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喷油定时对柴油/天然气双燃料发动机排放性影响O.M.I.Nwafor替代能源，2007，32：2361-2368摘要导致全球变暖的温室气体排放日益受人关注，现已证明它主要来源于矿物燃料的燃烧。科学家一直在寻求绿色的替代燃料，天然气因其辛烷值高、环保性好被认为最有潜力作为柴油机上的替代燃料。然而进一步研究表明，天然气燃烧速率低，着火延迟长，从而产生高的升功率使柴油机易产生爆燃。这项实验研究了基于柴油机的双燃料发动机喷油定时对排放性的影响：柴油机标准喷油定时为30°BTDC。当喷油定时调整为35.5°BTDC时，发动机运转不稳，而当喷油定时变为33.5°BTDC时发动机运行顺畅，特别是在低负荷工况下。故把33.5°BTDC定为优化喷油定时。试验表明，虽然燃料消耗略有增加，但着火延迟缩短，CO、CO2排放量降低。关键词：一氧化碳（CO）；二氧化碳（CO2）；碳氢化合物（HC）排放；着火延迟1引言1997年东京各国首脑会谈关注的焦点是温室气体排放对全球环境的影响。它能导致洪灾、山体滑坡等，2005年在美国发生的Katrina、Rita和Wilma飓风就是最好的例证。这都是由于矿物燃料燃烧产生大量温室气体CO2所致。许多科学家在寻找替代传统矿物燃料的绿色燃料(Nwafor1、LoweandBranhan2、HorieandMishizawa3)，他们不约而同对天然气作为未来柴油机上的替代燃料极为看好。然而天然气要真正替代柴油还有很多问题要解决。比方说，天然气自然温度高，这就要求配有着火系统。再者，天然气因燃烧速率低，着火延迟长，从而缸内压力波动大。不过从最近关于双燃料发动机性能、排放研究可知(Nwafor4、StoneandLallommatos5、KarimandAli6)，天然气辛烷值高(RON131)，故抗爆性好，可以通过提高压缩比来改进发动机的性能。这个试验研究了基于柴油机的双燃料发动机喷油定时对排放的影响（以天然气为主要燃料柴油天然气双燃料发动机）。在压缩行程终了吸入空气天然气混合气，并喷入一定量的柴油引燃混合气。所需引燃柴油量受爆燃限制(RaniandRice7、Nwafor8)，随柴油量增加，天然气减少，爆燃趋势减弱。优化喷油定时是为了补偿着火延迟和燃烧速率低的影响。研究表明，与标准喷油定时相比，发动机在优化喷油定时下，HC、CO2排放量下降，着火延迟缩短，但燃料消耗量大。发动机在全柴油运行下，HC排放最低，CO排放最高。总的来说，在低负荷、低转速下，优化喷油定时对发动机排放改进很有用，但在高负荷下，发动机温度起着决定作用。2实验装置这个试验所用的发动机为一个Petter型AC1单缸柴油机，它是一种空冷高速直喷式发动机。功率计包括一个分流式Mawdsley型直流发电机和一个能量储存器，力矩则是由相当于5.0100牛顿弹簧测量范围的装置测得。燃烧室压力由Kistle型7063A压力计测量（这个压力计是水冷电控压电式的，灵敏度为79pc/bar），再通过数字示波器显示，并把结果储存到软盘里以便随后分析缸内压力最大升高率。排气歧管压力由普通型压力计测量，空气流量由Viscous流量计测。和测量缸内壁温度一样，进、排气道安装有热敏电阻可以监控气体温度变化。柴油由喷油泵输到喷油器，它的流量由一个50cm3的分级式滴管和秒表共同完成。天然气流量由一个能测量多样空间的转子流量计测得，相对温度和环境温度由Vaisala型温度计测，空气天然气混合气由安装在进气歧管的气体控制阀控制。21天然气组成成份氮2.18%甲烷92.69%乙烷3.43%二氧化碳0.52%丙烷0.71%异丁烷0.12%正丁烷0.15%正戊烷0.09%正己烷0.11%毛热值=38.59MJ/m3净热值=34.83MJ/m3Wobbe数=49.80MJ/m3空燃比=16.65:1柴油净热值=42.70MJ/kg柴油相对密度=0.84422发动机数据缸径=76.20mm行程=66.67mm排量=304cc压缩比=17喷油压力=183bar标准喷油定时=30°BTDC优化喷油定时=33.5°BTDC3实验结果31一氧化碳（CO）排放CO排放量与空燃比有关，它是表明发动机燃烧效率的一个参数。图1和图2分别显示了发动机转速在3000rpm和2400rpm时，双燃料发动机CO排放情况。由图可知，发动机不同转速下，CO的排放特性是不同。总的来说，在发动机运转在双燃料时，与标准喷油定时相比，优化喷油定时下CO排放量明显低。两者CO排放变化趋势相似，但CO排放量集中区段不同。全柴油运转时，CO排放量最少，但它随负荷增加而加大。CO排放量最大点是在全柴油运转高负荷下产生的。图1CO排放(n=3000rpm)