乙醇的清潔醇類燃料是比較困難的，這是由于醇類燃料的可燃性較差，而使用高溫燃燒的方法可克服這一局限，同時(shí)在這種條件下，重型柴油機(jī)也可以利用那些已經(jīng)氧化的低噴射壓力燃料。

為實(shí)現(xiàn)可靠的燃燒，需要采用進(jìn)氣預(yù)加熱的方法。通過模型仿真解決了可燃性問題，模型仿真表明，采用高渦輪增壓、非中冷的空氣進(jìn)入低散熱面的氣缸有助于控制點(diǎn)火延遲在可接受范圍內(nèi)。隨著排除廢氣焓值的增加，可以利用對(duì)熱量的管理以及機(jī)械廢氣再利用系統(tǒng)來進(jìn)行進(jìn)氣的預(yù)加熱，促進(jìn)了清潔、高效率重型柴油機(jī)的研制。把清潔乙醇燃料缸內(nèi)高溫燃燒技術(shù)應(yīng)用在壓燃式柴油機(jī)上的研究前景廣闊，該應(yīng)用主要用在特定的重型車運(yùn)輸行業(yè)，可以避免昂貴的后處理過程，如使用三元催化劑處理所產(chǎn)生的廢氣。

為研究乙醇燃料在噴油嘴處噴霧形成的性質(zhì)，采集了單缸發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器噴嘴處的圖像，圖像顯示乙醇柴油混合燃料和純甲醇進(jìn)入柴油機(jī)氣缸環(huán)境的云圖，可以看到噴射內(nèi)部?jī)煞N燃料的寬度與亮度，而定性的觀察表明該混合物的燃燒溫度低于甲醇。從一個(gè)單缸柴油機(jī)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析來看，采用乙醇為燃料的柴油機(jī)其顆粒物的排放量低于當(dāng)前美國(guó)政府法規(guī)的限定值。

Gregory Roberts et al. SAE 2014-01-1194.

編譯：張冬冬