王睿鑫，蔣炎坤，何都

(華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)已是我國(guó)所面臨的最大挑戰(zhàn)之一[1-2]。甲醇燃料作為最接近理想替代燃料的能源，具有資源豐富、穩(wěn)定、可再生、辛烷值高、燃燒速度快、著火極限范圍大、污染物生成量少等優(yōu)點(diǎn)[3-4]。國(guó)內(nèi)外對(duì)甲醇燃料在內(nèi)燃機(jī)上的應(yīng)用開(kāi)始于二十世紀(jì)七八十年代。楊名華等[5]采取了提高壓縮比并且加熱進(jìn)氣空氣的方法成功起動(dòng)壓燃式甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)，并與柴油機(jī)做了對(duì)比，結(jié)果表明，甲醇?jí)喝寄軌蛴行У亟档蚇Ox排放量，能耗則與柴油機(jī)基本持平。姜立勇等[6]在1臺(tái)點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行燃用純甲醇的性能、效率、燃燒、排放試驗(yàn)，結(jié)果表明，稀燃和提高壓縮比有利于提高甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和效率，通過(guò)進(jìn)氣加熱的措施能夠?qū)崿F(xiàn)稀燃和高壓縮比的結(jié)合。李本正等[7]將1臺(tái)柴油機(jī)改裝為甲醇直噴點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，在低負(fù)荷下采用稀燃保證經(jīng)濟(jì)性，在高負(fù)荷下采用均質(zhì)混合氣保證動(dòng)力性。張霞等[8]利用發(fā)動(dòng)機(jī)模擬軟件boost耦合化學(xué)動(dòng)力學(xué)軟件Chemkin，分析了不同比例甲醇汽油的甲醛排放與NOx排放情況，結(jié)果表明，甲醛排放隨甲醇含量的增加線性增大，NOx排放受到空燃比和燃燒溫度的影響。蔣炎坤等[9-10]在汽油摻燒甲醇裂解氣發(fā)動(dòng)機(jī)上做了試驗(yàn)與數(shù)值模擬，在較小的替代比下，隨著甲醇裂解氣的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性有所下降，但是燃燒速度加快，發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性有所提升，另外，CO排放呈先降低后增加的趨勢(shì)，HC排放下降，而NOx排放增加。宮長(zhǎng)明等[11]通過(guò)數(shù)值模擬的方法研究了點(diǎn)火時(shí)刻對(duì)純甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)非常規(guī)排放物的影響規(guī)律，結(jié)果表明，適當(dāng)提前點(diǎn)火能夠有效降低非常規(guī)排放。上述研究主要集中于純甲醇燃料，對(duì)于汽油和甲醇摻混燃料的研究則主要集中于小替代比下的摻混；另外，大部分研究是以體積計(jì)算替代率保證噴油期不延長(zhǎng)，由于甲醇燃料質(zhì)量熱值僅為汽油的45.2%左右，使得摻混甲醇燃料后動(dòng)力性有所下降。有鑒于此，本研究采用熱值替代比并結(jié)合CFD仿真技術(shù)研究了復(fù)合噴射系統(tǒng)(MPI+GDI)下不同比例甲醇-汽油燃料的缸內(nèi)物理特性及其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒排放性能的影響。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)建模與試驗(yàn)驗(yàn)證

以某直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象，在其進(jìn)氣道上設(shè)置低壓噴醇系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣道噴射甲醇與缸內(nèi)直接噴射汽油的MPI+GDI復(fù)合噴射系統(tǒng)。具體參數(shù)設(shè)置如表1所示，GDI噴油器各束油霧方向由30 mm豎直落點(diǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。將其三維幾何模型保存為STL格式并導(dǎo)入CFD程序中，在程序中對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各部分進(jìn)行定義。該模型采用Liu的56種物質(zhì)、168種反應(yīng)的骨架機(jī)理[12]，該機(jī)理加入了Li的甲醇氧化機(jī)理[13]，可應(yīng)用于汽油-甲醇混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)值模擬[14]。湍流模型采用了RNGk-ε湍流模型，噴霧模型采用KH-RT模型，蒸發(fā)模型采用Frossling模型，NOx排放模型為擴(kuò)展的Zeldovich模型。發(fā)動(dòng)機(jī)初始邊界條件由相關(guān)文獻(xiàn)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得[15]，缸蓋溫度為600 K，活塞溫度為550 K，缸壁溫度為475 K。根據(jù)該機(jī)型燃用純汽油的試驗(yàn)數(shù)據(jù)[16]對(duì)該仿真模型進(jìn)行了標(biāo)定，在1 750 r/min，進(jìn)氣道壓力為190 kPa時(shí),純汽油燃料在當(dāng)量比為1情況下的模擬缸壓曲線與試驗(yàn)缸壓曲線如圖1所示?？梢钥闯觯焊變?nèi)壓力的整體趨勢(shì)相符，最大缸壓及其對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角也基本一致，最大缸壓誤差為0.27%，所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角僅相差1.01°。由此可見(jiàn)，所建立的CFD模型能夠準(zhǔn)確反映實(shí)際的缸內(nèi)燃燒狀況，可以作為研究的基礎(chǔ)。計(jì)算工況：轉(zhuǎn)速為2 000 r/min，進(jìn)氣道壓力為101.3 kPa，缸內(nèi)噴射相位為400°ATDC，進(jìn)氣道噴射中點(diǎn)為363°ATDC，點(diǎn)火提前角為-10°ATDC。利用熱值替代比計(jì)算甲醇與汽油的替代關(guān)系，例如：M0燃料代表純汽油燃料，M20燃料代表甲醇占燃料總熱值的20%，不同替代比下的燃料噴射質(zhì)量如表2所示。

表1 MPI+GDI噴油參數(shù)設(shè)置

圖1 缸壓的計(jì)算值與試驗(yàn)值對(duì)比

表2 不同替代比對(duì)應(yīng)的每循環(huán)燃料噴射質(zhì)量

2 計(jì)算結(jié)果分析

2.1 MPI+GDI對(duì)混合氣溫度的影響

圖2a示出了從進(jìn)氣門開(kāi)啟到點(diǎn)火之前不同甲醇替代比下的缸內(nèi)平均溫度變化。圖2b示出了點(diǎn)火時(shí)刻不同甲醇替代比下的缸內(nèi)溫度。圖2c示出了點(diǎn)火時(shí)刻缸內(nèi)未蒸發(fā)燃料質(zhì)量。由圖2a可以看出，隨著進(jìn)氣量的逐漸增大，在390°ATDC～400°ATDC之間不同甲醇替代比下出現(xiàn)了最大溫差。這是因?yàn)椋S著甲醇替代比的增加，甲醇噴射時(shí)刻不斷提前，在未開(kāi)閥前，甲醇在進(jìn)氣道內(nèi)已經(jīng)汽化吸熱使得進(jìn)氣道溫度變低，氣門開(kāi)啟后溫度較低的進(jìn)氣道空氣與缸內(nèi)氣體混合使缸內(nèi)平均溫度降低較大。除此之外，部分在進(jìn)氣道內(nèi)未汽化的甲醇與開(kāi)閥噴射的甲醇在缸內(nèi)進(jìn)一步汽化，使得此時(shí)不同甲醇替代比的缸內(nèi)溫度出現(xiàn)最大溫差。在400°ATDC之后，缸內(nèi)溫差逐步縮小，這是因?yàn)榇藭r(shí)汽油直噴進(jìn)入缸內(nèi)，甲醇替代比低的工況汽油直噴量較大，缸內(nèi)溫度較高，汽油的大量汽化吸熱降低了缸內(nèi)溫度導(dǎo)致溫差逐漸減小，但是由于燃料質(zhì)量、汽化潛熱和飽和蒸氣壓的差距，甲醇替代比越高，缸內(nèi)溫度越低。隨后的一段時(shí)間內(nèi)缸內(nèi)的溫度處于350 K以下，這使得之前未汽化的燃料汽化速率有所下降。在缸內(nèi)處于壓縮行程之后溫度有所提升，此時(shí)部分未汽化的汽油燃料汽化速度加快，因此缸內(nèi)溫差逐步縮小。由圖2b可知，在點(diǎn)火時(shí)刻，不同甲醇替代比下的溫度變化出現(xiàn)了不同的趨勢(shì)。替代比由0%增大到20%，缸內(nèi)溫度下降了6 K左右，這是甲醇冷卻特性的一個(gè)充分體現(xiàn)。但是隨著甲醇替代比的增加，由20%增大到60%時(shí)，缸內(nèi)溫度只下降了4 K左右，此時(shí)的甲醇冷卻性能已經(jīng)無(wú)法完全體現(xiàn)。在60%以后，隨著甲醇替代比的增加，缸內(nèi)溫度甚至出現(xiàn)了上升的情況，這說(shuō)明此時(shí)缸內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了部分過(guò)冷區(qū)，無(wú)法使燃料充分汽化，甲醇的冷卻性能已經(jīng)無(wú)法體現(xiàn)。圖2c進(jìn)一步驗(yàn)證了上述結(jié)論。在0%～40%甲醇替代比變化情況下，缸內(nèi)燃料未蒸發(fā)質(zhì)量較低，在0%替代比時(shí)燃料蒸發(fā)較為完全，在20%～40%范圍內(nèi)，缸內(nèi)未蒸發(fā)質(zhì)量不斷提高，缸內(nèi)溫度下降范圍有限；在替代比為60%以上時(shí)，缸內(nèi)出現(xiàn)部分過(guò)冷區(qū)使得更多燃料在點(diǎn)火時(shí)刻還未蒸發(fā)，有可能形成懸浮的液滴或者缸壁上的油膜，這將影響燃燒排放特性。

圖2 不同摻燒比下的缸內(nèi)溫度變化和未蒸發(fā)燃料質(zhì)量

2.2 MPI+GDI對(duì)燃燒過(guò)程的影響

圖3示出了不同甲醇替代比下的缸內(nèi)壓力和放熱率隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化。總體來(lái)看，隨著甲醇替代比的逐漸增加，缸內(nèi)峰值壓力逐漸增加，主要原因是甲醇燃料層流火焰?zhèn)鞑ニ俣雀?，整體燃燒放熱過(guò)程更加集中。但是隨著甲醇替代比的增加，峰值缸壓增長(zhǎng)率有所放緩，M20燃料最大峰值相比于M0燃料最大峰值增加了19.84%，但是M100燃料最大峰值相比于M80燃料最大峰值僅增加了1.65%，這與點(diǎn)火前缸內(nèi)溫度較低且燃料蒸發(fā)不完全有關(guān)。除此之外，隨著甲醇替代比的增加，峰值缸壓所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角不斷提前，這也是因?yàn)榧状既剂系膶恿骰鹧嫠俣容^高，整個(gè)燃燒放熱過(guò)程更加提前。由缸內(nèi)燃燒放熱率曲線可見(jiàn)，隨著甲醇替代比的提高，燃燒放熱率峰值不斷增加，仍然是在較小甲醇替代比時(shí)放熱率峰值增長(zhǎng)較快，M60以后增長(zhǎng)趨勢(shì)較為平緩。主要原因是甲醇替代比較高時(shí)燃燒前缸內(nèi)溫度較低，部分燃料未蒸發(fā)形成可燃混合氣，這對(duì)燃燒放熱速率有所影響。隨著甲醇替代比的提高，放熱率峰值所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角不斷提前，使得燃燒放熱更加接近于燃燒上止點(diǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)等容度有所提高，但是較高甲醇替代比使得部分燃料在燃燒上止點(diǎn)前就已經(jīng)燃燒放熱，這將惡化發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。

圖3 不同甲醇替代比下的缸內(nèi)壓力和放熱率曲線

由圖4看出，在-5°ATDC之后，不同替代比下缸內(nèi)的溫度出現(xiàn)了較大的差別，大甲醇替代比使得缸內(nèi)溫度快速提升。在0°ATDC時(shí)，M0才有了明顯的溫度提升，這也表明了甲醇火焰?zhèn)鞑ニ俣雀哂谄汀Ｔ谥蟮娜紵^(guò)程中，甲醇替代比越高，缸內(nèi)火焰?zhèn)鞑ニ俣仍娇?，溫度提升速度越快，但是?°ATDC時(shí)，M100火焰?zhèn)鞑サ搅烁妆诟浇蟛糠秩剂弦呀?jīng)燃燒，缸內(nèi)平均溫度此時(shí)達(dá)到峰值之后開(kāi)始下降，而此時(shí)較小的甲醇替代比燃料還處在主要燃燒階段，缸內(nèi)溫度處于上升期。在20°ATDC時(shí)，M0火焰?zhèn)鞑サ搅私咏妆诘奈恢?。M20缸內(nèi)溫度峰值較M0提升了101 K，但是繼續(xù)提升甲醇替代比，缸內(nèi)溫度峰值并沒(méi)有較大的提升。排氣溫度隨著甲醇替代比的提升有所下降，這主要是因?yàn)榧状继娲仍礁呷紵辔辉娇壳?，低甲醇替代比燃燒等容度差，后燃?yán)重。

圖4 不同甲醇替代比下的缸內(nèi)溫度曲線

圖5示出了不同甲醇替代比下的燃燒持續(xù)期、滯燃期和燃燒中心(θCA50)。滯燃期定義為從點(diǎn)火開(kāi)始到累計(jì)放熱量達(dá)到10%所經(jīng)過(guò)的曲軸轉(zhuǎn)角。燃燒持續(xù)期定義為從累計(jì)放熱量達(dá)到10%到累計(jì)放熱量達(dá)到90%所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角。θCA50定義為累計(jì)放熱量達(dá)到50%所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角。隨著甲醇替代比的提高，滯燃期不斷縮短，燃燒持續(xù)期也不斷縮短，這主要與甲醇的火焰?zhèn)鞑ニ俣雀哂谄陀嘘P(guān)，燃燒更為充分，整體燃燒速度較快。但是在較大甲醇替代比之后(M60以后)燃燒持續(xù)期縮短趨勢(shì)有所減弱，這主要是因?yàn)榧状计瘽摕岣?，使得缸?nèi)燃燒溫度在較大甲醇替代比時(shí)溫度峰值已經(jīng)達(dá)到極限。隨著甲醇替代比的提高，θCA50逐漸提前靠近上止點(diǎn)，主要原因還是因?yàn)榧状既剂陷^短的滯燃期和較大的層流火焰?zhèn)鞑ニ俣仁沟谜麄€(gè)燃燒中心提前。

圖5 不同甲醇替代比下的滯燃期、燃燒持續(xù)期和θCA50

2.3 MPI+GDI對(duì)排放的影響

2.3.1對(duì)NOx排放的影響

圖6示出了不同甲醇替代比下缸內(nèi)NOx質(zhì)量的變化。缸內(nèi)NOx質(zhì)量在火焰開(kāi)始傳播之后經(jīng)歷了一個(gè)迅速上升然后略有下降最后平穩(wěn)的過(guò)程。隨著甲醇替代比的提高，NOx的生成量不斷變大。這可以用Extended Zeldovich model解釋，其中最重要的反應(yīng)如式(1)所示：

(1)

該式正方向的反應(yīng)條件為溫度2 000～5 000 K，從反應(yīng)式本身來(lái)看需要一定的氧濃度，6種不同燃料都是在當(dāng)量比條件下進(jìn)行燃燒的，因此，造成NOx生成量有所不同的主要原因在于燃燒溫度的不同。甲醇替代比越大，缸內(nèi)燃燒速度越快，溫度上升速率越快，此時(shí)NOx生成速率也越快，因此，NOx峰值也隨甲醇替代比的增加而逐漸增加，并且出現(xiàn)時(shí)刻也越來(lái)越早。隨后NOx生成量有所下降，主要是因?yàn)槿紵^(guò)后氧氣濃度迅速下降，反應(yīng)式負(fù)方向反應(yīng)速率提高；其次，缸內(nèi)整體溫度下降，正方向反應(yīng)速率下降。在溫度下降到2 000 K以下之后，NOx生成量逐漸平穩(wěn)。

圖6 不同甲醇替代比下缸內(nèi)NOx質(zhì)量的變化

圖7示出了不同甲醇替代比燃料燃燒過(guò)程中NOx質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化規(guī)律。普遍認(rèn)為，NO的生成速度小于火焰?zhèn)鞑ニ俣龋虼?，NO主要生成于已燃區(qū)，在火焰前鋒面上只有少量NO生成。在-10°ATDC時(shí)，火花塞開(kāi)始點(diǎn)火，在0°ATDC之后，火焰開(kāi)始逐漸向外傳播，生成NOx的區(qū)域也隨著火焰的傳播逐漸擴(kuò)大。在5°ATDC時(shí)，由于不同替代比燃料的火焰?zhèn)鞑ニ俣炔煌娲仍酱蟮娜剂洗藭r(shí)生成NOx的區(qū)域也越大，基本集中于已燃?xì)怏w區(qū)，在火焰前鋒面上能看到明顯的NOx梯度。隨后，在15°ATDC時(shí)，由于缸內(nèi)燃料分布不均勻性，火焰?zhèn)鞑コ霈F(xiàn)靠近噴油器一側(cè)速度快、另一側(cè)速度慢的現(xiàn)象，因此，NOx生成區(qū)域也集中在氣缸中部與噴油器一側(cè)。在25°ATDC時(shí)，火焰也逐漸傳播到了遠(yuǎn)離噴油器一側(cè)，但是由于該處當(dāng)量空燃比較低，缸內(nèi)溫度低于噴油器一側(cè)，所以，在遠(yuǎn)離噴油器一側(cè)NOx生成量小于噴油器一側(cè)。整體來(lái)看，隨著甲醇替代比的提高，缸內(nèi)火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌欤琋Ox生成區(qū)域擴(kuò)大，NOx生成量有所提高。由于燃料分布的不均勻性，缸內(nèi)遠(yuǎn)離噴油器一側(cè)的NOx生成量小于噴油器一側(cè)。

圖7 不同甲醇替代比下缸內(nèi)NOx質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化云圖

2.3.2對(duì)CO排放的影響

圖8a示出了不同甲醇替代比下缸內(nèi)CO質(zhì)量變化趨勢(shì)。由圖中可以看出，在點(diǎn)火之后，CO在燃燒放熱過(guò)程中快速生成，之后由于燃燒放熱的結(jié)束，缸內(nèi)CO開(kāi)始被氧化而減少。最終，甲醇替代比越高，缸內(nèi)CO質(zhì)量越低。在燃燒放熱階段，甲醇替代比越高，CO生成速率越大。這主要是因?yàn)镃O的生成是伴隨燃燒過(guò)程的，高甲醇替代比的燃燒放熱速度更快，但是由于高甲醇替代比整個(gè)燃燒放熱過(guò)程很短，使得CO生成反應(yīng)時(shí)間減少，因此，從M20到M100缸內(nèi)CO峰值量依次減少。但是M0燃料的CO峰值量卻小于M20，這主要是因?yàn)镃O生成的主要基元反應(yīng)為

(2)

而甲醇氧化過(guò)程經(jīng)過(guò)了CH2O和HCO，即

(3)

圖8b示出了不同甲醇替代比下HCO質(zhì)量的變化趨勢(shì)。由圖中可以看到，HCO質(zhì)量先上升后下降，說(shuō)明與上述HCO先生成后消耗的反應(yīng)過(guò)程相符合。隨著甲醇替代比的升高，HCO峰值量有所提高，加快了CO在燃燒階段的生成速率。因此，甲醇的加入促進(jìn)了CO生成，使得M20燃料CO的峰值量大于M0燃料。但高甲醇替代比燃料由于反應(yīng)時(shí)間的限制，CO峰值量小于M20燃料。此后，CO還會(huì)在缸內(nèi)進(jìn)一步氧化為CO2，其基元反應(yīng)為

(4)

可見(jiàn)，CO的生成與消耗在燃燒階段是同時(shí)進(jìn)行的。在燃燒放熱結(jié)束后，CO氧化速率大于其生成速率，CO質(zhì)量開(kāi)始下降，最終高甲醇替代比燃料CO質(zhì)量低于低甲醇替代比燃料，主要原因有兩個(gè)：首先，高甲醇替代比燃料的燃燒放熱階段結(jié)束早，其CO質(zhì)量下降階段早于低甲醇替代比燃料，使得CO有更加充裕的時(shí)間進(jìn)行氧化；其次，由圖8c可以看出，高甲醇替代比燃料缸內(nèi)OH峰值量高于低甲醇替代比燃料，主要是因?yàn)榧状既剂媳旧砗辛u基，這有助于CO的氧化反應(yīng)，OH質(zhì)量穩(wěn)定之后，甲醇替代比越大缸內(nèi)OH質(zhì)量越低，說(shuō)明隨著甲醇替代比的提高，缸內(nèi)CO氧化反應(yīng)更加充分。因此，隨著甲醇替代比的提高CO排放量不斷降低。

圖8 不同甲醇替代比燃料燃燒過(guò)程CO、HCO、OH的生成質(zhì)量

2.3.3對(duì)未燃THC排放的影響

圖9示出了在100°ATDC時(shí)不同甲醇替代比下缸內(nèi)THC質(zhì)量和甲醇質(zhì)量。由圖中THC質(zhì)量可以看出，隨著甲醇替代比的提高，THC生成量顯著提升，其中甲醇占了THC的很大一部分。對(duì)于M20～M100，甲醇占THC總量都在95%以上，由此可見(jiàn)，加入甲醇之后THC排放的增加主要是因?yàn)槲慈技状寂欧诺脑黾印?/p>

圖9 不同替代比下THC生成量和甲醇生成量

圖10示出了不同甲醇替代比下缸內(nèi)甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化規(guī)律。在不摻燒甲醇的M0燃燒工況中，甲醇主要產(chǎn)生在遠(yuǎn)離噴油器一側(cè)接近缸壁的位置，主要是因?yàn)樵撎幍幕旌蠚廨^稀，燃料在此處難以完全燃燒，另外，該處接近缸壁，在缸蓋壁面、噴油器附近壁面和火花塞縫隙中也看到少量甲醇的生成，這主要是因?yàn)榈蜏乇诿娴募だ渥饔煤酮M隙效應(yīng)。在20°ATDC時(shí)，高甲醇替代比的燃料已經(jīng)結(jié)束了火焰?zhèn)鞑ルA段，因此缸內(nèi)甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，而低甲醇替代比的燃料火焰?zhèn)鞑サ搅私咏妆诘奈恢?，因此，在火焰前鋒面和缸壁附近存在部分甲醇。到40°ATDC時(shí)，火焰都已經(jīng)傳播完畢，甲醇替代比越高缸內(nèi)甲醇量越大，主要因?yàn)楦變?nèi)燃燒不充分，仍有剩余甲醇聚積在火焰?zhèn)鞑ダщy的缸壁附近；另外，甲醇替代比越高缸內(nèi)未蒸發(fā)甲醇液滴越多，在經(jīng)過(guò)缸內(nèi)高溫后，有部分未蒸發(fā)甲醇蒸發(fā)為氣體甲醇。隨著活塞的下行，未燃甲醇質(zhì)量更多，范圍更大，主要是因?yàn)樵诩状歼M(jìn)入缸內(nèi)時(shí)，部分燃料在缸壁上形成液膜，隨著缸內(nèi)高溫高壓過(guò)程以及經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間之后，缸內(nèi)甲醇液膜蒸發(fā)為氣體甲醇，隨著活塞下行的缸內(nèi)氣流逐漸擴(kuò)散到缸內(nèi)其他部分，由圖可以看到，缸內(nèi)液膜主要分布在遠(yuǎn)離噴油器一端的缸壁和活塞上，逐漸蒸發(fā)擴(kuò)散到缸內(nèi)其他范圍。

圖10 不同甲醇替代比下缸內(nèi)甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)云圖

3 結(jié)論

a) 不同甲醇替代比下缸內(nèi)溫差經(jīng)歷了先擴(kuò)大后縮小、又?jǐn)U大又縮小的過(guò)程，這主要是因?yàn)榧状己推偷膰娚浞绞讲煌绎柡驼魵鈮捍嬖趨^(qū)別；M60～M100燃料在點(diǎn)火時(shí)刻已經(jīng)出現(xiàn)了過(guò)冷現(xiàn)象，由于過(guò)冷的原因，M60～M100燃料未蒸發(fā)液滴在缸內(nèi)大幅增加，這將影響缸內(nèi)燃燒排放狀況；

b) 隨著甲醇替代比的不斷提高，缸內(nèi)壓力峰值不斷上升，燃燒放熱率峰值不斷上升，溫度峰值不斷上升，所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角不斷提前，滯燃期、燃燒持續(xù)期縮短，θCA50有所提前，但是進(jìn)一步增大甲醇替代比后溫度峰值不再上升；

c) 隨著甲醇替代比的不斷提高，缸內(nèi)NOx排放不斷提高并集中于噴油器一側(cè)，THC排放有所升高，主要成分為未燃甲醇。