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能源匮乏和环境污染成为世界各国所面临的两大难题，寻找替代燃料、降低排放成为了内燃机发展的重要方向。石油作为化石能源的一种，是不可再生的，未来石油枯竭将是必然的趋势。采取技术及政策上的措施发展替代能源，减轻石油在一次能源消费量中的比重已经成为各国研究能源安全问题的重点研究对象。汽车代用燃料的研发工作中，热点产品包括液化石油气(LPG)、压缩天然气(CNG)、合成油、甲醇、乙醇、酯化植物油、电能、太阳能、二甲醚(DME)等等。在重点发展的石油替代燃料中，乙醇替代技术研究得到了很多国家高度重视。因为乙醇是可再生能源，属于含氧生物燃料，在发动机燃烧中，可以改善燃烧过程、降低排放且具有良好的使用性能及可靠的来源，因此在我国乙醇燃料已成为重点发展的一种可再生替代燃料产品。汽油掺混一定比例的乙醇在汽油机上使用，已经取得了良好的经济效益和社会效益，而柴油机热效率高、燃油消耗量低，广泛使用，如果成功解决乙醇的替代问题，会有更好的发展前景。
乙醇在柴油机上替代柴油方面，仍有些问题需要解决。乙醇与柴油的物化特性有很大的差异，在常温下乙醇柴油会出现分层现象，必须添加助溶剂才能与柴油混合。而目前研制的助溶剂普遍成本高、价格昂贵，有些助溶剂还会对发动机的燃烧过程和排放有影响。采用双燃料方法，正在成为柴油机使用乙醇替代燃料的一个很重要的研究方向。
本研究以农用小型涡流室式柴油机为研究机型，用进气道供乙醇的双燃料方法燃用乙醇。通过对混合气形成、燃烧过程和排放机理的分析、研究和试验，在柴油机油滴蒸发型准维模型基础上，建立乙醇/柴油双燃料发动机燃烧排放的准维燃烧排放模型，从理论上探讨、研究涡流室式柴油机在乙醇部分替代柴油后对发动机工作性能的影响。用MATLAB软件编写的计算程序，应用该模型对一台涡流室式柴油机进行数值计算。
由于燃烧模型是对真实系统在不失其物理本质特征的前提下所作的一种合理简化和高度概括，需要试验来验证和补充。因此本研究对双燃料发动机进行了各种负荷、不同转速、不同供乙醇方式的试验，对发动机的动力性、经济性和排放进行了测试和研究，并对有代表性的工况的数值计算结果和测试结果作了详尽的对比和分析。
试验用的双燃料发动机是由一台涡流室式柴油机在进气道加装乙醇雾化系统改装的。乙醇雾化后，在进气行程利用负压与空气混合进入燃烧室，形成均质乙醇空气混合气，引燃柴油喷入进行燃烧。试验结果表明，该准维燃烧模型可以较好的模拟双燃料发动机燃用乙醇/柴油的燃烧过程，预测发动机多种性能和排放指标；乙醇一定比例的替代柴油，在基本不影响发动机输出功率的情况下，能较大幅度的降低碳烟排放，同时NOx和CO也有一定程度的减少，表现出了比原机较好的工作性能。
在同一台涡流室式柴油机上进行了两种供乙醇方式的对比试验研究，一种方式是进气道供乙醇，另一种方式是柴油掺混乙醇。试验中创新之处是保证两种供醇方式的柴油和乙醇量分别相同，及其它试验条件也相同，唯一不同之处是乙醇的供给方式。对比试验研究表明，乙醇供给方式对柴油机排放有较明显的影响，进气道供乙醇方式比柴油混合乙醇方式表现出了较好的排放性能：碳烟和CO排放低于柴油混合乙醇方式，尤其碳烟排放降幅较大；但NOx和HC排放略高。通过该试验可以看到，乙醇形成混合气方式对双燃料发动机性能的影响，也可以了解到：在供给燃烧室的燃料相同的条件下，完全喷射方式和部分喷射+部分预混合方式对发动机性能和排放的影响，有助于对燃料供给方式的深入了解。
乙醇雾化采用了超声波技术。雾化系统工作原理是利用振荡器产生的超声波对乙醇表面进行空化作用，破坏液体表面的张力和惯性而产生雾滴。与化醇器进气道供醇方式比较，该方式有如下特点：(1)没有进气节流损失，提高了充气系数；(2)雾滴细小均匀，容易形成均匀混合气；(3)用电能产生的超声波雾化乙醇，减少了乙醇雾化过程的吸热量，有利于提高柴油机的起动性能。
本研究在理论和试验研究基础上，为了便于研究结果的推广使用，提出乙醇/柴油双燃料发动机设计和改装方案，设计了乙醇超声波雾化系统。该雾化系统能够满足进气道供乙醇的性能要求，使柴油机燃用乙醇/柴油过程中，表现出稳定的工作性能；通过试验研究，对双燃料发动机喷油提前角参数进行了优化，将喷油提前角由原机的22° C A调整为24°CA，双燃料发动机的HC、CO和PM排放降低，综合性能较好。