甲醇来源广泛、燃烧清洁,作为内燃机替代燃料,对缓解能源和环境危机、调整我国能源结构意义重大。但是,甲醇不易压燃,在柴油机上应用存在较大困难。本课题组提出柴油引燃甲醇的组合燃烧方式为甲醇以压燃方式工作提供了可行途径。但是柴油甲醇是两种性质截然相反的燃料,运行二元燃料燃烧(DMDF)时需要醇和油的实时匹配才能满足发动机的性能需求。因此首先要了解醇和油协同工作的边界条件,才能指导发动机的各项性能标定。另外,大量道路试验表明,不同季节、地域的环境温度对DMDF车辆的运行也有很大影响。为了详细了解DMDF燃烧的运行范围特性以及温度对此种燃烧方式的影响,本研究在一台增压中冷柴油机上通过进气道喷射甲醇和缸内直喷柴油,实现了个性特异的两种燃料的协同燃烧,以期阐明DMDF燃烧运行区域特征及进气温度对燃烧过程的影响。通过大量的台架试验和计算分析得出以下结论:DMDF燃烧存在明显的运行区域特性。DMDF燃烧过程包含柴油的预混和扩散燃烧,甲醇的火焰传播、甲醇末端混合气自燃和甲醇先于柴油着火的自燃等多种燃烧现象。其运行范围受到三种不正常燃烧现象的限制:爆震、部分燃烧和失火。中高负荷时DMDF燃烧速度快,容易发生甲醇自燃,最大替代率受到爆震的限制。中等负荷高替代率时因引燃柴油量过小而存在失火边界。小负荷工况下甲醇稀混合气火焰传播速度慢,最大替代率受到部分燃烧边界的限制。小负荷是DMDF运行的低效区,随着替代率的增加燃烧效率和热效率逐渐降低。大负荷是DMDF运行的高效区,发动机的散热损失和排气损失比纯柴油模式分别减少21.1%和13.6%,热效率最高提高17.6%。进气温度对DMDF燃烧方式有重要影响。升高进气温度可改善甲醇与空气的混合过程,提高甲醇的火焰传播速度,加快燃烧速度,提高燃烧效率。DMDF燃烧在不同负荷需要不同的进气温度条件。小负荷DMDF燃烧应采用高进气温度、中等喷油正时和大替代率。相比纯柴油模式NOx可降低40%,烟度降低58%,燃料成本节约21.1%。大负荷DMDF燃烧应采用中等进气温度、晚喷油策略和40%左右的替代率。相比于同条件下的纯柴油模式,NOx和烟度排放分别降低13.3%和67.5%,有效热效率提高11.4%。DMDF燃烧会发生先于柴油着火的甲醇自燃现象。DMDF燃烧中,小负荷中冷后的进气温度如高于80°C、大负荷高于65°C时即会发生缸内甲醇自燃或末端混合气自燃。甲醇在自燃过程中能完全燃烧,HC排放比火焰传播工况降低80%。提高进气温度和甲醇混合气的当量比,可使甲醇着火时刻提前。DMDF燃烧中甲醇空气混合气的当量比低于0.5,甲醇自燃的最高燃烧温度低于1600 K,燃烧过程中没有NOx生成。小负荷可借助甲醇自燃现象提高DMDF发动机的热效率,但大负荷甲醇自燃会造成烟度排放升高。DMDF模式的燃烧循环变动增加。循环喷油量、循环喷醇量、柴油着火核心、甲醇火焰传播速度的不确定性,都加剧了DMDF的燃烧波动。大负荷DMDF燃烧的循环变动与纯柴油相当,但当进气温度超过70°C时甲醇自燃导致循环变动率急剧增加。小负荷的循环变动随着替代率的增加而增大,进气温度升高可提高燃烧稳定性。当压力升高率超过1.3 MPa/°CA时,DMDF燃烧会产生振幅超过7MPa的剧烈压力震荡。DMDF的压力震荡在循环间连续出现,震荡幅度随着甲醇量的增加不断升高。