二甲醚(DME)发动机排放性研究

本文根据二甲醚(DME)的物理化学特性对其碳烟及NOx排放性进行分析,叙述了DME的NOx排放控制策略。分析结果表明:DME没有C-C键且燃料中氧含量较高,使DME发动机可以实现无烟燃烧;由于DME滞燃期短、汽化潜热大且理论空燃比低,使DME发动机的NOx排放较低;降低DME发动机NOx排放最有效的方法包括排气再循环(EGR)技术和电控喷射。目前冷EGR技术可靠性、实用性较好。     

车用多缸直喷柴油机燃用二甲醚的燃烧和排放特性研究

开展了4缸直喷柴油机燃用二甲醚时的燃烧和排放特性的研究。结果表明，适当增加喷油器伸出缸盖底平面的距离，采用流通截面较大的喷油器，降低启喷压力，可以提高CA498发动机燃用二甲醚时的热效率。燃用二甲醚时，发动机缸内的最大爆发压力和压力升高率低于燃用柴油时的情况。二甲醚发动机在所有工况下均可实现无碳烟排放，NO，排放约为柴油机的50％，CO和HC排放与柴油机相当。试验结果表明二甲醚是一种高效、低排放、燃烧噪声低的柴油机新型代用燃料。     

二甲醚发动机的供油、燃烧与排放

文章介绍了国内外关于二甲醚发动机供油、燃烧及排放方面的研究成果。     

基于详细化学反应机理的增压二甲醚发动机燃烧与NO_x排放数值研究

使用KIVA-3V对增压柴油机和二甲醚发动机标定功率点的缸内燃烧过程与NOx排放进行了数值模拟研究.研究结果表明:计算所得的气缸压力和放热率曲线与实测值吻合较好.对缸内燃烧的温度分布计算表明:柴油燃烧滞燃期为2.5 °CA左右,二甲醚为1.5 °CA.柴油燃料着火始于喷雾前端两侧,在燃烧初期,其高温区分布在喷雾前端一侧,且在燃烧室内气流作用下沿垂直于喷雾方向扩散;二甲醚的着火点位于喷嘴附近,随喷雾的进行,其燃烧高温区从喷嘴附近一直延伸到喷雾前端,呈现狭长的高温带.在扩散燃烧后期,与柴油相比,二甲醚燃烧温度分布较均匀,且最高温度比柴油低.选用的9步NOx生成机理可较好地预测发动机实际运行中NOx排放水平.     

废气再循环对增压二甲醚发动机性能和排放影响的试验研究

以一台增压二甲醚发动机为研究对象,研究废气再循环(EGR)对二甲醚发动机性能和排放的影响.试验结果表明,EGR率增大,进气量减少.低负荷下,适当的EGR量会使发动机的油耗率降低.在中高负荷下,EGR的加入会导致油耗率增大,经济性恶化.随着EGR率的增加,发动机Nox排放大幅度下降,高负荷时下降幅度更大.EGR率增大,HC排放上升.EGR率在一定范围内时,EGR率对CO排放影响不大,但当EGR率超过一定范围时,EGR率增加会引起CO排放急剧加大.EGR率对二甲醚发动机的碳烟排放影响不大,碳烟排放测试值保持为零.在二甲醚发动机上采用废气再循环,没有碳烟增大的压力,确定各工况下的最佳EGR率时,只需在Nox排放和燃油经济性以及CO之间进行折中.低负荷时可以采用大的EGR率,高负荷时EGR率不宜过大.     

喷射参数对二甲醚PPCCI发动机燃烧与排放特性的影响

在一台6缸增压电控共轨二甲醚发动机上进行试验,研究了预喷时刻、预喷燃料量、喷射压力、主喷时刻等喷射参数对二甲醚部分预混合充量压缩燃烧(PPCCI)发动机燃烧与排放特性的影响。试验结果表明:随预喷时刻提前,缸内压力峰值降低,二甲醚发动机缸内燃烧由两阶段放热转变为PPCCI三阶段放热,氮氧化物(NOx)排放显著降低,HC和CO排放升高;随预喷射燃料量增加,缸内压力峰值及预混合燃烧的冷焰反应和热焰反应速率明显增大,NOx排放逐渐降低,HC和CO排放显著升高;随喷射压力降低,预混合燃烧热焰反应速率增加,主喷扩散燃烧始点推迟,扩散燃烧放热率峰值和NOx排放明显降低,HC和CO排放升高;随主喷时刻推迟,预喷预混合燃烧几乎没有变化,主喷扩散燃烧延后,缸内压力峰值和放热率峰值降低,NOx排放显著降低,HC和CO排放升高。     

二甲醚发动机采用PCCI-DI燃烧方式的研究

开展了DME PCCI-DI发动机燃烧和排放特性的试验研究,并与DME HCCI发动机的性能进行了对比.结果表明:DME PCCI-DI发动机的输出功率在一定程度仍然受到均质浓混合气燃烧爆震的限制,但发动机的功率输出较DME HCCI发动机有较大的提高.HCCI发动机的Nox的排放能维持在非常低的水平,但其HC和CO排放远高于DME PCCI-DI发动机,且其只能在很窄的范围内工作.由于DME PCCI-DI发动机具有一定的预混燃烧量,从而使扩散燃烧速率加快,是一种具有最高爆发压力较小、压力升高率较低以及低燃烧噪声的一种燃烧模式.在目前HCCI发动机没有完全成熟的条件下,PCCI-DI模式是兼顾HCCI燃烧优点,拓宽HCCI发动机运转范围的较为合理的一种燃烧模式.     

二甲醚均质压燃燃烧过程的试验研究

在一台单缸直喷柴油机上进行了二甲醚(DME)均质压燃(HCCl)燃烧过程的试验．研究结果表明，进气中加入30％的惰性气体CO2,发动机实现HCCl运转的负荷范围从0．05MPa扩展到0．35MPa．二甲醚在HCCl模式下表现出明显的双阶段着火特性，增加惰性气体的浓度，第一阶段着火始点滞后，燃烧放热峰值降低，燃烧持续期延长．排放测试表明，HCCl模式下发动机的NOx排放接近于零，可实现无碳烟排放，但CO和HC排放较高．     

柴油/甲醇组合燃烧增压共轨发动机的燃烧特性和排放特性

在增压共轨发动机上采用柴油,甲醇组合燃烧(DMCC)方式进行燃烧特性分析和排放特性分析.对DMCC模式下放热率、缸内压力变化和p-V图的分析表明,DMCC模式具有吸热汽化、推迟着火时间、提高定容燃烧度、降低排气温度等优点,从而大幅度提高了燃料的燃烧效率.对M100(纯甲醇)和M90(含水10%的甲醇)的排放量进行检测,表明M90比M100更能降低甲醛、NOJ、HC和CO排放.     

甲醇／二甲醚双燃料发动机的排放研究

采用甲醇和二甲醚(DME)双燃料实现均质压燃(HCCI)和复合燃烧,研究了这两种燃烧方式的排放特性.结果表明,HCCI有着极低的NOx排放,而复合燃烧在HC排放上占有优势.采用大的DME比例可以降低HC和CO排放,但NOx排放升高.HCCI燃烧的NOx和CO排放与缸内温度有着明显的对应关系;HC排放不仅与缸内温度有关,还与燃烧室几何参数有关.根据不同工况选取适当的甲醇喷射时刻,可以取得复合燃烧输出功和NOx排放间的平衡.     

柴油/丙烷混合燃料发动机燃烧和排放特性研究

比较了柴油和丙烷的主要理化性能;在一台单缸直喷式柴油机上开展了燃用柴油和柴油/丙烷混合燃料时的发动机燃烧和排放特性研究.研究结果表明：在相同工况下,与燃用柴油相比,燃用柴油/丙烷混合燃料时的有效热效率增加,柴油/丙烷混合燃料的有效热效率随丙烷比例的增加而稍有增加,混合燃料的滞燃期和燃烧持续期随丙烷比例的增加而缩短;缸内最大压力,最大燃烧放热率,最高平均燃烧温度随丙烷比例的增加而增加.燃用丙烷柴油混合燃料可同时降低CO、HC和碳烟排放,但NOx排放有所增加.     

直喷式柴油机燃用二甲醚排放特性的研究

对柴油机燃用二甲醚的排放性能进行了研究,并与燃用柴油时的排放水平进行了对比。结果表明：发动机转速和平均有效压力对污染物排放有较大影响;与燃用柴油相比,燃用二甲醚可以大幅度降低ＮＯｘ排放,烟度为０,ＣＯ和未燃ＨＣ排放也有所降低,排放物中甲醛量增加。研究表明二甲醚是柴油机理想的低排放代用燃料。     

乙醇/柴油/甲酯混合燃料的燃烧与排放特性

对燃料甲酯作为乙醇／柴油混合燃料助溶剂的可行性进行了研究,并对比了柴油机分别使用柴油、乙醇／柴油／甲酯混合燃料、乙醇／甲酯混合燃料和纯甲酯燃料时的燃烧与排放特性。结果表明,燃料甲酯可用作乙醇／柴油的助溶剂。与原机相比,含氧燃料可以大幅度降低柴油机在中高负荷时的烟度,其中E30M70燃料的烟度最小。但当使用含有乙醇的混合燃料时,着火延迟,THC排放增加,且在中高负荷时的压力升高率大,NOx排放较高。     

二甲基醚（DME）燃烧特性研究

作者在定容燃烧弹上用火焰直接成像法研究二甲基醚 (DME)燃烧过程 ,研究了 DME的滞燃期和火焰传播特性以及不同环境温度和压力对燃烧过程的影响。研究结果表明 ,DME的滞燃期比柴油短 ,燃烧室内的温度和压力升高时 ,滞燃期缩短 ;DME的着火位置靠近喷嘴一侧 ,柴油与 DME的体积相同时 ,DME的燃烧持续期比柴油短 ;DME的燃烧火焰亮度比柴油小 ,表明 DME的燃烧温度比柴油低。燃烧后期 ,燃用 DME时 ,喷嘴有明显的泄漏现象。此外 ,作者在单缸直喷式柴油机上进行了燃用 DME的燃烧特性试验研究 ,研究结果表明 ,DME的预混合燃烧放热率比柴油低 ,缸内最大爆发压力和最大压力升高率比柴油低。由于喷油持续期延长 ,DME的燃烧持续期比柴油长 ,在上止点后 80° CA出现一个较大的放热峰值。     

不同负荷下二甲醚发动机缸内燃烧过程的数值仿真研究

利用KIVA-3V程序对液态DME发动机进行了数值仿真计算,通过改变二甲醚喷射量研究了不同负荷下发动机的缸内工作过程,得到了缸内流动、平均性能曲线、温度、压力场以及NO、CO排放情况等实时数据信息。经过可视化后处理程序对比分析表明：二甲醚发动机负荷越大,缸内压力和温度越高,NO和CO排放量也越大。     

二甲醚柴油混合燃料D40燃烧与排放的试验研究

通过在4100QBZL柴油机上进行燃用柴油以及柴油和二甲醚混合燃料——D40的试验,对比了动力输出、排放和缸内燃烧的数据,分析了D40燃料的燃烧特性与排放性能,改变供油系统参数进一步优化了燃用D40的排放性能。结果表明：柴油机供油系统调整后燃用D40燃烧特性好,可获得良好的动力性能,碳烟排放降低明显,NOx在中高转速下显著降低,预混燃烧阶段的温度是影响二甲醚柴油混合燃料NOx排放的主要因素。     

乙醇与柴油混合燃料燃烧特性及排放特性的试验研究

在一台YC4112ZLQ增压柴油机上进行了不加任何助溶剂和着火改进剂的情况下,无水乙醇与柴油混合对柴油机燃烧过程影响的研究。试验结果表明,随着混合燃料中乙醇比例的提高,滞燃期延长,放热峰值增大,缸内最大爆发压力和最大压力升高率升高。与柴油相比,E10和E20有效热效率与原机相当,E30在高速大负荷工况热效率降低,NOx和碳烟排放明显降低;但HC和CO排放随着混合燃料中乙醇比例的增大,发动机转速为1500 r／min时,HC排放和CO排放均降低,发动机转速为2300 r／min时,HC排放和CO排放均有所升高。     

增压柴油机燃用天然气合成油排放特性的研究

对增压中冷柴油机燃用纯天然气合成油（Gas-to-Liquids,GTL）、柴油／GTL混合燃料的排放进行了外特性、负荷特性和欧洲ECE R49十三工况法的试验研究,并与柴油的排放进行了对比。研究表明：燃用GTL在所有工况下都能够有效降低NOx、烟度和PM,且掺混比例愈大,效果愈明显,CO和HC也有一定的改善;在ECE R49十三工况下纯GTL的NOx和PM排放分别降低了23．7％和27．6％,CO和HC分别降低了16．6％和12．9％;发动机工况对增压柴油机燃用所有燃料的排放有较大影响。结果表明GTL是柴油机有潜力的低排放代用燃料。     

二甲醚均质压燃发动机燃烧特性的研究

二甲醚均质压燃发动机由一台单缸柴油机改造而成,其压缩比为10．7。二甲醚气体随进气进入气缸,形成均质混合气。通过试验采集分析缸内压力,结果表明二甲醚均质压燃燃烧是一个两阶段放热过程,分别发生在610K和900K左右。第一阶段放热量较少,约占10％,正常情况下第二阶段集中在上止点附近,释放出70％以上的燃料热量。发动机负荷对最大缸压力及其出现位置、压力升高率和放热率曲线形状等都有重要影响,而发动机转速对它们的影响比较小。