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。
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