张 超，向亦华

(1.重庆车辆检测研究院有限公司，重庆 401122；2.昆明云内动力股份有限公司，云南 昆明 650000)

1 引言

甲醇燃料作为一种十分容易得到的燃料，可以通过使用低品质的煤炭进行工业化大量制取，同时作为液态燃料能量密度高，运输也十分方便，同时甲醇作为含氧燃料在燃烧过程中不容易产生碳烟这对缓解当前国六法规对碳烟排放的要求有十分重大的优势，综上甲醇燃料的诸多优点因此在当今能源危机的大环境下是一种潜力巨大的可持续发展的替代燃料[1]。然而甲醇作为燃料使用时也会带来一些负面的影响，例如甲醇燃料燃烧后对产生一些醇醛类物质排放，醇醛类物质对人体伤害比较大，尤其是醛类物质是一种致癌物质对人体伤害更为严重是一种癌症高诱发物质已经被日本和一些欧美国家列为关键控制污染性物质[2]。同时甲醇燃料在应用过程中也面临一些问题急需解决例如甲醇气化需要吸收大量的热，超过汽油的3倍，因此甲醇发动机面临着冷启动困难的难题，冷启动困难将导致启动过程中缸内燃烧状态差，导致大量的HC排放甚至有熄火的风险。针对甲醇发动机的这些急需解决的难题国内外学者都展开了大量的研究彭乐高等[3]研究了不同进气氧浓度对缸内直喷甲醇发动机冷启动醇醛类物质排放的影响；针对甲醇发动机冷启动过程中发动机机体温度低燃烧产生的水蒸气容易发生凝结湿润火花塞增大失火的几率，宫长明等[4]提出了启动首循环“即喷即着”的思路，通过电热塞给甲醇加热提高甲醇温度促进甲醇蒸发，提出了确保冷启动首循环顺利着火的目标，只要甲醇发动机冷启动期间首循环顺利着火能够极大改善冷启动过程中的排放。

2 试验方法

2.1 试验发动机平台

本文模拟试验主要基于一台1130单缸柴油机改装的缸内直喷点燃式甲醇发动机为基础，发动机详细参数如表1所示。

2.2 试验平台

本文主要是通过三维数值仿真软件进行甲醇发动机冷启动期间醇醛类物质排放分析，环境边界条件为常温25 ℃，通过固定燃空当量比，喷油正时及点火正时分别改变进气氧含量(进气氧含量分别为0.26、0.31、0.36、0.41)分别研究不同进气氧浓度下的醇醛类物质排放。

表1 试验发动机主要技术参数

3 结果与分析

3.1 不同氧含量对甲醛浓度排放影响

图1为冷启动过程燃烧期间甲醛浓度随曲轴转角之间的关系，从图中可知冷启动燃烧过程中甲醛浓度整体是随燃烧的进行而升高，主要原因是冷启动过程缸内燃烧温度整体偏低，甲醛作为甲醇燃烧的中间产物在低温下不能够及时氧化成二氧化碳，因此在燃烧过程中甲醛会一直积累导致缸内甲醛浓度一直上升。同时从图中可知随着氧含量升高缸内的甲醛浓度整体也偏高，主要原因是氧气作为氧化剂提高氧含量能够促进甲醇的燃烧，甲醛作为甲醇燃烧的中间产物，因此提高氧含量能够促进缸内甲醛含量，因此增加氧含量能够提高缸内甲醛含量。

图2为不同氧含量下未燃甲醇及甲醛排放，从图中可知：增加氧含量能够有效减少未燃甲醇的排放但是甲醛排放会增加。分析原因是，氧气作为一种氧化剂有助燃的作用，提高氧含量能够促进甲醇的燃烧，提高甲醇的燃烧速率使得有更多的甲醇混合器被燃烧掉，同时由于氧含量增加对于缸内混合气而言不容易出现混合器过浓的区域因此不容易导致甲醇混合气的不完全燃烧，

图1 不同氧含量下甲醛浓度

图2 不同氧含量下未燃甲醇及甲醛排放

因此残留的未燃烧的甲醇量就更少。同时从图中可知提高氧含量会导致甲醛排放升高，主要原因是由图1可知提高氧含量促进甲醇混合气燃烧，甲醛作为甲醇燃烧的中间产物当甲醇燃烧速率提高甲醛的生成速率也提高，同时由于缸内燃烧温度整体偏低生成的燃烧中间产物甲醛不能够及时快速氧化成二氧化碳，因此导致甲醛积累量增多导致甲醛排放增多。

4 结论

(1)提高氧含量能够促进甲醇混合气的燃烧提高甲醇燃烧速率，同时避免甲醇混合气出现极浓的区域，有效减少未燃甲醇的排放量。

(2)提高氧含量能够促进甲醇混合气燃烧，甲醛作为燃烧中间产物产生量增多，由于冷启动缸内燃烧温度偏低不能及时将甲醛快速氧化，因此导致甲醛排放量增大。