摘要：针对柴油机排放工况特性，在不改变YC6A220C柴油机结构和参数的基础上，从排气管道引出高温尾气裂解甲醇气并通入柴油机进气管混合燃烧。通过对比柴油机在各工况下掺烧甲醇裂解气运行与纯柴油(0号柴油)运行实验，研究了共轨燃烧甲醇裂解气时YC6A220C柴油机的排放特性。研究结果表明，预混裂解气的发动机与原机相比， NOX与碳烟排放大幅度改善，HC排放也有明显降低，CO排放略有上升。在高负荷时，NOX排放可降低32.4%，碳烟排放可降低41.6%。

　　关键词：甲醇裂解;柴油机;柴油;排放特性

　　中图分类号：TK421.5

　　Improvementof Emissions by Pre-Mixed Methanol Cracked Gas through Common Rail Systemin a YC6A220CDiesel Engine

　　Zhao QiangWang Bing-huiYang Cheng

　　(1The Maritime Academy of NingBo University NingBo 315211)

　　Abstract: In the premise of without changing the structure and parameters of the YC6A220diesel engine, methanol cracked gas at the intake manifold of the enginethrough High-temperature exhaust gasfrom exhaust pipe. Diesel Engine by comparing conditions in the cracked gas blended with methanol to run with pure diesel (No. 0 diesel) to run the experiment，studied the emissions characteristics when micro-premixed cracked gas. Results show that, Compared with the original machine, NOXand soot emissions significantly improve, HC exhaust also significantly reduced, CO emissions increased slightly. In the high-load, NOXemissions can be reduced 32.4%, soot emissions can be reduced 41.6%.

　　Key words:methanol cracking;diesel engine;diesel; emissions

　　引言在能源危机与环境污染日趋严重的新世纪，能源与环境问题已经成为人类日益关注的两大问题。柴油机以其热效率高、燃油经济性好、CO和HC排放低的优点，得到越来越广泛的应用。由于柴油机实行扩散压燃燃烧，在油束中心区易造成局部缺氧而产生碳烟，油束外围又会因局部富氧产生NOX，碳烟和与NOX排放较高，且治理较困难，又加上现在环保法规对柴油机排放的要求越来越苛刻，使得NOX与碳烟排放成为制约柴油机发展的障碍。目前，治理碳烟与NOX排放的途径主要集中在超高压燃油喷射和废气后处理等方面，但这些都有赖于超精加工、电控技术与高燃油品质，从而成本高、使用维修要求高。因此，寻求合理的治理柴油机碳烟与NOX排放的新途径已成为研究热点[1][5]。

　　本研究在保持YC6A220C柴油机原机结构和参数基本不变的基础上，将甲醇裂解反应器安装在柴油机的排气管出口上，并在进气管上加装一套甲醇裂解气供给系统，利用气口多点顺序喷射技术将进气管预混的甲醇裂解气来活化缸内的柴油燃烧，从而改善燃烧，降低NOX与碳烟排放[2]。

　　1实验原理及装置

　　甲醇来源丰富，含氧量高，燃烧迅速，燃烧后产生的有害排放物低。我国丰富的煤炭资源制取甲醇技术较为成熟，生产成本低。而且以醇替代柴油，可节省石油资源，有利于内燃机长期发展。因此甲醇燃料应用方面的研究，一直是国内外内燃机界研究的热门课题。甲醇是含氧燃料，用于柴油机可有效降低碳烟。同时，由于甲醇的汽化潜热较高，在燃烧室内会大量吸热，使燃烧温度降低，可大大降低NOX的排放[2][5]。另外，在柴油机的上安装甲醇裂解制氢反应器，利用柴油机的废气加热甲醇，在催化剂的作用下，分解形成氢富气(H2、CO)，微量的富氢气进入气缸，改善柴油机的燃烧性能、降低NOX等有害气体的产生、降低烟度方面都有很大的作用，从而使燃料的利用率也得到提高[1][4]。

　　本试验用柴油机型号为YC6A220C，主要结构参数见表1。在不改变柴油机结构和参数的基础上，在消音器位置安装一套甲醇裂解装置，从排气管道引出高温尾气裂解甲醇气并通入柴油机进气管混合燃烧。试验中通过ECU将甲醇裂解反应器控制在较佳的反应条件下，即温度3100C，甲醇液体的加料速度127.5L.h-1，在这种反应条件下，甲醇的裂解率可达84.5%,裂解气主要成分是H2(体积分数约为60%)与CO(体积分数约为29%)，反应器产气稳定。

　　表1 试验用柴油机的结构参数

　　Tab.1 Structural parameter of diesel engine in practice 冲程数 4 缸径×行程 220mm×380mm 气缸数 6 总排量 6.871L 标定功率 162KW 标定转数 2300r/min 压缩比 12.5 生产厂家 玉林柴油机厂 试验装置系统图见图1，甲醇裂解反应器安装在柴油机的排气出口处,在低负荷时反应器主要靠电加热圈供热,在中高负荷时主要由反应器的排气通管吸收柴油机排气余热来提供热量。甲醇通过计量泵注入裂解反应器中, 裂解气临时存储在缓冲箱5中。

　　1.计量泵 2、15.流量计 3、13.截止阀 4.放气阀 5.缓冲箱 6.快速切断器 7.增压器 8.温度传感器 9.压力传感器 10.压力调节器 11.共轨管 12.高精度电磁阀 14.过滤器 16.机油温度传感器 17.机油压力传感器 18.冷却水温度传感器 19.齿条位置传感器 20.比例电磁铁 21.角标传感器

　　图1 氢富气在柴油机上的气口多点顺序示意图

　　Fig.1Schematic of test system

　　通过增压器7将裂解气的压力提高到0.3～0.4MPa(即高于进气压力0.1～0.2MPa),送入共轨管11。通过角标传感器21的信号，当某一缸处于进气冲程时，打开电磁阀12使裂解气充入柴油机的增压中冷后中的进气管与空气进行混合，最后预混气进入柴油机气缸燃烧[7]。装置中由压力传感器9和电磁阀12的开闭来控制裂解气的预混掺烧量。控制系统以ECU为核心控制单元，通过各类传感器来检测柴油机的各运行参数和装置系统的运行状况，通过电磁阀来控制管道的通断，通过计量泵和增压器来控制甲醇加入量与裂解气的掺烧量。

　　试验中，用GC-2000A型色谱分析仪来检测裂解气的气体组分，用2台FCM-05瞬态自动油耗仪分别测量柴油和醇燃料消耗量，用FSI FGA-4100排气分析仪和FQD-102A波许数字烟度计来测量柴油机的排放特性。甲醇的掺烧量以质量百分数计，即掺烧裂解气的质量与柴油消耗质量比值的百分数。

　　2 实验结果及分析

　　在保持YC6A220C柴油机转数为1200r/min不变的条件下，对比柴油机在各工况下掺烧甲醇裂解气运行与纯柴油(0号柴油)运行的排放特性。

　　图2为柴油机掺烧甲醇裂解气与燃用0号柴油的NOX排放试验对比曲线。结果表明，柴油机掺烧甲醇裂解气后，中高负荷时NOX排放大幅度下降，并且随着裂解气掺烧质量比的增加呈明显下降趋势。这是由于NOX的生成与气缸内的氧浓度、反应时间和温度有关。由于裂解气主要是由H2与CO组成，扩散燃烧较快，使气缸内氧浓度的均匀性得到改善，燃烧时间缩短，柴油机缸内燃烧得到改善。同时甲醇裂解气的掺烧使得柴油机进气管的节气系数增加，从而使得空气过量系数降低，使气缸中的氧浓度降低。由试验结果可得，在高负荷时，柴油机掺烧质量百分比为6的甲醇裂解气可使NOX排放降低42.8%。

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