甲醇燃料發(fā)動(dòng)機(jī)

目前，雖然我們?cè)谀壳暗陌l(fā)動(dòng)機(jī)上直接應(yīng)用甲醇燃料時(shí)存在一定的困難，但是，我們通過(guò)運(yùn)用一定的技術(shù)和方法也可以實(shí)現(xiàn)。目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)產(chǎn)生了很多成功的技術(shù)和方法，這些方法值得我們借鑒。發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用甲醇燃料時(shí)所采用的技術(shù)路線簡(jiǎn)單總結(jié)入下:

目前，當(dāng)甲醇燃料應(yīng)用于壓燃式的發(fā)動(dòng)機(jī)上時(shí)，可以在原有發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)的裝置上加裝一套供醇系統(tǒng)(提供甲醇燃料)和一套噴醇系統(tǒng)(噴射甲醇燃料)來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)混合氣的混合燃燒方式。當(dāng)我們采用甲醇燃料與柴油燃料混合燃燒的這種方法時(shí)，我們不需要對(duì)原發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行較大的改動(dòng)就可以獲得比較滿意的效果。但是，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)采用這種混合燃燒的方法時(shí)，甲醇燃料的替代率一般比較低，甲醇燃料的替代率過(guò)高會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的冷啟動(dòng)性能變差，產(chǎn)生工作粗暴現(xiàn)象，實(shí)際應(yīng)用時(shí)甲醇燃料的替代率一般應(yīng)保持在30%以內(nèi)。

采用雙燃料噴射系統(tǒng)法時(shí)，此時(shí) 需要被替代的發(fā)動(dòng)機(jī)要有兩套獨(dú)立的噴油泵和噴油器系統(tǒng)，其中一套系統(tǒng)用來(lái)噴射柴油燃料，另一套系統(tǒng)用來(lái)噴射甲醇燃料，這樣保證甲醇燃料在缸內(nèi)能夠進(jìn)行混合霧化燃燒。這種方法對(duì)甲醇燃料本身的性質(zhì)要求比較低，甲醇燃料的替代率比較高，其缺點(diǎn)是采用這種方法對(duì)原發(fā)動(dòng)機(jī)的改動(dòng)比較大，改動(dòng)成本比較高，該方法一般應(yīng)用于缸徑比較大的發(fā)動(dòng)機(jī)上。另外，使用這種方法時(shí)，該發(fā)動(dòng)機(jī)的性能主要會(huì)受到引燃油束的噴射角度、噴射定時(shí)以及引燃油量的數(shù)量的影響。

在高壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用純甲醇燃料(M100)時(shí)主要包括以下幾種方法:

① 使用十六烷值增高劑

由于甲醇燃料的十六烷值含量比較低(僅達(dá)到 3 左右)，而甲醇燃料本身的自燃溫度卻很高(達(dá)到 465oC)，因此在高壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)上使用時(shí)要求發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比一般要達(dá)到很高時(shí)才能使其壓燃(達(dá)到25以上)，因此當(dāng)甲醇燃料采用壓燃式的燃燒方式時(shí)，我們可以通過(guò)添加一些十六烷值增高劑(比如硝酸鹽等化合物)的方法來(lái)改善甲醇燃料本身的著火性能。

②熱面助燃(電熱塞)方法

雖然甲醇燃料本身的自燃溫度比較高，難以對(duì)其進(jìn)行壓燃燃燒，但是其燃料本身的自燃傾向比較高。我們可以在缸內(nèi)設(shè)置一個(gè)電熱塞，電熱塞附近的混合氣的溫度高，反應(yīng)速率就比較高，這樣就形成一個(gè)反應(yīng)薄層，如圖1中所示。圖中qr代表熱量釋放率;qe 代表混合氣的散熱率;;Tw代表熾熱體本身的溫度;T N代表臨界熱面溫度。反應(yīng)層內(nèi)的放熱取決于熱面溫度、混合氣的溫度、壓力、濃度以及氣流速度等因素。熱面的溫度大小除了受這些因素影響外，還與發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)及其燃燒室形狀有關(guān)。因此，熱面(電熱塞)助燃甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠著火及穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)取決于反應(yīng)的熱釋放率及向周圍的散熱。

目前，在發(fā)動(dòng)機(jī)上直接應(yīng)用甲醇替代燃料時(shí)會(huì)存在以下幾個(gè)問(wèn)題:

(1) 甲醇燃料本身的自燃性能比較差

甲醇燃料的十六烷值太低(僅達(dá)到3左右)，而其本身的自燃溫度卻高達(dá)465 oC，因此甲醇燃料的著火性能比較差，而一般采用壓燃式燃燒方式的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，其對(duì)燃料的十六烷值要求比較高(需要達(dá)到 40以上)。

(2)甲醇燃料本身存在溶蝕和脹大的作用

當(dāng)我們?cè)谲囉冒l(fā)動(dòng)機(jī)上直接燃用甲醇替代燃料時(shí)，如果我們不對(duì)原發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，而直接使用原發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴射系統(tǒng)，這時(shí)往往就會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)噴射系統(tǒng)的堵塞，甚至?xí)?dǎo)致卡死等現(xiàn)象的產(chǎn)生，從而會(huì)導(dǎo)致整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性以及耐久性變差。。

(3)甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻起動(dòng)比較困難

甲醇燃料的汽化潛熱值比較大，其值達(dá)到了1109 k J/kg，比汽油(310 k J/kg)和柴油(270 k J/kg)燃料的汽化潛熱值的3倍還要多，其理論汽化降溫為-122℃，因此，為了能夠使甲醇燃料能夠得以汽化，在使用甲醇燃料時(shí)往往需要我們對(duì)其采取一些特殊的技術(shù)措施，否則在應(yīng)用時(shí)會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的正常燃燒以及運(yùn)轉(zhuǎn)工作產(chǎn)生一定的影響。

發(fā)動(dòng)機(jī)燃用甲醇替代燃料時(shí)的優(yōu)點(diǎn)主要包括:

1)對(duì)原發(fā)動(dòng)機(jī)的改動(dòng)比較小，在滿足原發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能的基礎(chǔ)上，其經(jīng)濟(jì)性和排放性都能夠得到很好的改善;

2)對(duì)大氣的環(huán)境污染較小，屬于一種清潔的車用發(fā)動(dòng)機(jī)的替代燃料;

3)甲醇燃料是一種液體燃料，我們?cè)趯?duì)其進(jìn)行儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中可以采用石油燃料的儲(chǔ)存和運(yùn)輸系統(tǒng)，因此基礎(chǔ)設(shè)施投入的比較少。

甲醇燃料作為車用發(fā)動(dòng)機(jī)替代燃料之一的缺點(diǎn)主要包括:

1) 甲醇燃料本身是帶有毒性的，例如:若誤飲5~10 毫升即可使人雙目失明，大量飲用會(huì)導(dǎo)致人體的死亡;

2) 甲醇燃料的火焰是無(wú)色的，因而不易被發(fā)現(xiàn);

3)使用甲醇為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣中會(huì)含有未燃燒掉的醇類、甲醛(HCHO)等有害的氣體排放物;