二甲醚发动机
发动机
二甲醚,简称DME,化学分子式为,是一种无毒含氧燃料,常温常压下为气态,常温下可在五个大气压下液化,易于储存于输运;由于其十六烷值高达55~60,具有优良的压燃性,是非常适合于压燃式发动机使用的代用燃料。作为一种新型二次能源,二甲醚具有很大的市场潜力和发展前景。
简介
国内外关于二甲醚作为柴油机代用燃料的研究只有 10 余年的历史,研究的重点是如何开发适合二甲醚燃料特性的发动机,实现高效清洁燃烧。丹麦技术大学、AMOCO、NAVISTAR、AVL和AIST等在柴油机上先后进行了燃用二甲醚的试验研究,结果表明,燃用二甲醚燃料的发动机,在保持原柴油机高热效率和动力性的前提下,氮氧化物显著降低,碳烟排放为零。由于DME燃料的卓越性能,近年来日韩和欧洲多国纷纷开展二甲醚发动机与汽车的研发。在国内,上海交通大学西安交通大学、天津大学、吉林大学、华中科技大学等各自开展了二甲醚燃料喷雾和燃烧特性、发动机性能的研究。
上海交通大学动力机械与工程教育部重点实验室自 1996 年以来对二甲醚发动机的燃料喷射过程、喷雾特性、燃烧与性能、可靠性和材料相容性进行了深入系统的研究,研发了适合于二甲醚燃料特性的发动机供给系统、喷射系统、燃烧系统和 6114ZLQB二甲醚发动机。
喷射与燃烧特性
由于二甲醚燃料具有高蒸汽压、较高的压缩性、低沸点等特性,与柴油有很大不同。在几何供油提前角、转速和负荷相同的情况下,使用二甲醚时,泵端和嘴端油管压力峰值均比使用柴油时的小;并且二甲醚油管压力上升和下降均比柴油的缓慢。
图1给出了发动机负荷率分别为50%、75%和100%时油管中二甲醚与柴油的压力波传播速度对比,由图可见,由于二甲醚弹性模量小,二甲醚更易于压缩,二甲醚的音速分别为810m/s、675 m/s 和 578.6 m/s,柴油的音速分别为 1 227.3 m/s、1 157.1 m/s、1 094.5 m/s,显然,二甲醚的音速在各个负荷下均远小于柴油,随负荷的减小,燃料的音速进一步下降。
图2进一步显示了由于油管中二甲醚的音速远低于柴油,导致二甲醚的喷油延迟期远大于柴油,当发动机负荷率分别为100%、75%和50%时,二甲醚燃料的喷油延迟期较柴油增加了36.4%,43.5%和 46.2%;在另一方面,由于二甲醚十六烷值高,滞燃期短,在发动机负荷率分别为100%、75%和50%时,滞燃期则较柴油分别缩短了 23.1%,21.15%和 18.5%。在相同几何供油提前角的情况下,由于二甲醚燃料喷油延迟的增加要比滞燃期的减少显著,最终导致二甲醚的着火时刻落后于柴油,且随负荷减小落后越明显。
排放
由于二甲醚滞燃期短,预混合燃烧量较柴油少,发动机最高爆发压力和放热峰值比柴油机低且滞后,加之二甲醚的汽化潜热比柴油高,这些因素造成二甲醚发动机缸内最高温度比柴油机低,排放显著降低。
二甲醚燃料蒸气压高、沸点低,蒸发与汽化容易,有助于可燃混合气形成与快速燃烧,导致未燃HC减少。
从二甲醚的分子式可见,二甲醚没有C-C键,含氧量高达34.8%,非常有利于燃烧,特别是扩散燃烧,有效地抑制了碳烟的生成。
参考资料
最新修订时间:2024-10-21 14:22
目录
概述
简介
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