摘要
面向碳达峰与碳中和的发展目标，燃料低碳化、清洁化、绿色化已成为柴油机技术升级与可持续发展的重要方向。甲醇作为一种低碳、来源广、清洁可再生的碳中性绿色液体燃料，具有碳氢比较小、辛烷值高、含氧量高、汽化潜热高、可燃极限较宽、燃烧速度快等特点，是理想的柴油机新型清洁替代燃料。甲醇/柴油双燃料反应活性控制压燃（Reactivity Controlled Compression Ignition, RCCI）策略充分利用柴油机的高功率密度、高效、低排放、高可靠性以及甲醇燃料的绿色低碳清洁燃烧特性，实现高效清洁燃烧和超低排放，提升整机的动力性、经济性和环境友好性能。然而在高原环境下，甲醇的汽化潜热值较高，会进一步降低高原环境下较低的进气温度，影响进气道喷射的甲醇和缸内直喷柴油的雾化特性，降低缸内燃料活性和燃烧效率。因此有必要通过控制甲醇喷射量、进气温度、废气再循环（Exhaust Gas Recirculation, EGR）和过量空气系数（λ）来调节缸内的热氛围，从而实现高原环境下双燃料发动机综合性能的优化。基于改造的甲醇/柴油双燃料试验台架以及实验室自主开发的甲醇/柴油双燃料集成控制系统，试验研究了高原环境下进气参数对发动机综合性能的影响，具体结论如下： （1）燃烧性能方面：不同甲醇替代率下，随着进气温度升高，缸内压力、缸内平均温度和排气温度逐渐增大。随着甲醇替代率的增大，25%负荷下，在进气温度为75℃和90℃时，最大缸压逐渐增大，放热率峰值先增大后减小，缸内温度先减小后升高。在定甲醇替代率后，试验研究不同进气温度下EGR和过量空气系数对双燃料发动机燃烧特性的影响。结果表明：随着EGR率的增大，不同进气温度下的最大缸内压力、瞬时放热率和进气量均呈降低趋势，排气温度逐渐增大。随着过量空气系数增大，不同进气温度下的缸内压力和进气量均呈上升趋势，缸内平均温度和排气温度逐渐降低。25%和50%负荷下最大缸压平均升高2.274MPa和1.826MPa，最大缸内温度平均降低203.42K和292.24K，排气温度平均降低141.77℃和185.25℃。 （2）经济性能方面：在较低的甲醇替代率下，提高进气温度会使经济性恶化；而在较高的替代率下提高进气温度可以有效降低油耗。在25%负荷、不同进气温度下提高甲醇替代率，均会造成油耗升高，经济性下降。而在50%负荷提高甲醇替代率，高进气温度（75℃和90℃）工况下会提升发动机的经济性，替代率为25%时进气温度为90℃时的ESFC相比于30℃工况下的减小了6.19g/(kW·h)。在低进气温度（30℃、45℃和60℃）下经济性呈恶化的趋势。在定甲醇替代率后，试验研究不同进气温度条件下EGR和过量空气系数对双燃料发动机经济性的影响。试验结果表明：随着EGR率的增大，25%负荷下的ESFC平均降低7.42g/(kW·h)，50%负荷下的ESFC先减小后增大。随着过量空气系数降低，25%和50%负荷下的ESFC平均增大7.95g/(kW·h)和15.08g/(kW·h)。 （3）排放性能上：在不同甲醇替代率下，提高进气温度可以有效地降低了PN和THC排放，但不可避免的使NOx和CO排放增大。在50%负荷下，进气温度每升高15℃，THC平均降低15.23%，NOx平均增大8.93%。而在不同进气温度下，提高甲醇替代率，可以显著降低NOx和PN排放，但会使THC和CO逐渐升高。在定甲醇替代率后，试验研究不同进气温度条件下 EGR 和过量空气系数对双燃料发动机经济性的影响。结果表明：随着EGR率的升高，不同进气温度下的NOx和THC排放均呈减小趋势，而PN和CO排放逐渐增大。随着过量空气系数的增大，不同进气温度下的NOx和PN排放均逐渐减小，THC排放逐渐增大；低负荷下的CO排放先升高后减小，中等负荷下的CO排放逐渐增大。
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