CNG—柴油双燃料发动机排放特性研究

柴油机因其良好的动力性和燃油经济性，在汽车工业中得到了广泛的应用。然而，随着排放法规的出台，柴油机排放中碳烟的问题成为限制其进一步推广的瓶颈。碳烟主要来源于柴油机的扩散燃烧阶段，该阶段的局部过浓混合气在高温缺氧的条件下形成碳烟。柴油的自燃性高（十六烷值高）、分子量大、蒸发燃烧能力差、自燃能力强、着火延迟期短，这些特性都会促进碳烟的生成。 CNG（压缩天然气）具有十六烷值低、自燃能力差、蒸发性好、着火延迟期短等优点。CNG与柴油的双燃料供给系统，可以将柴油作为引燃剂，采用CNG作为气体燃料，实现CNG稀薄混合气的燃烧。该系统改变了柴油机以扩散燃烧为主的燃烧过程，将其转变为以CNG和柴油双燃料燃烧的预混合燃烧为主的过程。这不仅加快了混合气的形成速度，提高了燃烧速率，缩短了缓燃期，而且有利于控制碳烟的生成。与纯柴油相比，CNG－柴油双燃料发动机可以显著降低碳烟排放，减少柴油消耗，并发挥天然气储量丰富、价格低廉的优势。 通过试验，给出了CO、CH、NOX、碳烟随有效功率的变化规律，并从四种有害排放物的生成机理上分析了产生的原因。研究表明，在不同负荷下，燃用CNG－柴油双燃料与纯柴油相比，排放特性有显著差异，其中碳烟排放降低尤为明显。双燃料发动机燃烧特性需要一个更为详细的模型来描述，因此提出了多区模型的概念。该模型将气体燃料的燃烧和引燃柴油的燃烧分别考虑，并计算了双燃料发动机燃烧放热规律。 多区模型中，假设缸内总体分为三个区，分别是柴油-空气混合物区、气体燃料-空气混合物区和剩余空气及残余废气区。各区互相重叠，也称为三个充量层。这样的模型可以帮助理解双燃料发动机的燃烧特性，从而调整使用参数和组织燃烧过程，以达到更好的排放效果。在实际应用中，如果对CNG－柴油双燃料发动机进行合理改造，并合理应用三元或四元催化转换器，预期可以进一步减少有害排放，达到更佳的环保性能。