船用甲醇/柴油双燃料发动机性能仿真研究
摘要
柴油机因其诸多优势满足航运需求，广泛应用于船舶领域。面对严重的环境问题，
国内外对航运排放作出严格限制。以甲醇作为替代燃料实现甲醇柴油双燃料燃烧，能改
善船机排放性，提高动力性和经济性，具有广阔应用前景。而甲醇/柴油双燃料发动机燃
烧过程更为复杂，国内外学者们对甲醇/柴油双燃料发动机采用实验或仿真手段进行大量
研究。但研究主要集中在非船舶领域，对于船用甲醇/柴油双燃料发动机的性能仿真与研
究具备很高应用价值与现实指导意义。
本文基于GT-POWER软件，以YC6MK350DM-C20型高压共轨甲醇/柴油双燃料发
动机为研究对象，建立甲醇柴油双燃料发动机整机准维仿真模型；根据甲醇和柴油主要
理化性质与燃烧特性，对燃烧过程提出简化假设，基于Wiebe函数燃烧放热率建立甲醇
/柴油双燃料燃烧模型；最后通过实验数据标定与对比，验证了模型的合理性与精确度。
选取推进特性四工况进行性能仿真分析，对比纯柴油模式与双燃料模式并探究了甲
醇替代率对燃烧特性、经济性与CO2排放的影响，结果表明：随着甲醇替代率增加，
发动机压缩压力降低，燃烧压力升高；滞燃期增加，燃烧相位推迟；有效热效率提高，
有效燃油消耗率下降；CO2排放降低，在中高负荷时可降低6.42%。甲醇替代率30%时
缸内燃烧压力最大，发动机达到41.04%的热效率与203g/kWh的燃油消耗率。
探究了柴油喷射正时对燃烧特性、经济性与CO2排放的影响，结果表明：随着喷
油正时推迟，发动机压缩压力升高，燃烧压力降低；燃烧相位推迟；有效热效率提高，
最大可提高3.54%，有效燃油消耗率降低，最大可降低18.88g/kWh；CO2排放降低，中
高负荷时减少CO2排放的效果更加显著，最大可降低8.38%。过度提前喷油正时会使放
热率过高，燃烧相位过度前移，影响发动机性能提升。
探究了甲醇喷射正时对燃烧特性、经济性与CO2排放的影响，结果表明：甲醇喷
射正时对发动机燃烧压力、燃烧过程、有效热效率和有效燃油消耗率影响较小。仅在进
气门开启阶段喷射甲醇时，燃烧压力和燃烧放热率有略微提高，有效热效率相对提升
1.85%，有效燃油消耗率相对降低10.25g/kWh；对CO2排放的影响较小。
关键词：船用发动机；甲醇/柴油双燃料；推进特性；性能仿真
I
船用甲醇/柴油双燃料发动机性能仿真研究
ABSTRACT
Dieselenginesarewidelyusedinthefieldofshipsbecauseoftheirmanyadvantagesto
meetshippingneeds.Inthefaceofseriousenvironmentproblems,strictrestrictionson
shippingemissionshavebeenimposedathomeandabroad.Theuseofmethanolasan
alternativefueltoachievemethanol-dieseldual-fuelcombustioncanimprovetheemissionof
shipengines,improvepowerandeconomy,andhasbroadapplicationprospects.The
combustionprocessofmethanol-dieseldual-fuelengineismorecomplex.Domesticand
foreignscholarshaveconductedalotofresearchonmethanol-dieseldual-fuelengineby
meansofexperimentorsimulation.However,the