四冲程柴油机乙醇表面点火

摘要

本研究的目的是寻找在柴油发动机中使用更多添加乙醇的水的策略。为了实现这一目标，本文采用在气缸盖燃烧室上安装辉光塞的单缸柴油机进行了实验研究。研究了该发动机的性能和排放特性，并与基础发动机进行了比较。这一概念不仅有效地降低了烟雾密度和燃料消耗，而且还增加了发动机的输出。所述发动机的修改是这样进行的，即在发动机头中设计了预燃烧室，并在预燃烧室上设置了辉光塞。乙醇是一种生物基可再生含氧燃料，因此有可能减少柴油发动机的PM排放，并减少CO2的生命周期。这导致减少臭氧消耗，有几个研究报告改善发动机性能和排放使用乙醇燃料。这促使我们在柴油发动机中使用乙醇作为唯一燃料。即使在乙醇作为替代燃料的领域已经完成了许多研究，这种燃料的商业化在印度的汽车场景中还没有实现。这主要是因为加气站的安装和使用乙醇作为燃料时发动机遇到的问题。 The problem such a starting trouble Aldehyde emission coming out from the engine and the stringent norms followed by the government for the use of ethanol. Our project aims to overcome these problems and recommend the possible solutions.

介绍

从轻型柴油发动机的日益普及可以明显看出，如果要使酒精等替代燃料作为石油基燃料的替代品作出重大贡献，就必须适用于柴油燃烧。尽管完全用酒精取代柴油燃料非常困难，但近年来，人们对酒精的使用越来越感兴趣，特别是在柴油发动机中使用不同数量和不同技术的低浓度酒精(甲醇和乙醇)作为双燃料操作。

乙醇是一种可替代的可再生燃料，由不同的农产品生产而成。乙醇-柴油乳化液技术是将乙醇用于柴油机的技术之一。这项技术最重要的优点是可以在柴油发动机中使用乙醇而无需任何修饰。

以石油为基础的燃料价格的上涨、政府对废气排放的严格规定以及未来全球石油储量的枯竭都鼓励了寻找替代燃料的研究。乙醇是柴油发动机的替代燃料。它以生物质为基础的可再生燃料，它提供了生命周期二氧化碳的减少，并显示出显著的PM减少。最近，乙醇生产的经济效益也变得更加有利，它能够与标准柴油燃料竞争。自20世纪70年代以来，关于在柴油发动机中使用乙醇的研究一直在继续。最初的调查主要集中在减少废气中的烟雾和颗粒水平。乙醇的加入使柴油的物理化学性质发生了不同的变化，尤其是十六烷数、粘度和热值的降低。因此，涉及酒精-柴油双燃料操作的不同技术已经开发出来，以使柴油发动机技术与乙醇基燃料的性能兼容。乙醇在柴油机中的应用研究可分为四种技术。这些是酒精-柴油混合燃料(在喷射前混合燃料)，酒精熏蒸(在进气充气量中添加酒精，酒精-柴油燃料乳液(使用乳化剂混合燃料以防止分离)和双喷射(每种燃料单独的喷射系统)。

乙醇的加入同时降低了乙醇混合柴油的十六烷数、高热值、芳烃组分和运动粘度，并改变了蒸馏温度。以10%和30%乙醇为体积分数的共混物，通过添加添加剂来保持共混物的均匀和稳定，并通过添加点火改进剂来提高共混物的十六烷数，对共混物的点火和燃烧相关的物理化学性能有良好的影响。乙醇是一种很有前途的含氧燃料。纯乙醇加上十六烷改进剂等添加剂可以大幅度减少微粒。在早期，乙醇燃料在柴油发动机上应用的主要障碍是燃油经济性差和可燃性低。自20世纪90年代末以来，乙醇混合柴油已被用于重型和轻型柴油发动机，以改变其排放特性。作为替代燃料，乙醇和甲醇脱颖而出，因为从充足的原料中批量生产它们是可行的。在目前的工作中，乙醇作为唯一的燃料，在标准和低散热(LHR)柴油发动机中采用了三种不同的方法。在第一种方法中，在LHR发动机中使用乙醇作为唯一燃料，并使用普通金属辉光塞;在第二种方法中，使用火花塞辅助启动燃烧。在第三种方法中，乙醇作为LHR发动机的唯一燃料，并使用陶瓷辉光塞来启动燃烧。

在标准柴油机和LHR柴油机上分别对上述三种100%乙醇工况下的发动机性能和排放进行了测试，并对结果进行了比较。在LHR发动机中，火花塞辅助乙醇操作具有最高的制动热效率和最低的排放。

酒精的范围

如前所述，酒精是最丰富和最有前途的化石燃料替代品。这些醇可以很容易地从一些非石油来源中制造出来。甲醇或甲醇可以由煤这种相对丰富的化石燃料制成。乙醇或乙醇可以通过碳水化合物发酵生产，这些碳水化合物在甘蔗、土豆、玉米等植物中大量天然存在，因此这些燃料可以由高度可靠和持久的原材料来源制成。与现有的传统燃料相比，乙醇和甲醇具有更高的自燃温度，我们需要开发高强度的火花来点燃这些燃料，现有的火花塞确实具有点燃燃料所需的温度，因此我们选择了催化塞。

双燃料系统

熏蒸

•在进气充气量中添加二次燃料

•替代高达50%的柴油需求

双注入

•独立的喷射系统控制每种燃料

•替代高达90%的柴油发动机需求

混合燃料

•喷射前混合燃料

•替代高达25%的柴油发动机需求

燃油乳化

•使用乳化剂将燃料混合

•替代高达25%的柴油发动机需求

乙醇燃料

乙醇的应用

•汽油混合(5 - 10%)

•混合柴油(E-diesel)

乙醇的特性

•更低的体积能量含量

•高辛烷值

•提高发动机效率和性能

环境特征

•“可再生”生产

减少温室气体排放

预燃室

在CI发动机中，燃烧空间分为两部分，即预燃室和主燃室。预燃室始终位于气缸盖内。主燃烧室封闭在活塞和气缸盖之间。两个燃烧室由小孔连接。预燃室的形状和尺寸各不相同。预燃室容积约占整个燃烧室的30%至40%。

在压缩过程中，气缸中的空气进入预燃室。在压缩结束时，整个燃料被注入预燃室。热空气点燃了燃料。燃烧从这个燃烧室开始。压强上升。预燃室内压力的升高迫使燃烧产物进入主燃室内，点燃主燃中的燃料。

预燃烧室喷射和动力冲程

预燃室(是气缸顶部的辅助室)。它通过一个受限的喉道或通道连接到主燃烧室。预燃室调节燃料在气缸中的最终燃烧。活塞顶部的镂空部分，当燃料从预燃室进入以帮助与空气混合时，会在主燃烧室中引起湍流。以下过程发生在预燃室:

•在发动机的压缩行程中，空气被迫进入预燃室，因为空气被压缩，所以是热的。在喷射开始时，预燃室含有一定体积的空气。

•当喷射开始时，燃烧开始于预燃室。燃料的燃烧，加上通往主燃烧室的受限通道，在燃烧室中产生了巨大的压力。压力和初始燃烧使过热的燃料以高速进入主燃烧室。

•进入的混合气撞击掏空的活塞顶部，在腔室中产生湍流，以确保燃料与空气完全混合。这种混合确保了均匀和完全的燃烧。

乙醇的性质

化学式- C2H5OH

分子量- 46

密度在15.5°c - 789 kg/m3

沸点- 78℃

热值- 27700 kJ/kg

蒸发潜热- 855千焦/千克

自燃温度- 366°C

十六烷数- 8

辛烷值- 111

化学计量学A/F比- 9.0

乙醇的组成

碳——重量52%

氢-重量13%

氧气- 35%的重量

燃料性能比较:

引擎修改

在ic发动机中燃烧乙醇的要求

1.发动机需要辉光塞设置点燃乙醇，因为乙醇的辛烷值高。

2.确保适当的空气-燃料混合进入燃烧室是很重要的，所以我们可以使用一个简单的化油器来促进适当的空气-燃料混合。

3.如果我们想要使用化油器，我们需要适当的空气校正系统，以确保进气歧管中适当的真空压力，以便从化油器副油箱中的燃料将被提升到空气通道中并与空气混合。

4.由于乙醇燃料的汽化温度较高(78.9℃)，因此存在燃料在燃烧室内凝结的可能性，因此需要在燃烧室内保持适当的温度。

5.由于燃料的汽化温度较高，大部分在寒冷的气候条件下，燃料会凝结在进气歧管内。所以它可能需要一个流形加热器，可以在这样的气候条件下使用。

6.我们可以把一个简单的四冲程汽油发动机带到我们的项目中，但它需要压缩比(高达16.1)才能保持高温。这样，燃料将适当混合，以方便捕获燃料。

发动机的选择

发动机的选择是非常重要的，考虑到乙醇燃料的性能，更少的范围修改优于发动机，重要的是乙醇汽化温度高，需要保持良好，因为它需要一个比16:1以上的发动机

由于乙醇的辛烷值较高，采用压缩点火的方法不易自动点燃乙醇，因此需要一台压缩比为16.1的汽化SI发动机。一般来说，我们没有压缩比为16.1的SI引擎。选择了压缩比要求的CI发动机，并对其进行了必要的改造，将其转化为SI发动机。

为了启动点火火花点火电路和供应多余的燃料化油器的各种射流使用。该发动机有两个出口孔的锅盖式预燃室和两个出口孔的预燃室，预燃室位于膛口出口外围的外侧。

表面点火酒精ci发动机

安装在酒精直喷柴油机上的表面点火塞如图所示。该系统的基本概念如下。

用几股加热丝缠绕的绝缘体材料板固定在燃烧室上，加热丝在暴露于气体的表面上运行。喷油器的位置使一部分喷油器的头部撞击在这个表面上。点火就这样开始了。在气缸盖内的燃烧室被做得相对狭窄，这样燃烧就能迅速扩散到空间的其他部分。

由于部分燃料在绝缘子表面燃烧，而来自极板的扬程损失较低，在运行几分钟后，表面温度足以在不借助外部电源的情况下启动点火。研究发现，与柴油发动机相比，乙醇发动机运行平稳。发动机低速运转比高速运转更平稳。

所选的发动机气缸盖上有进气歧管、排气歧管、水套。在对发动机缸盖的改造中，在发动机缸盖上设计了预燃室，并在预燃室上设置了辉光塞。

表面点火正时

雷竞技网页版接触角，因此表面点火，是点火器几何形状和压缩比的函数。内燃机催化辅助点火有两个不同的阶段。第一阶段是进入预燃烧室的新鲜混合物的催化氧化。如果催化剂高于给定燃料的表面点火温度，那么只要新电荷和前一循环的残余气体之间的界面接触到催化剂，这种情况就开始了。雷竞技网页版第二阶段是堆积在壳体内的未燃烧混合物的自动点火，控制新鲜混合物接触催化剂的曲柄角度可以设置点火时间。雷竞技网页版

实验装置

结果与讨论

本节将介绍和讨论在进行实验后所获得的结果。

性能:

比油耗:-

制动热效率:-

结论

通过实验分析，找出了乙醇与基础柴油的排放特性。本研究的实验结果总结如下:

•总油耗随着制动功率的增加而增加。柴油的TFC低于乙醇。因为乙醇的热值比柴油低。基础柴油的TFC小于SI +乙醇。

•可以看出，SI +柴油发动机的发动机效率高于柴油，热效率的增加百分比也高于柴油，SI +乙醇发动机的热效率较低，这也是由于乙醇的热值较低。

•与柴油发动机相比，乙醇发动机运行平稳。发动机低速运转比高速运转更平稳。

•SI +乙醇发动机未燃烧HC排放量比基础柴油低31.67%。对于基本型发动机，HC排放逐渐降低。由于不完全燃烧，基发动机和SI +乙醇有较高的HC排放。

与柴油相比，SI +柴油的CO排放量低约22.2%。SI +柴油的CO值逐渐降低。这是由于SI +乙醇燃料中的氧含量高于基础发动机，因此它很容易与碳氢化合物反应，更好地燃烧。

•乙醇减少NOx的形成，因为它在燃烧过程中吸收热量，因为它的高潜热汽化。所以它降低了燃烧的峰值温度。

参考文献

张志强，王志强，王志强，王志强，“乙醇对不同喷射压力下涡轮增压间接喷射柴油机性能和排放的影响”，机械工程学报(自然科学版)，2004，(4):457 - 457。 Borisov a.a.， Zamanskii v.m.， Konnov a.a.， Lisyanski v.v.， Rusakov S.A.和Skachkov g.g.i.(1992)，“高温乙醇点火机理”，Sov。j . Mchem。理论物理。，Vol. 9 pp.2527-2537. 3. Cherry M. (1992), “Catalytic-compression timed ignition”, US patent 5, 109, 817. A.N. Pawar, B. N. Jajoo，“低排热柴油机性能随喷射正时变化的研究”。 S.H. Chan和K.A. Khor“热障涂层活塞冠对发动机特性的影响”，JMEPEG(2000) 9;103-109。