王俊昌

（安陽工學(xué)院機械工程學(xué)院 河南 安陽 455000）

引言

進入本世紀，環(huán)保壓力推動了燃氫內(nèi)燃機和燃料摻氫加氧燃燒技術(shù)研究；H2燃燒速度快，氫內(nèi)燃機可在一定工況提高熱效率，但易產(chǎn)生爆震燃燒，高負荷時排放NOx濃度高[1]；同時H2具有易燃性、點火能量低，會導(dǎo)致氫內(nèi)燃機出現(xiàn)回火、早燃等問題[2]；缸內(nèi)直噴氫內(nèi)燃機雖解決了回火問題，但H2混合時間短，影響排放、效率穩(wěn)定性，存在強烈的相互制約關(guān)系[3]。采用較稀混合氣，可防止回火和早燃、減少NOx排放，但降低了發(fā)動機功率，影響氫內(nèi)燃機動力性，并且H2運輸、存儲也影響氫內(nèi)燃機普及。

甲醇是理想的氫能載體燃料，單位體積甲醇中H 含量是液氫的1.4 倍，是70 MPa 壓力下氫氣的2.8倍；將車載甲醇裂解制氫，隨制隨用，不存在H2運輸及存儲問題；如將裂解氣與甲醇混摻燃燒，可解決H2燃燒溫度高和回火問題。姚春德等[4]對甲醇高效清潔燃燒方法研究，指出：甲醇裂解氣可顯著提高發(fā)動機經(jīng)濟性、降低排放污染；周銳等[5]研究外部燃料重整摻氫對發(fā)動機影響，指出：外部燃料重整中散失的熱量沒有合理利用，部分抵消了摻氫燃燒帶來的性能提升。Robert Mitchell 等[6]利用EGR 技術(shù)對燃料重整，研究發(fā)現(xiàn)，在特定工況下發(fā)動機熱效率提升11%；秦靜等[7]對活化熱氛圍下甲醇均質(zhì)壓燃燃燒機理研究，指出：甲醇燃燒廢氣活性物質(zhì)，促進甲醇低溫氧化反應(yīng)。如何將氫能與甲醇燃燒相結(jié)合，提升發(fā)動機熱效率，降低甲醇發(fā)動機排放污染是發(fā)動機研究熱點之一。本文探索甲醇在缸內(nèi)活化裂解形成醇氫融合燃燒作功的可行性，回收利用燃燒廢氣能量提高熱效率，實現(xiàn)發(fā)動機近零排放。

1 醇氫混燃發(fā)動機基本架構(gòu)

1.1 基本方案

針對我國“富煤、少氣、貧油”的能源特點，將氫能、碳循環(huán)、燃料儲能、燃油替代技術(shù)有機結(jié)合，構(gòu)建新型甲醇發(fā)動機。該發(fā)動機基本結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示，基于傳統(tǒng)四沖程發(fā)動機結(jié)構(gòu)，采用主缸和副缸分級燃燒、組合工作方案，主缸采用濃甲醇混合氣內(nèi)燃蘭金循環(huán)及氧氣射流控制混合氣著火等措施，燃燒廢氣一部分留在主缸，另一部分作為可燃氣體送入副缸再燃燒。甲醇以較大提前角噴入主缸，利用缸內(nèi)余留廢氣進行活化重整，將低品位廢氣熱量轉(zhuǎn)換為甲醇高品位燃燒能。基于“工質(zhì)移缸”技術(shù)，導(dǎo)入副缸的主缸燃燒廢氣與進入副缸的增壓空氣混合燃燒，通過控制副缸燃燒溫度，副缸既是主缸燃燒作功過程的拓展，也是主缸燃燒產(chǎn)物的后處理器，發(fā)動機具有高綜合效率同時實現(xiàn)污染物近零排放。

圖1 發(fā)動機結(jié)構(gòu)原理圖

該發(fā)動機主要對發(fā)動機進、排氣系統(tǒng)和燃油供給系改進。主缸有燃料噴嘴、O2噴嘴、排氣門，取消進氣門，用O2噴嘴向缸內(nèi)噴射氧氣；副缸無燃料噴嘴，設(shè)有主進氣門、副進氣門、排氣門；主缸與副缸之間有連接通道，主缸排氣門控制主缸端連接通道的開閉，副缸副進氣門控制副缸端連接通道的開閉；主缸燃燒廢氣通過連接通道導(dǎo)入副缸；副缸主進氣門控制增壓空氣進入副缸，副缸燃燒廢氣由副缸排氣門導(dǎo)入廢氣渦輪增壓器。

1.2 進氣系統(tǒng)

采用電控液壓可變氣門結(jié)構(gòu)，按設(shè)定的配氣正時柔性控制主缸、副缸各氣門開閉，副缸工作相位落后于主缸210°CA，為減少發(fā)動機振動設(shè)置有平衡軸。副缸進氣通路如圖2 所示，由變頻電動增壓器和廢氣渦輪增壓器等組成，渦輪增壓器壓氣機與副缸進氣口相接，電動增壓器通過電磁閥3 分別與副缸進氣口和壓氣機進氣口相接。正常工況時電磁閥3 斷電，電動增壓器出口與廢氣渦輪增壓器壓氣機進氣口接通；副缸燃燒廢氣帶動渦輪增壓器工作，實現(xiàn)副缸進氣二級增壓。發(fā)動機起動時電磁閥3 通電，電動增壓器出口與副缸進氣口接通，由電動增壓器單獨為副缸提供增壓的新鮮空氣。

圖2 發(fā)動機副缸進氣通路

主缸O2噴射系統(tǒng)包括O2噴嘴、O2穩(wěn)壓裝置、O2溫度檢測傳感器、O2預(yù)熱裝置、O2存儲罐等，ECU 根據(jù)O2及工況參數(shù)，按設(shè)定程序控制O2噴嘴適時向主缸噴入適量O2；O2預(yù)熱裝置利用排氣熱量和主缸與副缸連接通道的熱量，提高O2射流溫度。發(fā)動機進氣管有空氣流量傳感器，排氣管有氧傳感器，ECU根據(jù)發(fā)動機工況，控制電動增壓器及O2噴嘴通電時刻和時長，優(yōu)化混合氣濃度。

1.3 燃料供給系統(tǒng)

燃料供給系包括燃料噴嘴、低壓泵、高壓泵、甲醇穩(wěn)壓管、甲醇預(yù)熱管、甲醇儲存罐以及為起動工況提供燃料的DME（二甲醚）合成裝置；甲醇預(yù)熱管利用甲醇回收冷卻液熱量，高壓泵提供可靠的噴射壓力。ECU 控制燃料噴嘴，適時向主缸內(nèi)噴入適量、一定壓力（5MPa）的燃料。

DME 合成裝置如圖3 所示，包括電加熱催化器3、甲醇通道電磁閥4（常開）和DME 通道電磁閥2（常閉）。起動時，電加熱催化器、甲醇通道電磁閥和DME 通道電磁閥通電，關(guān)閉甲醇通道、開啟DME 通道，甲醇被加熱催化合成DME，噴入氣缸。當(dāng)起動工況向正常工況過渡時，先切斷甲醇通道電磁閥電源，甲醇通道開啟，DME 與甲醇混合后噴入氣缸，待工作溫度正常后，電加熱催化器和DME 通道電磁閥斷電，DME 通道關(guān)閉，發(fā)動機進入正常工況。

圖3 DME 合成裝置

2 發(fā)動機工作過程

2.1 起動過程

起動工況廢氣渦輪增壓器不能正常工作，由電動增壓器為副缸提供具有一定壓力的空氣。DME 作為壓燃式甲醇發(fā)動機著火促進劑，可改善發(fā)動機起動性能[8]。DME 合成裝置將甲醇轉(zhuǎn)換為DME，ECU按起動程序控制O2射流和燃料噴射正時；主缸排氣門關(guān)閉后先噴射O2，形成具有一定溫度、壓力的高密度氣體空間，然后噴射燃料，以提高霧化質(zhì)量、避免出現(xiàn)“濕壁”現(xiàn)象；通過控制電動增壓器工作頻率控制副缸進氣量。隨著DME 濃度增加，反應(yīng)放熱量增大，提升燃燒溫度，提高甲醇發(fā)動機起動性。

2.2 主缸工作過程

發(fā)動機正常工況改用甲醇燃料，主缸利用內(nèi)部EGR技術(shù)，缸內(nèi)形成甲醇活化重整氛圍。主缸工作相位如圖4 所示，活塞從下止點上行α1°CA，即（180-α1）°CA BTDC 時主缸排氣門開啟；當(dāng)主缸活塞向上運動α2°CA，即位于（180-α2）°CA BTDC 時關(guān)閉主缸排氣門。當(dāng)主缸活塞運動至α3°CA BTDC 時，首次向主缸噴射甲醇，甲醇在缺氧狀態(tài)下吸熱、氣化，與熱廢氣中的HO2、H2O2、H 等活性基團進行脫氫反應(yīng)；當(dāng)主缸活塞運動到α4°CA BTDC 時，第二次噴射甲醇，缸內(nèi)氣溫上升、甲醇在活化氛圍中重整；當(dāng)主缸活塞上行至α5°CA BTDC 時，向主缸噴入高壓O2。主缸混合氣在O2射流作用下自燃、膨脹作功至下止點。主缸如此循環(huán)往復(fù)運轉(zhuǎn)。

圖4 發(fā)動機工作循環(huán)相位圖

2.3 副缸工作過程

如圖4 所示，副缸活塞上行至α6°CA BTDC 時，副缸進氣門提前打開，經(jīng)二級增壓的熱空氣進入副缸；活塞下行至副缸α7°CA ATDC 時，副缸排氣門關(guān)閉；副缸活塞下行至α8°CA ATDC 時，副缸副進氣門開啟，主缸燃燒廢氣進入副缸；副缸活塞下行至α9°CA ATDC 時，副缸主進氣門關(guān)閉；副缸活塞下行至α10°CA ATDC 時，副缸副進氣門關(guān)閉；副缸副進氣門比主缸排氣門晚關(guān)閉，可利用主缸廢氣氣流慣性，增加副缸充量、降低主缸與副缸連接通道內(nèi)氣壓。來自主缸富含自由基的可燃廢氣，在副缸形成氣相射流多點著火，實現(xiàn)穩(wěn)定可靠燃燒；當(dāng)副缸活塞下行至α11°CA BBDC 時，副缸排氣門提前開啟，副缸廢氣進入渦輪增壓器；副缸如此循環(huán)往復(fù)運轉(zhuǎn)。發(fā)動機工作相位預(yù)測參數(shù)見表1。

表1 發(fā)動機工作相位參數(shù) °CA

3 主缸燃燒過程分析

3.1 燃燒路徑控制

根據(jù)蘇萬華[9]提出的柴油機燃燒過程及燃燒路徑控制理論，該發(fā)動機從可燃混合氣形成時間和燃燒反應(yīng)時間兩方面控制燃燒路徑，用純氧代替空氣做氧化劑控制混合氣組分，利用缸內(nèi)余留燃燒廢氣中富含活性基團，營造甲醇無氧活化重整反應(yīng)氛圍，改變甲醇脫氫路線，將甲醇改質(zhì)為富含H2、CH4等小分子燃料活性基團的可燃混合氣，結(jié)合JCCI 氧氣射流控制混合氣著火，形成具有壓燃和擴散燃燒特點的復(fù)合燃燒。由于控制了混合氣中氧氣組分，改變了傳統(tǒng)甲醇燃燒路徑，甲醇先改質(zhì)后燃燒，形成醇氫融合燃燒新路徑。

燃燒過程分為三個階段：1）甲醇活化重整階段：基于ICRC 和缸內(nèi)EGR 技術(shù)構(gòu)建甲醇無氧活化重整反應(yīng)氛圍，延遲甲醇與氧氣的混合，利用濃混合氣燃燒廢氣中富含活性基團的特點，改變甲醇脫氫反應(yīng)路徑。2）活化小分子燃料壓燃著火階段：基于射流控制混合氣著火（JCCI）原理，在高壓氧氣射流沖擊作用下，射流外圍處于著火臨界狀態(tài)的混合氣溫度迅速上升，形成多火核著火并快速燃燒。3）富燃混合氣擴散燃燒階段：高壓氧氣射流沿活塞頂面流動與缸內(nèi)混合氣相混合，快速氧化反應(yīng)生成活化物質(zhì)；前期甲醇活化反應(yīng)積累的大量H2O2等活性物質(zhì)，在高溫條件下發(fā)生支鏈反應(yīng)，生成更多活性基團，火焰急速傳至整個燃燒室，燃燒速率取決于氧氣射流擴散速率、甲醇重整率和混合氣當(dāng)量比。

3.2 甲醇活化重整改質(zhì)

吳志軍、于瀟[10]運用ICRC 原理，引入廢氣再循環(huán)控制純氧燃燒速度，缸內(nèi)噴水控制廢氣溫度。本發(fā)動機利用甲醇氣化潛熱值高特點，吸收缸內(nèi)余留廢氣熱量，控制廢氣溫度，降低壓縮負功，增加甲醇混合氣內(nèi)能；同時，甲醇燃燒廢氣中活性物質(zhì)隨廢氣留在缸內(nèi)，使甲醇在較低溫下開始活化重整反應(yīng)，重整為小分子燃料，降低了燃燒可用能損失?；旌蠚猱?dāng)量比不同，則“燃燒廢氣”中所含未完全燃燒產(chǎn)物及活化基團的成分和濃度也不同；活化重整鏈分支反應(yīng)取決于燃料產(chǎn)生的自由基濃度，低溫時混合氣越濃，產(chǎn)生的自由基越多，氧化速度越快；當(dāng)量比為1 的甲醇混合氣，中低溫氧化反應(yīng)主要是HO2和OH 參與的氧化反應(yīng)。對于較高燃空當(dāng)量比的甲醇混合氣，火焰?zhèn)鞑ニ俣忍岣?、作功能力增加[11]，其燃燒廢氣中含有大量的H、HO2、H2O2、HCO 等活化基團，此時甲醇低溫反應(yīng)中H、HO2起主要作用，而O 活化基的作用基本消失[12]。隨甲醇混合氣濃度提高，甲醇與H 的反應(yīng)變得更為重要，H 自由基相對分子質(zhì)量小，擴散速率高，是反應(yīng)中最為活躍的物質(zhì)，對反應(yīng)有較大影響[13]；

甲醇噴入主缸后迅速汽化，廢氣各組分間的平衡被打破，當(dāng)量比為1.4 的甲醇混合氣，大約有35%甲醇與H 發(fā)生反應(yīng)，剩余甲醇與HO2等自由基反應(yīng)[14]。因此濃混合氣中甲醇主要與活性基H 發(fā)生脫氫反應(yīng)R1，生成H2和CH2OH，甲醇簡化化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)機理（見表2）；CH2OH 的亞甲基基團上存在未成對電子，屬于高活性物質(zhì)，其后續(xù)鏈反應(yīng)的能量壁壘（閾能）相對較小[12]，迅速與H 發(fā)生基元反應(yīng)R3，由于缺氧，反應(yīng)R3 取代稀燃混合氣中基元反應(yīng)R16成為CH3的重要來源[15]。

表2 甲醇簡化化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)機理[13]

隨著混合氣中活性基H 濃度降低，甲醇也被HO2氧化為CH2OH，而HO2由多途徑產(chǎn)生，是殘余熱廢氣中一種主要活性物[7]，甲醇與HO2反應(yīng)活化能Ea=19.4 kcal/mol，降低了甲醇低溫氧化“門檻”，增加反應(yīng)起始速率，因此R2 是甲醇活化重整主要反應(yīng)之一。甲醇脫H 轉(zhuǎn)化為CH2OH 后，迅速與HO2發(fā)生基元反應(yīng)R4，升高了CH2O 濃度。隨著R3 進行、OH 濃度提高，CO、甲醇和CH2O 展開對OH 的爭奪，在基元反應(yīng)R5、R8、R11 中R5 反應(yīng)速率最高，是甲醇的主要反應(yīng)之一。隨CH3濃度升高，基元反應(yīng)R9 與R6展開競爭，R6 反應(yīng)速率更快、活化能更低，為主干反應(yīng)之一；隨著反應(yīng)R5 進行，HCO 濃度增加，R7 與R6展開競爭，而R6 反應(yīng)速率更高；HCO 熱裂解反應(yīng)R10 需要較高活化能，屬于高溫反應(yīng)[14]，因此反應(yīng)R6是消耗HCO 的主要反應(yīng)。

甲醇無氧活化重整主干反應(yīng)路徑如圖5 所示。隨著甲醇活化重整反應(yīng)進行，CO、H2O 濃度增大，CO +H2O=CO2+H2正反應(yīng)速率增大，與傳統(tǒng)有氧熱廢氣氛圍相比，生成H2增加，使混合氣燃燒轉(zhuǎn)化為醇氫融合燃燒。

圖5 甲醇無氧活化重整的主干化學(xué)反應(yīng)路徑

3.3 O2 射流控制混合氣著火

該甲醇發(fā)動機主缸運用JCCI 原理，采用高壓氧氣射流準(zhǔn)確控制甲醇混合氣著火。甲醇缸內(nèi)活化重整，提高了高溫氧化初期H2O2濃度[7]，當(dāng)氧氣射流噴入主缸時，與射流外圍接觸的甲醇混合氣溫度壓力迅速上升，H2O2、HCO 的能量壁壘被打破而發(fā)生裂解反應(yīng)：H2O2+M=2OH+M，HCO+M=H+CO+M，活性物質(zhì)OH、H 濃度顯著增大，促進甲醇快速氧化反應(yīng)，觸發(fā)缸內(nèi)混合氣多點自燃[15]。同時高壓氧氣射流與重整后的H2快速混合擴散，局部高氧濃度促使O 自由基作用增強，激發(fā)鏈分支反應(yīng)：H+O2=O+OH，O+H2=H+OH，CH2O+O=HCO+OH，HCO+O=CO+OH，產(chǎn)生大量活性基而自燃，使燃燒急速擴展至整個燃燒室，形成醇氫融合燃燒。射流控制混合氣壓縮著火燃燒模式，放熱率呈現(xiàn)前低后高特點，既不同于傳統(tǒng)柴油機前高后低的放熱率，也不同于汽油機預(yù)混合燃燒的單峰放熱率[16]，有效避免富氧、摻氫混合氣因燃燒速率過高造成燃燒粗暴等問題，優(yōu)化燃燒放熱曲線面心值，提高熱功轉(zhuǎn)換效率。

3.4 主缸燃燒溫度控制

設(shè)主缸甲醇噴射量為n mol，混合氣過量O2系數(shù)為0.7（燃氧當(dāng)量比約為1.43），燃燒主要產(chǎn)物CO、CO2、H2O 的物質(zhì)量分別為：x mol、y mol、z mol；則其總包反應(yīng)方程式表示為：

設(shè)O2完全消耗，根據(jù)物質(zhì)守恒定律則有：

聯(lián)解（2）（3）（4）得：x=0.9n y=0.1n z=2n

若燃燒后產(chǎn)物分布均勻、主缸余留廢氣中CO 先氧化：CO+0.5O2=CO2，經(jīng)多次作功循環(huán)后發(fā)動機處于穩(wěn)定狀態(tài)。為確保主缸混合氣過量O2系數(shù)不變，第i 循環(huán)在噴射0.7×1.5n molO2的基礎(chǔ)上，根據(jù)（i-1）循環(huán)增加噴氧量：0.5xγrg；γrg為主缸廢氣余留率，定義為：主缸排氣結(jié)束時缸內(nèi)余留氣體的量與開始排氣時缸內(nèi)氣體總量之比。

則噴氧量與噴甲醇量的關(guān)系為：

以反應(yīng)物和生成物的標(biāo)準(zhǔn)生成熱近似計算主缸燃燒放熱量Q0：

式中：ns，nj分別表示生成物和反應(yīng)物的物質(zhì)量；分別表示生成物和反應(yīng)物的標(biāo)準(zhǔn)生成熱。

設(shè)1mol CO 氧化為CO2放熱量為△h1-2；則缸內(nèi)余留CO 完全氧化放熱量為：

設(shè)燃燒后混合氣最高溫升為ΔT，則：

式中：CP分別為主缸氣體定壓比熱容，將相關(guān)量值帶入（8）式，整理后可得：

可見：若不考慮比熱容變化，當(dāng)燃氧當(dāng)量比一定時，主缸最高燃燒溫度取決于γrg。由主缸廢氣余留率定義可得：

式中：ntg為主缸開始排氣時主缸內(nèi)氣體總量；nrg為主缸排氣結(jié)束時主缸余留氣體量；pe、pc分別是主缸排氣門開啟和排氣門關(guān)閉時缸內(nèi)壓力；k 為比例系數(shù)。

γrg高低，影響甲醇活化重整和燃燒溫度，ECU可根據(jù)主缸排氣門開、閉時曲軸轉(zhuǎn)角和缸內(nèi)氣壓值變化，控制氣門電液控制閥，調(diào)整主缸排氣門開、閉時刻，實現(xiàn)對γrg控制。

4 副缸排放物分析

4.1 副缸絕熱燃燒溫度分析

設(shè)副缸混合氣過量空氣系數(shù)為1.2，N2不參與反應(yīng)，副缸混合氣中CO 完全燃燒轉(zhuǎn)換為CO2，則副缸燃燒反應(yīng)式為：

副缸混合氣燃燒放熱量為：

設(shè)進入副缸的主缸廢氣溫度為T0′，副缸新鮮空氣經(jīng)增壓器增壓后溫度為T0，副缸燃燒最高溫度為T″，則：

式中：C″P分別為副缸氣體定壓比熱容，將相關(guān)量值帶入（11）式，整理后得：

由于T0′取決于主缸最高燃燒溫度，而主缸最高燃燒溫度受γrg控制，且T0變動較小，則：

T″=f（γrg）

即控制主缸γrg，可控制副缸燃燒溫度，從而控制發(fā)動機污染物排放。

4.2 副缸污染物排放分析

由于主缸不對外排氣，副缸排放高低即決定了發(fā)動機排放性能，其排放物主要是氮氧化物、碳氫化合物、一氧化碳、碳煙以及甲醇燃燒中間產(chǎn)物甲醛等。甲醇是醇類中最小的分子，只含有1 個C 且存在C—O 鍵，其氧化速度大于裂解形成碳煙的速度，在各種工況燃燒過程中均不易生成碳煙顆粒[17]；另一方面甲醇含氧量高，其自含氧質(zhì)量比為50%，燃燒所需氧氣量少，有利于混合氣充分燃燒，且C ∶H 為1 ∶4，燃燒速度快、燃燒火焰穩(wěn)定，因此基本上可以不考慮甲醇發(fā)動機的碳煙排放。

據(jù)文獻[18]：溫度不小于900 K 時，CH2O 氧化反應(yīng)開始加速，溫度為1 400 K 時，CH2O 完全氧化僅需0.35 ms；未燃的CH2O 從主缸到副缸，有足夠溫度、時間完全氧化?；瘜W(xué)動力學(xué)計算已確認1 400 K 是CO 向CO2轉(zhuǎn)化的臨界溫度，當(dāng)溫度達1 400 K 時，OH 基生成率增加，CO+OH=CO2+H 反應(yīng)加速[9]。由于改質(zhì)后的主缸混合氣中富含H2/CO，可燃混合氣的淬熄距離變短，近壁面的火焰淬熄層變薄，從而極大降低了THC 排放；據(jù)文獻[19]未燃HC 后期氧化溫度為900 K，碳煙后期氧化的溫度為1 000 K，副缸以主缸燃燒廢氣作燃料，最高燃燒溫度可控制在1 500 K 左右，使THC、CH2O、CO 和碳煙徹底氧化。

主缸無N2參與燃燒，避免產(chǎn)生NOx；副缸生成NOx需三個條件：較高的反應(yīng)溫度、氧濃度和時間，當(dāng)溫度超過1 600 K 時，NOx生成速度開始增加，溫度超過1 800 K 時，反應(yīng)逐漸明顯[20]。取壓縮比為15，以混合氣比熱容為定值，取曲柄連桿比λ=r/L=1/3.5，廢氣余留率取60%～65%，主缸熱損取25%，副缸熱損取15%，以完全燃燒計算：主缸最高燃燒溫度可達2 400 K 左右，副缸最高燃燒溫度可達1 550 K 左右。可見，通過控制主缸廢氣余留率，在保證主缸熱功轉(zhuǎn)換效率的同時，副缸既延續(xù)主缸燃燒作功過程，又起到主缸燃燒后處理器作用，實現(xiàn)發(fā)動機近零排放。

甲醇燃燒雖然仍產(chǎn)生CO2，但每合成1 t 甲醇可消耗1.375tCO2，通過甲醇合成技術(shù)中和碳排放，也可由生物質(zhì)制取甲醇，通過光合作用實現(xiàn)CO2→CH3OH→CO2→…形成良性碳循環(huán)，實現(xiàn)發(fā)動機燃料碳中和。

5 結(jié)論

本新型發(fā)動機采用主缸和副缸分級燃燒、組合工作方案，利用燃氧當(dāng)量比為1.43 甲醇混合氣燃燒廢氣中的活性基團構(gòu)建甲醇活化重整路徑，主缸解決甲醇摻氫、著火控制問題，副缸解決排放問題，實現(xiàn)醇氫融合、分級燃燒、內(nèi)燃蘭金循環(huán)；利用甲醇物化特性，將低品位廢氣能量轉(zhuǎn)換為高品位燃燒熱能，并實現(xiàn)高膨脹比的二行程工作循環(huán)，提高發(fā)動機綜合熱效率。提出改善起動性能方案，推導(dǎo)出穩(wěn)定工況時噴氧量與甲醇量的變化關(guān)系，分析了主缸廢氣余留率與發(fā)動機燃燒溫度關(guān)系，論證了醇氫融合燃燒、實現(xiàn)發(fā)動機碳中和的可行性。

清潔、高效甲醇發(fā)動機，相比電池儲能，既無電池自燃風(fēng)險，也無報廢電池污染環(huán)境隱患，從成本最低、效費比最優(yōu)角度出發(fā)，考慮充分利用成熟的產(chǎn)業(yè)鏈及其完備的基礎(chǔ)設(shè)施，開發(fā)研制醇氫氧混燃發(fā)動機是實現(xiàn)雙碳目標(biāo)的有效措施。若發(fā)動機和電機相結(jié)合，發(fā)揮混合動力組合優(yōu)勢，拓寬綠色甲醇發(fā)動機高效工況范圍，改變混動車中發(fā)動機所處從屬地位，大幅度減少電池用量，降低電池總成本，化解電池一致性難題，避免車輛自燃，提高車輛可靠性；同時解決了電動車充電難、充電時間長等難題，實現(xiàn)內(nèi)燃機燃料碳中和。