徐磊， 程前， 劉延， 曾建， 徐進(jìn)

(1.中國(guó)汽車工程研究院股份有限公司， 重慶 401122；2.三峽大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力學(xué)院， 湖北 宜昌 443002；3.重慶交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院， 重慶 400074 )

為應(yīng)對(duì)石油資源短缺、環(huán)境污染等問題，車用汽油替代燃料成為研究熱點(diǎn)。易點(diǎn)燃、不易壓燃、易制取、成本低、抗爆性好、燃燒完全的甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)具有好的發(fā)展前景。Pearson R. J.、Yuen P. K. P.等對(duì)點(diǎn)燃式甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)熱效率、整機(jī)性能和性能改善程度與甲醇燃料比例相關(guān)。Nakata K.將汽油機(jī)改進(jìn)為壓縮比為13的純甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)，研究發(fā)現(xiàn)在2 800 r/min全負(fù)荷工況下甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率和轉(zhuǎn)矩有所提高。Vancoillie J.等將某汽油機(jī)改進(jìn)為甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)現(xiàn)甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出功率和熱效率均得到提升，而CO2和NOx排放量降低。Ji C.W.等研究發(fā)現(xiàn)隨著氫含量的增多，點(diǎn)燃式富氫甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣損失減少，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌?，有效熱效率提高。?dāng)前研究已取得一定成果，但為提高甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，對(duì)高壓縮比技術(shù)和發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能協(xié)同優(yōu)化等需進(jìn)一步完善。該文基于GT-Power發(fā)動(dòng)機(jī)仿真模型，分析經(jīng)濟(jì)工況[(轉(zhuǎn)速2 000 r/min、60%負(fù)荷、理論空燃比、點(diǎn)火提前角為-16 °CA ATDC(進(jìn)氣上止點(diǎn)后)]下甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)性能與汽油機(jī)的差別，探究壓縮比、點(diǎn)火提前角和空燃比對(duì)甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響，通過優(yōu)化匹配這些參數(shù)提升甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能。

1 研究方案

建模分析路線與方法見圖1。

圖1 建模路線和方法

2 性能參數(shù)對(duì)甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響

參考文獻(xiàn)[7-8]，以仿真計(jì)算、理論分析為主，依托GT-Power仿真軟件，基于樣機(jī)參數(shù)建立汽油機(jī)仿真模型，通過改變?nèi)剂?、壓縮比和負(fù)荷控制方式將原模型改進(jìn)為高壓縮比甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)模型。在經(jīng)濟(jì)工況(轉(zhuǎn)速2 000 r/min，60%負(fù)荷)下對(duì)比分析甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)和汽油機(jī)的運(yùn)行特性、進(jìn)氣特性、排氣特性、缸內(nèi)每循環(huán)進(jìn)氣量及泵氣損失，研究甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)和汽油機(jī)缸內(nèi)環(huán)境、燃燒過程及放熱規(guī)律的區(qū)別。結(jié)果顯示：

(1) 在中小負(fù)荷時(shí)，甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣溫度均大于汽油機(jī)。但在進(jìn)氣開始后，甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣溫度低于汽油機(jī)。

(2) 甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)的泵氣損失比汽油機(jī)小，且在整個(gè)工作循環(huán)中甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管中廢氣溫度都低于汽油機(jī)排氣溫度。

(3) 甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)氣門開啟后新鮮混合氣進(jìn)入缸內(nèi)的速度較快，在進(jìn)氣下止點(diǎn)時(shí)進(jìn)入缸內(nèi)的最大進(jìn)氣量比汽油機(jī)多138.9 mg。在進(jìn)氣門關(guān)閉后，甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入氣缸的混合氣質(zhì)量?jī)H比汽油機(jī)多18.1 mg。

(4) 在燃燒過程中，甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)的缸壓水平高于汽油機(jī)，缸溫低于汽油機(jī)，缸內(nèi)熱負(fù)荷降低。

(5) 在經(jīng)濟(jì)工況和外特性工況下，甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)有效燃油消耗率高于汽油機(jī)，散熱能量比例比汽油機(jī)略高1.7%。在經(jīng)濟(jì)工況下，甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣能量比例比汽油機(jī)下降11.6%，指示熱效率提高11.5%，輸出轉(zhuǎn)矩提高21.8%。在外特性工況下，甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和指示熱效率也都優(yōu)于汽油機(jī)。

3 壓縮比對(duì)甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響

探究壓縮比為9～13時(shí)壓縮比對(duì)甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)泵氣特性、燃燒特性、整機(jī)性能的影響。

3.1 壓縮比對(duì)泵氣特性的影響

壓縮比對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管、排氣歧管、氣體壓力的影響不大，不同壓縮比下每循環(huán)缸內(nèi)泵氣壓力損失都很少且變化不大。但不同壓縮比下進(jìn)氣歧管溫度、排氣歧管溫度及每循環(huán)缸內(nèi)進(jìn)氣量有所差別，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒放熱、動(dòng)力輸出、油耗、熱效率(見圖2)。

由圖2可知：1) 進(jìn)、排氣溫度都隨著壓縮比的增大而降低，但壓縮比對(duì)排氣溫度的影響大于對(duì)進(jìn)氣溫度的影響。壓縮比每提高1，進(jìn)氣溫度僅下降0.1%～0.2%，而排氣溫度下降約2.5%。進(jìn)氣溫度的略微下降對(duì)每循環(huán)進(jìn)氣過程的影響不大，而排氣溫度的大幅下降有利于降低催化器等尾氣后處理裝置的熱負(fù)荷，提高其工作穩(wěn)定性。2) 進(jìn)氣正時(shí)缸溫隨著壓縮比的增大逐漸降低，壓縮比每增大1，進(jìn)氣正時(shí)缸溫降低2.2%～2.7%，且缸內(nèi)最終進(jìn)氣量減少程度低于1%。

3.2 壓縮比對(duì)燃燒特性的影響

通過改變活塞頂隙改變壓縮比后，燃燒室容積減小、面容比增大，燃燒室內(nèi)混合氣的氣流運(yùn)動(dòng)和火焰?zhèn)鞑ミ^程有所改變。燃燒過程的變化同時(shí)使不同壓縮比下缸內(nèi)環(huán)境有所不同，整機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及能量分布特點(diǎn)也有所變化(見圖3、圖4)。

由圖3可知：壓縮比越大，點(diǎn)火后混合氣更快形成火核，火焰?zhèn)鞑ニ俣容^快，瞬時(shí)放熱率越大；壓縮比較大時(shí)，不僅放熱率峰值較大，且峰值時(shí)刻更接近上止點(diǎn)，燃燒等容度越大，與CA50隨壓縮比的變化趨勢(shì)一致；壓縮比較大時(shí)，整個(gè)放熱率曲線重心靠近上止點(diǎn)，放熱率達(dá)到峰值后更快下降，燃燒后期放熱速率低于壓縮比較小時(shí)燃燒后期放熱速率。

圖2 壓縮比對(duì)泵氣特性的影響

圖3 壓縮比對(duì)瞬時(shí)放熱率和CA50的影響

圖4 壓縮比對(duì)燃燒特性的影響

由圖4可知：1) 隨著壓縮比的增大，著火落后期、速燃期和后燃期均縮短，即燃燒持續(xù)期縮短。壓縮比每增長(zhǎng)1，著火落后期縮短3.3%～4.1%，速燃期縮短3.4%～5%，后燃期縮短2.3%～9.5%。著火落后期的縮短使燃燒發(fā)生更早，速燃期的縮短使放熱率曲線重心離壓縮上止點(diǎn)更近，后燃期的縮短有利于降低排氣溫度。2) 隨著壓縮比的增大，燃燒等容度增大、燃燒放熱速率增快，壓縮比較大時(shí)缸壓、缸溫水平較高且峰值時(shí)刻有所提前。與瞬時(shí)放熱速率的變化趨勢(shì)相似，壓縮比較大時(shí)，缸壓、缸溫達(dá)到峰值后較快下降到較低水平。這與不同壓縮比時(shí)燃燒過程相關(guān)，較短的后燃期使壓縮比較大時(shí)燃燒結(jié)束后缸溫較低，排氣溫度較低。

3.3 壓縮比對(duì)整機(jī)性能的影響

進(jìn)氣特性和燃燒特性的不同使不同壓縮比下甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)表現(xiàn)出不同的動(dòng)力水平、油耗水平和能量分布特點(diǎn)。輸出轉(zhuǎn)矩、有效燃油消耗率、能量分布隨壓縮比的變化見圖5。

圖5 壓縮比對(duì)整機(jī)性能的影響

由圖5可知：1) 壓縮比提高，甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩增大，有效燃油消耗率降低。壓縮比由9增長(zhǎng)至13，每增長(zhǎng)1，有效轉(zhuǎn)矩分別提高2.4%、1.6%、1.1%、0.8%，有效燃油消耗率分別降低2.8%、2.1%、1.6%、1.2%。壓縮比增大，較快的燃燒放熱速度、較大的燃燒等容度既改善了甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，又改善了整機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性。但隨著壓縮比的增大，轉(zhuǎn)矩和油耗的改善程度逐漸下降，加之壓縮比過大時(shí)較小的活塞頂隙容易造成活塞與氣門發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉，不可無限制地提高幾何壓縮比。因此，改進(jìn)甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)幾何壓縮比時(shí)選擇13而沒有進(jìn)一步提高壓縮比。2) 隨著壓縮比的增大，散熱能量比例逐漸增多，這是因?yàn)閴嚎s比較大時(shí)燃燒室面容較大，且燃燒過程中缸溫水平較高，增強(qiáng)了燃燒過程中缸內(nèi)混合氣與燃燒室壁面的對(duì)流換熱強(qiáng)度，散熱損失能量增多。燃燒等容度的增大使指示熱效率隨壓縮比的增大而增大，壓縮比每增長(zhǎng)1，指示熱效率增長(zhǎng)1.2%～2.6%，與增大壓縮比后轉(zhuǎn)矩和油耗的改善程度一樣。但隨著壓縮比的進(jìn)一步提高，指示熱效率改善程度逐漸下降。壓縮比較大時(shí)指示熱效率和散熱能量比例的增大使相對(duì)較少的能量被排氣帶走，故排氣能量比例隨壓縮比增大而減小。

4 點(diǎn)火提前角對(duì)甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響

點(diǎn)火提前角過大時(shí)，在遠(yuǎn)離壓縮上止點(diǎn)時(shí)開始燃燒，阻礙活塞的上行運(yùn)動(dòng)，造成較多的壓縮負(fù)功；點(diǎn)火提前角過小時(shí)，較多的熱量在離上止點(diǎn)較遠(yuǎn)處才釋放，造成燃燒等容度下降。車輛實(shí)際運(yùn)行過程中，點(diǎn)火提前角需根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況進(jìn)行修正。下面在經(jīng)濟(jì)工況下探究不同點(diǎn)火提前角(-18、-16、-14、-12、-10 °CA ATDC)對(duì)甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)泵氣特性、燃燒特性、整機(jī)性能的影響。

4.1 點(diǎn)火提前角對(duì)泵氣特性的影響

根據(jù)5個(gè)點(diǎn)火提前角下甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)的仿真結(jié)果，點(diǎn)火提前角對(duì)進(jìn)氣歧管、排氣歧管壓力及缸內(nèi)泵氣壓損的影響非常小，但對(duì)進(jìn)排氣歧管平均溫度、每循環(huán)缸內(nèi)進(jìn)氣量有所影響。點(diǎn)火提前角對(duì)泵氣特性的影響見圖6。

圖6 點(diǎn)火提前角對(duì)泵氣特性的影響

由圖6可知：1) 進(jìn)、排氣溫度均隨點(diǎn)火提前角的減小而升高，但點(diǎn)火提前角對(duì)排氣溫度的影響更大。點(diǎn)火提前角每減小2 °CA，進(jìn)氣溫度提高程度均小于0.1%，而點(diǎn)火提前角從-18 °CA每減小2 °CA，排氣歧管溫度分別升高2.4%、2.5%、2.6%和2.7%。排氣歧管溫度顯著升高與不同點(diǎn)火提前角下燃燒過程和缸內(nèi)環(huán)境變化有關(guān)，排氣溫度的升高將影響排放物后處理裝置的工作性能，若排氣溫度過高還需加濃混合氣。2) 點(diǎn)火提前角從-18 °CA每減小2 °CA，進(jìn)氣門開啟時(shí)缸溫升高1.8%～2.2%。由于點(diǎn)火提前角較小時(shí)進(jìn)氣溫度和進(jìn)氣門正時(shí)缸內(nèi)溫度均較高，新鮮充量的密度減小，缸內(nèi)每循環(huán)進(jìn)氣量較少。

4.2 點(diǎn)火提前角對(duì)燃燒特性的影響

點(diǎn)火提前角θig大小使燃燒始點(diǎn)、火焰?zhèn)鞑ニ俣扔兴煌?。點(diǎn)火提前角對(duì)燃燒特性的影響見圖7。

圖7 點(diǎn)火提前角對(duì)燃燒特性的影響

由圖7可知：1) 點(diǎn)火提前角越小，火核形成越晚，放熱速度越慢，瞬時(shí)放熱率峰值越小，峰值時(shí)刻越遠(yuǎn)離壓縮上止點(diǎn)；點(diǎn)火提前角較大時(shí)，放熱率曲線重心向上止點(diǎn)方向移動(dòng)，在放熱率達(dá)到峰值后下降速度更快，燃燒終點(diǎn)也更早。2) 不同點(diǎn)火提前角時(shí)瞬時(shí)放熱率曲線的峰值時(shí)刻關(guān)系與不同點(diǎn)火提前角時(shí)CA50關(guān)系一致。3) 隨點(diǎn)火提前角減小，著火落后期、速燃期均有所延長(zhǎng)，后燃期雖然在不同點(diǎn)火提前角下存在相同的情況，但總體上仍然呈現(xiàn)隨點(diǎn)火提前角減小而延長(zhǎng)的趨勢(shì)，故燃燒持續(xù)期隨點(diǎn)火提前角減小而逐漸延長(zhǎng)。點(diǎn)火提前角由-18 °CA減小至-10 °CA，著火落后期、速燃期、后燃期分別延長(zhǎng)16%、16.8%、7.5%。

不同點(diǎn)火提前角工況下，缸內(nèi)混合氣不同燃燒過程決定缸內(nèi)環(huán)境。點(diǎn)火提前角對(duì)缸壓、缸溫的影響見圖8。由圖8可知：隨著點(diǎn)火提前角的減小，缸壓峰值、缸溫峰值逐漸減小，且峰值時(shí)刻離壓縮上止點(diǎn)較遠(yuǎn)。由于點(diǎn)火提前角較小時(shí)燃燒放熱速度較慢，后燃期較長(zhǎng)，燃燒結(jié)束后，點(diǎn)火較晚時(shí)的缸壓、缸溫反而較高，排氣階段進(jìn)入排氣門的廢氣溫度較高。

圖8 點(diǎn)火提前角對(duì)缸壓、缸溫的影響

4.3 點(diǎn)火提前角對(duì)整機(jī)性能的影響

雖然點(diǎn)火提前角較大時(shí)燃燒放熱速度較快、缸壓峰值較大，峰值時(shí)刻也更靠近壓縮上止點(diǎn)，但并不是點(diǎn)火提前角越大，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性越好。點(diǎn)火提前角對(duì)整機(jī)性能的影響見圖9。

圖9 點(diǎn)火提前角對(duì)整機(jī)性能的影響

由圖9可知：1) 隨著點(diǎn)火提前角的減小，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩先有所增長(zhǎng)，在點(diǎn)火提前角為-14和-12 °CA時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值84.5 N·m；點(diǎn)火提前角進(jìn)一步減小時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩有所下降。有效燃料消耗率的變化趨勢(shì)與轉(zhuǎn)矩相反，隨著點(diǎn)火提前角的減小，有效燃油消耗率先降低后增長(zhǎng)，點(diǎn)火提前角為-14 °CA時(shí)達(dá)到最低值507.7 g/(kW·h)。點(diǎn)火提前角為-14 °CA時(shí)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性最佳，這與不同點(diǎn)火提前角時(shí)缸內(nèi)混合氣燃燒放熱后的能量分布特點(diǎn)有關(guān)。2) 隨點(diǎn)火提前角減小，燃燒等容度減小，后燃期延長(zhǎng)，排氣溫度升高，排氣能量比例增大；點(diǎn)火提前角較大時(shí)，燃燒過程中缸溫水平較高，缸內(nèi)混合氣和燃燒室壁面對(duì)流換熱強(qiáng)度加強(qiáng)，散熱能量比例較大。而散熱能量比例和排氣能量比例隨點(diǎn)火提前角相反的變化趨勢(shì)使指示熱效率隨點(diǎn)火提前角的減小先降低后增高，在點(diǎn)火提前角為-14 °CA時(shí)指示熱效率達(dá)到41%。

5 空燃比對(duì)甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響

針對(duì)不同行駛工況，需要不同濃度的燃油-空氣混合氣，如汽油機(jī)在起動(dòng)工況、加速工況或高轉(zhuǎn)速、高速負(fù)荷工況，需要較濃的功率混合氣以滿足動(dòng)力輸出；在中低轉(zhuǎn)速、中低負(fù)荷工況，則可選擇略稀的經(jīng)濟(jì)混合氣以降低油耗。甲醇燃料的物化性質(zhì)同樣使甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)在各運(yùn)行工況時(shí)需采用合適的空燃比以優(yōu)化整機(jī)性能。下面研究不同空燃比(6～8.5，以0.5為間隔)對(duì)甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)泵氣特性、燃燒特性、整機(jī)性能的影響。

5.1 空燃比對(duì)泵氣特性的影響

根據(jù)不同空燃比下甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)的仿真計(jì)算結(jié)果，混合氣濃度對(duì)進(jìn)氣歧管和排氣歧管壓力及因缸內(nèi)進(jìn)排氣壓差造成的壓力損失影響都較小。另一方面，燃料噴入進(jìn)氣歧管會(huì)降低氣體溫度，而混合氣濃度不同時(shí)進(jìn)氣歧管所噴燃料質(zhì)量不同，故空燃比對(duì)進(jìn)氣歧管溫度有所影響。不同濃度混合氣燃燒放熱規(guī)律的差別會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)廢氣溫度不同，排氣歧管溫度不同(見圖10)。

圖10 空燃比對(duì)泵氣特性的影響

由圖10可知：1) 隨著空燃比的增大，進(jìn)氣溫度逐漸升高，空燃比由6增大至8時(shí)，進(jìn)氣溫度提高2.4%。隨著空燃比的增大，排氣歧管溫度先增長(zhǎng)后降低，空燃比為6.5時(shí)排氣溫度最高；空燃比大于6.5時(shí)，每增長(zhǎng)0.5，排氣歧管溫度分別降低2.9%、2.6%、2.4%。2) 隨著空燃比的增大，進(jìn)氣門開啟時(shí)刻缸溫先增長(zhǎng)后降低。每循環(huán)缸內(nèi)進(jìn)氣量隨著空燃比的增大逐漸下降，空燃比由6增長(zhǎng)至8，進(jìn)氣量降低5.1%。說明進(jìn)氣正時(shí)缸溫對(duì)進(jìn)入缸內(nèi)新鮮充量的影響不及不同濃度混合氣時(shí)燃油對(duì)進(jìn)氣歧管混合氣溫度的影響。

5.2 空燃比對(duì)燃燒特性的影響

不同濃度混合氣進(jìn)入缸內(nèi)后的氣流運(yùn)動(dòng)、火核發(fā)展、火焰?zhèn)鞑デ闆r見圖11。由圖11可知：1) 空燃比越小，混合氣越濃，為防止混合氣較早燃燒增大壓縮負(fù)功，點(diǎn)火提前角應(yīng)適當(dāng)減小。空燃比較小時(shí)，點(diǎn)火時(shí)刻較晚，燃燒放熱率峰值時(shí)刻離壓縮上止點(diǎn)較遠(yuǎn)，與表1中CA50與空燃比的關(guān)系一致。空燃比由6提高到8，CA50提前7.1%。但較濃的混合氣意味著較多的燃料，故空燃比較小時(shí)放熱率峰值仍然較高。2) 隨著空燃比的增大，混合氣越稀，點(diǎn)火之后火核形成速度較慢，著火落后期越長(zhǎng)，空燃比為8時(shí)的著火落后期比空燃比為6時(shí)延長(zhǎng)15%。速燃期在空燃比為6.5時(shí)最短，相比理論空燃比，混合氣較濃時(shí)燃燒過程中氧氣不足，部分濃混合氣燃燒不完全，反而減緩了燃燒放熱速度；而混合氣濃度較稀時(shí)，由于燃料較少，燃燒放熱速度較慢，隨著空燃比的增大，速燃期呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，空燃比為7時(shí)后燃期最短；但過稀的混合氣由于甲醇燃料較少，燃燒放熱速度明顯下降，空燃比大于7時(shí)后燃期又有所延長(zhǎng)。

圖11 空燃比對(duì)燃燒特性的影響

表1 甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)CA50與空燃比的關(guān)系

圖12為不同空燃比時(shí)缸壓和缸溫曲線。由圖12可知：空燃比較大時(shí)，由于混合氣較稀，缸壓、缸溫峰值都較低，峰值時(shí)刻出現(xiàn)較早；整個(gè)燃燒過程中，缸壓和缸溫水平在混合氣較稀時(shí)均處于較低水平?？梢?，甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)稀燃也可實(shí)現(xiàn)低溫燃燒，既降低缸內(nèi)熱負(fù)荷，又降低排氣溫度。

圖12 空燃比對(duì)缸壓和缸溫的影響

5.3 空燃比對(duì)整機(jī)性能的影響

針對(duì)不同運(yùn)行工況，需根據(jù)實(shí)際需求匹配不同混合氣濃度?？杖急葘?duì)整機(jī)性能的影響見圖13。

由圖13可知：混合氣變濃后，轉(zhuǎn)矩有所增長(zhǎng)，有效燃油消耗率顯著增大?？杖急扔?.5減小至6時(shí)，轉(zhuǎn)矩提高2.9%，有效燃油消耗率增大6%。相對(duì)于理論混合氣，混合氣略稀(空燃比為7)時(shí)有效燃油消耗率變化不大，但混合氣進(jìn)一步變稀時(shí)，不僅動(dòng)力性越差，燃油消耗率有所增長(zhǎng)。2) 相對(duì)于理論空燃比，混合氣較濃時(shí)，因燃料燃燒不完全，未完全燃燒的燃料隨廢氣排出，排氣能量比例較高，相對(duì)于空燃比6.5，空燃比為6時(shí)排氣能量提高11.8%。此外，混合氣較濃時(shí)，燃料燃燒不完全，放熱量減小，散熱能量比例較小。

圖13 空燃比對(duì)整機(jī)性能的影響

6 結(jié)論

(1) 甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)通過進(jìn)氣晚關(guān)角調(diào)節(jié)負(fù)荷，可提高進(jìn)氣壓力、減少泵氣損失；較好的抗爆性能匹配更高的幾何壓縮比以優(yōu)化性能。

(2) 高壓縮比甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒放熱速率更快，輸出轉(zhuǎn)矩和有效熱效率均優(yōu)于汽油機(jī)。

(3) 壓縮比、點(diǎn)火提前角、空燃比對(duì)甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)泵氣特性、燃燒特性和整機(jī)性能的影響較大，通過優(yōu)化匹配這些因素，可進(jìn)一步優(yōu)化甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能。