張 超，向亦華

(1.重慶車輛檢測(cè)研究院有限公司，重慶 401122；2.昆明云內(nèi)動(dòng)力股份有限公司，云南 昆明 650000)

1 引言

甲醇燃料作為一種十分容易得到的燃料，可以通過(guò)使用低品質(zhì)的煤炭進(jìn)行工業(yè)化大量制取，同時(shí)作為液態(tài)燃料能量密度高，運(yùn)輸也十分方便，同時(shí)甲醇作為含氧燃料在燃燒過(guò)程中不容易產(chǎn)生碳煙這對(duì)緩解當(dāng)前國(guó)六法規(guī)對(duì)碳煙排放的要求有十分重大的優(yōu)勢(shì)，綜上甲醇燃料的諸多優(yōu)點(diǎn)因此在當(dāng)今能源危機(jī)的大環(huán)境下是一種潛力巨大的可持續(xù)發(fā)展的替代燃料[1]。然而甲醇作為燃料使用時(shí)也會(huì)帶來(lái)一些負(fù)面的影響，例如甲醇燃料燃燒后對(duì)產(chǎn)生一些醇醛類物質(zhì)排放，醇醛類物質(zhì)對(duì)人體傷害比較大，尤其是醛類物質(zhì)是一種致癌物質(zhì)對(duì)人體傷害更為嚴(yán)重是一種癌癥高誘發(fā)物質(zhì)已經(jīng)被日本和一些歐美國(guó)家列為關(guān)鍵控制污染性物質(zhì)[2]。同時(shí)甲醇燃料在應(yīng)用過(guò)程中也面臨一些問(wèn)題急需解決例如甲醇?xì)饣枰沾罅康臒?，超過(guò)汽油的3倍，因此甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)面臨著冷啟動(dòng)困難的難題，冷啟動(dòng)困難將導(dǎo)致啟動(dòng)過(guò)程中缸內(nèi)燃燒狀態(tài)差，導(dǎo)致大量的HC排放甚至有熄火的風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)的這些急需解決的難題國(guó)內(nèi)外學(xué)者都展開了大量的研究彭樂(lè)高等[3]研究了不同進(jìn)氣氧濃度對(duì)缸內(nèi)直噴甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)醇醛類物質(zhì)排放的影響；針對(duì)甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體溫度低燃燒產(chǎn)生的水蒸氣容易發(fā)生凝結(jié)濕潤(rùn)火花塞增大失火的幾率，宮長(zhǎng)明等[4]提出了啟動(dòng)首循環(huán)“即噴即著”的思路，通過(guò)電熱塞給甲醇加熱提高甲醇溫度促進(jìn)甲醇蒸發(fā)，提出了確保冷啟動(dòng)首循環(huán)順利著火的目標(biāo)，只要甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)期間首循環(huán)順利著火能夠極大改善冷啟動(dòng)過(guò)程中的排放。

2 試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)

本文模擬試驗(yàn)主要基于一臺(tái)1130單缸柴油機(jī)改裝的缸內(nèi)直噴點(diǎn)燃式甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)，發(fā)動(dòng)機(jī)詳細(xì)參數(shù)如表1所示。

2.2 試驗(yàn)平臺(tái)

本文主要是通過(guò)三維數(shù)值仿真軟件進(jìn)行甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)期間醇醛類物質(zhì)排放分析，環(huán)境邊界條件為常溫25 ℃，通過(guò)固定燃空當(dāng)量比，噴油正時(shí)及點(diǎn)火正時(shí)分別改變進(jìn)氣氧含量(進(jìn)氣氧含量分別為0.26、0.31、0.36、0.41)分別研究不同進(jìn)氣氧濃度下的醇醛類物質(zhì)排放。

表1 試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

3 結(jié)果與分析

3.1 不同氧含量對(duì)甲醛濃度排放影響

圖1為冷啟動(dòng)過(guò)程燃燒期間甲醛濃度隨曲軸轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系，從圖中可知冷啟動(dòng)燃燒過(guò)程中甲醛濃度整體是隨燃燒的進(jìn)行而升高，主要原因是冷啟動(dòng)過(guò)程缸內(nèi)燃燒溫度整體偏低，甲醛作為甲醇燃燒的中間產(chǎn)物在低溫下不能夠及時(shí)氧化成二氧化碳，因此在燃燒過(guò)程中甲醛會(huì)一直積累導(dǎo)致缸內(nèi)甲醛濃度一直上升。同時(shí)從圖中可知隨著氧含量升高缸內(nèi)的甲醛濃度整體也偏高，主要原因是氧氣作為氧化劑提高氧含量能夠促進(jìn)甲醇的燃燒，甲醛作為甲醇燃燒的中間產(chǎn)物，因此提高氧含量能夠促進(jìn)缸內(nèi)甲醛含量，因此增加氧含量能夠提高缸內(nèi)甲醛含量。

圖2為不同氧含量下未燃甲醇及甲醛排放，從圖中可知：增加氧含量能夠有效減少未燃甲醇的排放但是甲醛排放會(huì)增加。分析原因是，氧氣作為一種氧化劑有助燃的作用，提高氧含量能夠促進(jìn)甲醇的燃燒，提高甲醇的燃燒速率使得有更多的甲醇混合器被燃燒掉，同時(shí)由于氧含量增加對(duì)于缸內(nèi)混合氣而言不容易出現(xiàn)混合器過(guò)濃的區(qū)域因此不容易導(dǎo)致甲醇混合氣的不完全燃燒，

圖1 不同氧含量下甲醛濃度

圖2 不同氧含量下未燃甲醇及甲醛排放

因此殘留的未燃燒的甲醇量就更少。同時(shí)從圖中可知提高氧含量會(huì)導(dǎo)致甲醛排放升高，主要原因是由圖1可知提高氧含量促進(jìn)甲醇混合氣燃燒，甲醛作為甲醇燃燒的中間產(chǎn)物當(dāng)甲醇燃燒速率提高甲醛的生成速率也提高，同時(shí)由于缸內(nèi)燃燒溫度整體偏低生成的燃燒中間產(chǎn)物甲醛不能夠及時(shí)快速氧化成二氧化碳，因此導(dǎo)致甲醛積累量增多導(dǎo)致甲醛排放增多。

4 結(jié)論

(1)提高氧含量能夠促進(jìn)甲醇混合氣的燃燒提高甲醇燃燒速率，同時(shí)避免甲醇混合氣出現(xiàn)極濃的區(qū)域，有效減少未燃甲醇的排放量。

(2)提高氧含量能夠促進(jìn)甲醇混合氣燃燒，甲醛作為燃燒中間產(chǎn)物產(chǎn)生量增多，由于冷啟動(dòng)缸內(nèi)燃燒溫度偏低不能及時(shí)將甲醛快速氧化，因此導(dǎo)致甲醛排放量增大。