近期日本二甲醚应用技术进展

日本是最早开展二甲醚（DME）应用技术研究和相关政策制订的国家之一。早在2001年就提出发展DME汽车的战略计划,并制定了四个阶段的实施步骤。在2007年日本修订的能源计划中,更增添了加快DME汽车的应用研究、扩大DME在工业和民用液化石油气（LPG）中掺烧的应用,从而加快了低成本的DME的生产装置、物流基础设施等一揽子开发进程。到目前为止,在DME与LPG混合燃料、DME作柴油卡车替代燃料、DME重整制氢用于燃料电池,以及DME作脱水剂和化学原料的开发应用等方面,日本都走在了世界的前列。中国已成为全球最大的DME生产国,2008年,国内二甲醚的产能和产量分别达到580×10^4t/a和185×10^4t,其产能已占到世界DME总产能的90%以上,但国内二甲醚的应用技术研究工作相对滞后。国内90%以上的二甲醚的应用领域仍集中在与液化石油气掺混方面,在替代柴油卡车的燃料方面的研究工作仍处于起步阶段。日本的做法及经验值得参考。     

柴油的替代燃料—DME

本文主要介绍了作为柴油的替代燃料二甲醚（DME）的性质、特性与柴油的比较，说明了它的使用前景以及在使用的过程中将遇到的问题及解决的办法。     

二甲醚-清洁汽车的未来食谱

二甲醚，简称DME，是一种无毒含氧燃料，它可以从煤、天然气、生物质等多种资源中制取，二甲醚含氢量高且容易液化，能实现高效清洁燃烧，燃烧时完全不冒黑烟，是柴油理想的替代燃料，在交通运输、发电、民用等领域有着十分美好的应用前景。     

DME/LPG燃料比例实时优化的HCCI燃烧控制新方法

根据燃料设计的思想，提出了混合燃料比例实时优化的HCCI燃烧控制新方法。在一台2135柴油机上，通过燃料成分设计（DME／LPG混合燃料）、混合气成分设计（进气添加二氧化碳）、发动机参数调整（改变压缩比）等多种模式对二甲醚HCCI燃烧进行了研究和比较。试验结果表明，在不同工况下实时进行DME／LPG比例优化，通过改变燃料的理化特性和可燃混合气的成分，实现了HCCI着火与燃烧的有效控制，能够显著拓展二甲醚HCCI燃烧的运行负荷范围，并且各个工况下热效率最高、HC和CO排放最低。     

闪急沸腾喷雾速度场的LDA研究

为探索代用燃料液化石油气LPG和二甲醚DME的喷雾机理,采用LDA技术测量了喷雾粒子的速度分布。为安全起见,用制冷剂R12作试验液体,它与LPG和DME有相似的物理特性。为做比较,在相同试验条件下对传统柴油喷雾进行了测量。考察了喷雾模式对速度分布的影响。结果表明,R12喷雾的速度分布比传统柴油喷雾均匀得多,前者的平均径向速度远大于后者。这被认为归因于闪急沸腾大大改善了雾化和液气混合。     

二甲醚燃料喷射过程的试验研究

系统研究了二甲醚 (DME)燃料的喷射过程 ,测试了不同工况下的油管泵端压力及嘴端压力、喷油器针阀升程和油管中燃料的音速。试验结果表明 :在供油提前角、转速和负荷相同的情况下 ,燃用二甲醚时油管泵端和嘴端压力的上升和下降速度、压力峰值都比燃用柴油时低 ;油管中 DME的音速远低于柴油 ;随着负荷的下降 ,DME的音速下降 ,且下降的速率远比柴油的大。与柴油相比 ,二甲醚的喷射延迟期和喷射持续期长 ,喷射始点的循环变动较大。     

国外新型汽车代用燃料的开发和应用前景

进入新世纪，研发和应用新型汽车代用燃料已成为发展新世纪清洁汽车燃料的一大热点。业已面世或开拓中的新型汽车代用燃料主要有：醇类(甲醇和乙醇)、生物柴油、二甲醚、天然气合成油(FT柴油)以及燃料电池用氢气、甲醇和清洁汽油。压缩天然气、LPG业已在汽车燃料中较多应用，以上各种代用燃料均处于不同的应用和发展阶段。     

柴油机燃用二甲醚-乳化柴油混合燃料的排放试验研究

研究了在柴油机上燃用二甲醚(DME)-乳化柴油混合燃料的排放特性,分析了在乳化柴油中添加DME能降低柴油机废气排放的机理,并且与燃用柴油以及乳化柴油时的排放效果进行了比较。研究结果表明:在乳化柴油中添加10%含量的DME能显著降低NOx和烟度的排放,尤其是在高负荷时,能明显降低HC和CO的排放。与燃用乳化柴油相比,即使在部分负荷时,也不会对NOx排放产生不良的影响。     

二甲醚在发动机气缸内喷雾燃烧过程的实验研究

在可视化光学发动机上进行了二甲醚(DME)喷雾燃烧过程的试验，应用高速数字摄像机拍摄了柴油和二甲醚缸内喷雾燃烧过程，并应用计算机高速采集系统同步测量了缸内压力．高速摄影照片表明，二甲醚一离开喷嘴就迅速蒸发，可以明显看到缸内气流运动对油速“核心”的吹散作用，并造成二甲醚的碰壁油量较柴油的少．和柴油相比，二甲醚着火滞燃期短，着火位置更靠近燃烧室壁面，着火面大，燃烧初期火焰发展迅速．二甲醚压升滞燃期比发火滞燃期明显减小，而柴油两者几乎相等．在相同热值燃料条件下，发动机燃用柴油和二甲醚时，缸内最大爆发压力、燃烧放热率和平均指示压力几乎一样．高速摄影很难拍摄到二甲醚燃烧初期和后期的火焰照片．研究结果还表明，较小的涡流比有利于提高二甲醚发动机的性能。     

柴油添加剂与柴油的互容性实验研究

为了给柴油机掺烧二甲醚或碳酸二甲酯清洁燃料的研究提供基本的物性数据,设计并建立了互容性测试实验台,分别对二甲醚(DME)、碳酸二甲酯(DMC)与柴油的互容性进行了研究,并利用实验得到的互容性数据拟合了DME与柴油的临界互容曲线方程。实验装置通过验证表明,互容性测量结果的不确定度小于1％,DME实验数据与其拟合方程的标准偏差为0.164。     

柴油机高效清洁燃料二甲醚（DME）的研究及其发展

对柴油机新型含氧清洁燃料DME的研究及其应用进行概括分析,阐明了柴油机燃用DME应解决的关键技术问题,从经济和环保的角度分析了DME作为发动机高效清洁燃料的可行性,指出了DME的研究发展方向及其广阔的应用前景。     

二甲醚发动机动力及排放性能研究

在一台车用单缸直喷柴油机上进行了燃用二甲醚的试验研究,结果表明:二甲醚发动机的动力性及排放性能优于柴油机.基于二甲醚燃烧数值仿真计算平台,建立氮氧化物模型.利用建立的平台计算二甲醚发动机在不同负荷下的动力及排放性能.得出:仿真结果与试验结果相同.研究结果表明:二甲醚发动机的NOx排放比柴油机大幅度降低,二甲醚发动机可以完全消除碳烟排放,二甲醚是一种可以替代柴油的理想清洁燃料.     

世界二甲醚应用开发现状

二甲醚因其对人体无毒、使用安全,对环境友好,并具有良好的燃料性能,可部分替代液化气民用燃料以及替代柴油作为清洁的汽车燃料,加之其原料来源丰富,生产成本低,因此其生产与应用技术的研发受到世界各国的关注。综述了当前世界及中国二甲醚应用技术的进展情况,对我国二甲醚应用技术的研发提出建议。     

ZS195柴油机燃用二甲醚的试验研究

根据二甲醚燃料的特性,在ZS195柴油机上进行了供油量、供油提前角、喷油压力的参数优化和匹配,以及这些参数对柴油机燃用二甲醚的动力性影响进行试验研究。并对燃油供给系统低压部分进行改造,保证发动机的正常运转。试验结果表明：ZS195柴油机燃用二甲醚燃料在中、低速区动力性优于原柴油机。发动机全负荷范围内达到无烟排放,NOx有较大幅度下降,噪声有所减小,二甲醚燃料是一种可代替柴油的有前景的清洁燃烧。     

甲醇和二甲醚燃料在发动机中的应用现状

论述了我国发展甲醇和二甲醚燃料的必要性,并分析了甲醇和二甲醚(DME)作为发动机燃料的优势和不利因素,详细阐述了目前汽油机、柴油机和HCCI发动机燃用甲醇和二甲醚燃料的现状,指出了今后发动机代用燃料的发展方向。     

直喷柴油机燃用二甲醚的试验研究

在直接喷射式柴油机上进行了燃用二甲醚的试验研究,对柱塞有效行程和柱塞直径、供油提前角、喷油压力、进气涡流比、喷嘴型式等燃烧系统主要参数对发动机功率和热效率的影响进行了研究,在燃料供给系统中增加燃油输送泵,消除了气阻,发动机可以在宽广的转速和负荷范围内稳定运行,发动机热效率比原机高３％ 。在优化燃烧系统参数的基础上对示功图和排放的测量及计算表明：二甲醚发动机最高爆发压力、最大压力升高率和 Ｎ Ｏｘ 排放均低于原机,烟度排放为０。试验结果显示了直喷式柴油机燃用二甲醚在降低排放方面的优越性能。     

Combustion performance and emission reduction characteristics of automotive DME engine system

This article is a condensed overview of a dimethyl ether (DME) fuel application for a compression ignition diesel engine. In this review article, the spray, atomization, combustion and exhaust emissions characteristics from a DME-fueled engine are described, as well as the fundamental fuel properties including the vapor pressure, kinematic viscosity, cetane number, and the bulk modulus. DME fuel exists as gas phase at atmospheric state and it must be pressurized to supply the liquid DME to fuel injection system. In addition, DME-fueled engine needs the modification of fuel supply and injection system because the low viscosity of DME caused the leakage. Different fuel properties such as low density, viscosity and higher vapor pressure compared to diesel fuel induced the shorter spray tip penetration, wider cone angle, and smaller droplet size than diesel fuel. The ignition of DME fuel in combustion chamber starts in advance compared to diesel or biodiesel fueled compression ignition engine due to higher cetane number than diesel and biodiesel fuels. In addition, DME combustion is soot-free since it has no carbon–carbon bonds, and has lower HC and CO emissions than that of diesel combustion. The NO_x emission from DME-fueled combustion can be reduced by the application of EGR (exhaust gas recirculation). This article also describes various technologies to reduce NO_x emission from DME-fueled engines, such as the multiple injection strategy and premixed combustion. Finally, the development trends of DME-fueled vehicle are described with various experimental results and discussion for fuel properties, spray atomization characteristics, combustion performance, and exhaust emissions characteristics of DME fuel.     

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.