农用改装甲醇发动机的性能研究

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农用改装甲醇发动机的性能研究

0 、引言

当今甲醇作为公认的清洁替代燃料，人们通过大量的发动机试验对其进行了深入研究。首先进

行过甲醇柴油混合燃料的掺烧试验，对发动机改动不大，但由于甲醇和柴油不相溶，即使添加

互溶剂后长时间放置混合燃料稳定性依然不好。近几年关于进气道喷甲醇、柴油引燃的方式来

研究的试验很多，并且在降低有害排放和碳烟取得了很大成绩，对缸内燃烧特性也进行了研究

分析，初步了解甲醇替代柴油的机理、此外还有一种甲醇柴油双喷射方式，需要安装两套燃油

供给系统，改装复杂，控制、制造难度大，费用高，但节能减排效果非常明显。因此，无论从

能源危机还是日益严格的排放法规的角度考虑，甲醇都体现出它强大的优势。虽然以上试验研

究都是在中、高速柴油机上进行的，对低速单缸柴油机燃用甲醇的研究也很有价值。农用机械

一般都以单缸柴油机为输出动力，在把柴油机改装成甲醇发动机后燃料价格大幅度降低，对农

用机械发展有一定帮助。

甲醇很低的十六烷值和较高的自燃温度以及其它理化性质决定了纯甲醇在柴油机中压缩燃烧困

难。

因此，采用一种在柴油机缸盖上加装一个电热塞，使发动机运转的过程中一直通电处于加热状

态，以提高缸内温度; 利用热面点火的方式点火，把一台农用单缸柴油机改装成甲醇发动机，

对其进行性能研究。

1 、试验设备及方法

本试验是在一台 1115 单缸柴油机上进行的，分别进行了原机燃用柴油的和改装后燃用 M100

甲醇的性能和排放性的试验研究。发动机基本参数如表 1 所示。试验测试设备: 四川诚邦科技

有限公司的 ET2000 柴油机测试系统，ET2500 智能油耗仪，DW160 电涡流测功机和 AVL

DICOM 4000 五组分尾气排放仪。

本试验在一台单缸柴油机缸盖上加装一个电热塞，安装在进排气门中心线靠喷油嘴一侧，不影

响其他机构的同时在喷油嘴一侧安装电热塞。甲醇的低热值很低，仅为柴油的 46 ．7% ; 但其

辛烷值很高，有很好的抗爆性。为了改装后能使甲醇稳定燃烧的同时动力性维持原机，增大了

压缩比和喷油泵柱塞直径，并且调整了供油提前角。尾气后处理装置采用了三元催化转换器，

因为单缸机价格便宜，加装电热塞会提高成本，考虑降低成本采用了一个小的三元催化转换器

进行尾气处理。

2 、试验结果分析

2 ．1 甲醇发动机与原单缸柴油机动力性和经济性对比

图1 为发动机外特性曲线对比图。由图1 可知: 在外特性曲线中，单缸柴油机进行改装后燃用

M100 甲醇获得的外特性转矩比燃用 0 号柴油大，转矩平均提高 6 ．8% ，最大提高 15% ，动

力性提升较大。外特性曲线表明甲醇在柴油机中的应用潜力很大。虽然甲醇的热值不到柴油的

1/2，但在理论空燃比附近甲醇与空气混合气的热值与石油燃料混合气的热值相当，在增大压

缩比喷油泵柱塞直径后甲醇发动机动力性升高。从图1 中还可看出，燃用 M100 发动机的排气

温度比燃用 0 号柴油降低了很多，缓解了负荷压力。

但排气管安装三元催化转换器后排气温度有明显的升高，这主要是尾气在进入三元催化器的节

流作用和尾气在三元催化器内进行复杂的化学反应大量放热导致排气温度升高。燃料经济性通

常用燃油消耗率和热效率指标来评价。本试验进行 M100 和0 号柴油进行经济性对比时，燃油

消耗率应转换成燃料的当量热值燃油消耗率对比，则

其中，Mbe 是甲醇的当量燃油消耗率(g/kW·h) ;bme 是甲醇有效燃油消耗率; Hmu 是甲醇低热值

(J/kg) ;Hu 是柴油低热值; ηet 是有效热效率。

图2 是1 800r/min 时甲醇发动机和原单缸柴油机的有效热效率和当量燃油消耗率的曲线对比

图。由图2 可以看出: 在低转矩时，燃用 M100 甲醇燃料的有效热效率低于 0 号柴油; 转矩变大

时，燃用 M100 的有效热效率高于 0 号柴油，性能明显改善。

出现上述现象的原因是由于低转矩时负荷小，缸内温度低，甲醇汽化困难，扩散燃烧速度慢，

容易出现间歇失火，使发动机性能较燃用柴油时差; 转矩变大后，发动机缸内温度升高，甲醇

汽化容易，混合气形成及时，滞燃期变短而燃烧速度变快，这样获得了较高的能量转换效

率。1 800r/min 时，甲醇燃料当量燃油消耗率在大负荷时均降低 13% ，经济性得到了改善。

2 ．2 甲醇发动机与原单缸柴油机排放对比

图3 是1 800r/min 下进行的 CO 排放对比，还有甲醇发动机进行尾气后处理(三元催化转换器尾

气处理) 前后排放的对比。由图3 可以清楚地看到，甲醇发动机的 CO 排放曲线随扭矩的增大

呈现出先降低后增大的趋势，0 号柴油的 CO 排放逐渐增大; 低负荷时，甲醇发动机的 CO 排放

比原柴油机高很多; 但在高负荷时低很多。甲醇发动机进行三元催化转换后CO 排放始终能保

持很低，对降低 CO 排放有很好的效果。

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标签： #发动机

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农用改装甲醇发动机的性能研究0、引言当今甲醇作为公认的清洁替代燃料，人们通过大量的发动机试验对其进行了深入研究。首先进行过甲醇柴油混合燃料的掺烧试验，对发动机改动不大，但由于甲醇和柴油不相溶，即使添加互溶剂后长时间放置混合燃料稳定性依然不好。近几年关于进气道喷甲醇、柴油引燃的方式来研究的试验很多，并且在降低有害排放和碳烟取得了很大成绩，对缸内燃烧特性也进行了研究分析，初步了解甲醇替代柴油的机理、此外还清种甲醇柴油双喷射方式，需要安装两套燃油供给系统，改装复杂，控制、制造难度大，费用高，但节能减排效果非常明显。因此，无论从能源危机还是日益严格的排放法规的角度考虑，甲醇都体现出它强大的优势。虽然以...

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