二甲醚发动机掺烧LPG燃烧和排放特性的试验研究

在一台直喷二甲醚发动机上进行了掺烧LPG的台架试验,研究混合燃料中LPG的含量对二甲醚发动机燃烧和排放的影响。研究表明,随着混合燃料中LPG含量的增加,滞燃期延长,着火始点延后,燃烧持续期缩短,低负荷时变化更大。燃油消耗率随LPG含量增大先降低后增加,LPG含量过高或过低都会导致油耗率升高,在二甲醚中掺混30%LPG时油耗率最低,发动机经济性最佳。LPG对NO_X排放影响较为复杂,低负荷时,随LPG含量的增大,NO_X排放上升。中高负荷时,随LPG含量增大,NO_X排放先增大后减小。随着LPG含量增大,发动机HC排放略有升高,CO排放迅速增加,高负荷时CO排放增幅更大。该研究结果为LPG燃料在压燃式发动机上的应用及改善二甲醚发动机的燃油经济性提供了试验指导。     

深度废气再循环对二甲醚发动机性能及排放的影响

在一台两缸二甲醚发动机上开展了不同废气再循环(EGR)率下发动机的性能和排放特性研究,测量了不同工况下发动机的油耗,HC、CO和NO_x的排放.研究表明:二甲醚发动机可承受的最大EGR率接近60%,但在高负荷时,过大的EGR率会导致发动机燃油消耗率显著升高;EGR率对发动机的NO_x排放量影响很大,随着EGR率的增加,发动机的NO_x排放量大幅度下降,高负荷时下降幅度更大;EGR率增大,HC和CO排放增加,高负荷时增加的幅度更大,特别是当EGR率超过一定范围时,EGR率的增大会引起HC和CO排放的急剧增加;低负荷时,最佳EGR率应保持在30%左右,而高负荷时,应采用较小的EGR率.     

二甲醚发动机掺烧液化石油气燃烧和排放特性的试验研究

在一台直喷二甲醚发动机上,进行了掺烧液化石油气(LPG)的台架试验,研究混合燃料中LPG的含量对二甲醚发动机燃烧和排放的影响。研究表明,随着混合燃料中LPG含量的增加,滞燃期延长、着火始点延后、燃烧持续期缩短,低负荷时变化更大。燃油消耗率随LPG含量增大先降低后增加,LPG含量过高或过低都会导致油耗率升高。在二甲醚中掺混30%LPG时油耗率最低,发动机经济性最佳。LPG对NO_x排放影响较为复杂,低负荷时,随LPG含量的增大;NO_x排放上升。中高负荷时,随LPG含量增大,NO_x排放先增大后减小。随着LPG含量增大,发动机HC排放略有升高,CO排放迅速增加;高负荷时CO排放增幅更大。研究结果为LPG燃料在压燃式发动机上的应用及改善二甲醚发动机的燃油经济性提供了试验指导。     

车用柴油机燃用二甲醚的性能研究及行驶试验

在一台车用多缸直喷柴油机上进行了燃用二甲醚的试验研究.结果表明:增大每循环的供油量可使二甲醚发动机的额定转矩超出原柴油机的额定转矩;采用流通截面积较大的喷油器,增加喷油器伸出气缸盖底平面的距离,降低启喷压力,可以提高二甲醚发动机的热效率;与柴油机相比,燃用二甲醚时发动机在全部转速和负荷范围内都可以实现无烟燃烧,且NOx排放下降50%左右,CO和HC排放与柴油机相当.将性能优化后的二甲醚发动机装车进行行驶试验,该车的最高时速(120 km/h)和加速性能都达到了原柴油车的水平.试验表明,二甲醚是一种可以替代柴油的理想清洁燃料.     

润滑添加剂对二甲醚发动机性能影响的试验研究

在直喷式柴油机上进行了不同比例润滑添加剂对二甲醚发动机性能影响的试验研究，结果发现：在二甲醚中加入一定量的润滑添加剂后油泵柱塞表面的磨损情况有较明显改善，发动机可在宽广的转速和负荷范围内稳定运行；随着燃料中润滑添加荆含量的增大，二甲醚发动机的动力性略有提高，但NOx排放逐渐增加，缸内最高爆发压力和压力升高率也都略有升高；当润滑添加剂含量低于一定比例时，二甲醚发动机仍可实现无烟燃烧，但超过一定比例时碳烟产生，且随着润滑添加剂加入比例的增加碳烟排放逐渐增大，试验表明，加入合适比例的润滑添加剂是解决二甲醚燃料黏度低、润滑性差的可行方法之一。     

低比例DME/LPG混合燃料对点燃式发动机性能和排放的影响

在发动机试验台架上初步研究了Santana 2000汽油机燃用w=-5%～15%二甲醚(DME)的DME/LPG(液化石油气)混合燃料时的性能以及排放,分析了混合燃料对汽油机性能的影响.研究结果表明:燃用低比例的DME/LPG混合燃料时,发动机的动力性达到甚至略超过燃用LPG时的水平,有效热效率和燃油经济性都有所改善;点燃式发动机燃用DME/LPG混合燃料后,发动机的CO和HC排放降低,Nox排放增加.低比例DME/LPG混合燃料在点燃式发动机中具有一定的开发潜力.     

柴油机掺烧二甲醚的性能

在柴油中添加10%的二甲醚,构成柴油-二甲醚混合燃料,以缸内直接喷射的方式在柴油机上燃用.结果表明,发动机燃用含10%二甲醚的柴油,低速扭矩增加;经济性提高,在外特性上比油耗平均降低10 g/kWh;可见污染物排放明显降低,碳烟的消光系数k值降低50%;NOx、HC得到不同程度降低,CO排放维持在压燃发动机的水平.     

供油提前角和EGR对二甲醚发动机排放影响的对比研究

在一台增压二甲醚发动机上,研究了供油提前角和EGR率的变化对发动机排放影响。结果表明,随着供油提前角的减小,发动机的NOx排放依次降低。随着EGR率的增加,发动机的NOx的排放大幅度下降,高负荷时下降幅度更大。比较了最佳EGR率和推迟喷油对二甲醚发动机排放的影响,EGR和推迟喷油均可以降低二甲醚发动机NOx排放,EGR的效果更为显著。EGR和推迟喷油都会引起HC和CO排放升高, EGR引起HC和CO的升高大于推迟喷油的影响。在降低二甲醚发动机排放方面,EGR技术比推迟喷油更具优势。     

自然吸气二甲醚发动机排气再循环NOx满足国Ⅳ、Ⅴ排放标准的研究

为实现常规机械供油系统发动机装备的非道路车辆和低速载货汽车的排放达到国Ⅳ、Ⅴ排放标准的要求,通过采用增大喷油泵柱塞直径、喷油器喷孔数和直径来增加燃料循环供给量的方法,将一台自然吸气2102QB柴油机改装成二甲醚燃料发动机,并在优化的二甲醚供给正时下,研究了排气再循环(EGR)对二甲醚发动机的动力、经济和排放特性的影响.结果表明,二甲醚发动机运行受EGR的影响小,即使在化学计量比下工作,仍能保持较高的动力性和经济性,大幅降低发动机的NOx生成和排放.同时,针对ESC13工况不同的NOx比排放,建立了二甲醚发动机的NOx排放满足国Ⅳ、Ⅴ排放要求的EGR率策略,当NOx达到国Ⅳ、Ⅴ排放标准时,采用EGR率策略的二甲醚发动机的HC排放增加不多,CO排放比未采用EGR率策略时分别增加了1倍和2倍.该结果可为二甲醚发动机燃烧理论及实现清洁燃烧方法的研究提供参考.     

温度对增压二甲醚发动机性能的影响

以一台增压二甲醚发动机为研究对象,研究进气温度和燃料温度对二甲醚发动机性能的影响。试验结果表明,进气温度升高,燃烧滞燃期缩短,放热率曲线往前移,预混合燃烧的峰值降低,预混合燃烧在整个燃烧过程中所占比例减小;进气温度升高会导致发动机油耗率上升,排温升高,NOx排放增加。二甲醚燃料温度的影响比进气温度升高,燃料温度增加会导致发动机功率下降。额定工况点下,当燃料温度由28℃升高到40℃时,发动机的功率由192.1 k W下降到168 k W,下降12.0%。二甲醚温度每升高1℃,二甲醚发动机功率平均下降1.0%。     

改善二甲醚发动机燃油经济性的试验研究

为改善二甲醚发动机的燃油经济性,在一台直喷二甲醚发动机上进行台架试验,研究燃料供给系统结构参数以及往二甲醚里添加高热值的液化石油气(LPG)对二甲醚发动机经济性的影响。结果表明,适当增大喷射泵的柱塞直径、增加喷嘴喷孔数目并减小喷孔尺寸以及往二甲醚里掺混质量分数为30%的LPG燃料均能有效改善二甲醚发动机的燃油经济性。     

柴油机燃用二甲醚排放实验研究

在ZS195直喷式柴油机实验台上进行了二甲醚的燃烧与排放试验，着重研究了甲醛及甲酸甲酯等非常规污染物的排放，并同时进行了常规排放物的研究．实验表明，DME燃烧物中HC的排放与甲醛的排放具有基本相同的规律：随平均有效压力的增加排放浓度下降．甲醛排放浓度与HC的排放浓度密切相关，实验数据表明，除少量数据外，HC的排放浓度与甲醛排放浓度呈线性关系．甲酸甲酯的排放与甲醛及HC无直接关系．同时，在DME的燃烧排放物中发现有微量甲酸甲酯的排放，但尚未发现DME燃烧排放物中有蚁酸存在．     

甲醇-汽油混合燃料对汽油机性能和排放的影响

通过汽油机燃用甲醇-汽油混合燃料（其中甲醇的体积分数为109／6，汽油的体积分数为90％，简称M10燃料）和汽油的对比试验，研究了M10燃料对汽油机性能和排放的影响，并用气相色谱仪测量了尾气中的甲醇和甲醛排放．试验研究表明：汽油机燃用M10燃料对汽油机动力性影响不大，但汽油机有效热效率和燃油经济性提高，排温有所降低；CO和HC排放减少，NOx排放与燃用汽油时相当；甲醇和甲醛排放增加．排气经三效催化转化器后，CO、HC和NOx排放可以被控制在与常规汽油机排放相当的水平，甲醇和甲醛排放可以被控制在接近零排放的水平．     

汽油机燃用甲醇及甲醇汽油的性能研究

为了研究汽油机燃用甲醇及甲醇汽油的性能,在一台4G15S汽油机上对甲醇及不同体积比例甲醇汽油的动力性、经济性和排放特性进行了对比试验。结果表明:与燃用93#汽油相比,M15、M85及M100功率增加;M15有效燃料消耗率平均上升4.43%、M85平均上升46.53%、M100平均上升57.26%;M15、M85及M100的HC与CO排放随甲醇体积比例增加而降低;而甲醛排放随甲醇体积比例增加而明显增加。     

不同比例甲醇汽油掺烧性能试验研究

对M10、M15、M50甲醇汽油以及93#汽油在GW491QE发动机上进行发动机性能台架试验研究。扭矩始终保持在60N·m,转速从1 000r/min增加到3 000r/min,记录相应数据,分别绘制动力性、经济性和排放性能曲线,对比分析,探讨影响GW491QE发动机性能的因素,选出能在GW491QE发动机上实际应用的合适掺烧比例甲醇汽油。试验结果表明:在中低转速时,3种甲醇汽油的功率与93#汽油基本相同,即动力性与93#汽油大致保持一致;燃油经济性降低大约6%~10%;3种甲醇汽油的HC和CO排放均降低,M15改善最为明显;NOx排放有所降低。综合考虑GW491QE发动机的动力性、经济性和排放性能,M15甲醇汽油为较好的实际应用比例。     

二甲基醚喷雾混合过程的计算研究

采用气相射流模型对二甲基醚的喷雾特性进行了模拟计算，并将其与柴油喷雾的模拟计算值进行了对比．结果表明，在喷孔直径、环境密度等参数相同的条件下，二甲基醚喷雾的轴心速度和浓度的衰减速率均大于柴油喷雾的，而二甲基醚喷雾的贯穿距离与锥角则分别小于和大于柴油喷雾的．当环境密度和喷孔直径改变时，DME喷雾的轴心速度、贯穿距离和喷雾锥角均会随之变化．模拟计算结果与实验观测结果基本相符。