柴油_丁醇双燃料发动机燃烧过程研究.pdf

摘要

由于全球能源日益紧缺，环境日益恶化，因此寻找切实可行的石油替代燃料具有

重要的理论意义和工程应用价值。为了探索柴油机用高丁醇替代率的可行性，本文基

于一台四缸涡轮增压柴油发动机，将其改装成为一台丁醇-柴油双燃料发动机，丁醇燃

料采用进气道喷射，而柴油燃料采用缸内直接喷射。利用GT-Power软件，建立一维

发动机模型。针对某一工况的缸压和放热率进行模拟，并通过了实验验证；然后，对

丁醇-柴油双燃料发动机的性能和排放进行了数值模拟研究，发动机转速分别设置为

1600、2300和3600rpm，发动机负载分别设置为25%、50%和75%，丁醇替代率在0%

至80%之间变化，设置间隔为10%。主要研究内容与分析结果如下：

（1）燃烧特性方面：随着丁醇的替代率增加，双燃料发动机的滞燃期延长，CA50

滞后，缸内压力、压力升高率降低，尤其是高速、高负荷工况（3600rpm-75%）变化

更为明显。由于丁醇替代率增加将导致混合燃料的十六烷值降低、着火困难使得放热

率峰值提高且对应的相位后移。

（2）动力性方面：随着丁醇替代率升高，双燃料发动机的扭矩、有效功率、指示

热效率在各个模拟工况下都有不同程度的上升。在2300rpm、75%负荷的工况下B70

的扭矩较B0增加21.8N-m，增加幅度最大。原因是丁醇的加入使柴油雾化更好，缸

内燃烧更充分，提高了动力性。双燃料发动机的经济性也由于指示热效率的增加而升

高。

（3）排放特性方面：在低中高三个转速的低负荷下，CO排量远高于中大负荷时。

因为在低负荷时，气缸内喷油量较少，混合气浓度低，气缸温度相对较低。且丁醇的

汽化潜热高于柴油，混合燃料中丁醇的蒸发必须吸收大量的热量，使气缸温度进一步

降低，导致CO排放量增加。NOx排放量在各个工况下随丁醇喷射比例升高而降低。

丁醇喷射比例升高缩短了高温持续期，所以发动机使用混合燃料时的NOx排放量相较

于纯柴油低。在高转速下，因为缸内温度高、燃烧速率加快使得NOx排量高于中低转

速时。在相同转速相同负荷下，发动机HC排量随丁醇替代率升高而降低，原因是：

随着丁醇喷入气缸改善了柴油雾化效果，且丁醇含氧，使燃烧更充分，提高了发动机

燃烧效率，降低了HC、Soot排放量。

该研究结果显示，在各种工况下提高丁醇替代率均可降低最大压力升高率和排放，

并增加指示热效率，这表明柴油/丁醇双燃料发动机在各种工况下用高的丁醇替代率均

是可行的。

关键词：丁醇；丁醇/柴油双燃料发动机；丁醇替代率；燃烧过程；排放

ABSTRACT

Asglobalresourcesarebecomingincreasinglyscarceandtheenvironmentis

deteriorating,thesearchforpracticalalternativefuelstopetroleumisofgreattheoretical

significanceandengineeringapplication.Inordertoexplorethefeasibilityofusinghigh

butanolsubstitutionratefordieselengines,thispaper,basedonafour-cylinderturbocharged

dieselengine,refitsitintoabutanol-dieseldual-fuelengine.Thebutanolfuelusesinletport

injection,whilethedieselfuelusesin-cylinderdirectinjection.UsingGTPowersoftware,a

one-dimensionalenginemodelisestablished.Thecylinderpressureandheatreleaserateof

acertainworkingconditionissi