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.     

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。     

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。     

二甲醚发动机燃油喷射过程仿真研究

对采用低压共轨燃油喷射系统的二甲醚发动机进行合理的结构简化,建立燃油喷射过程的数学模型,运用Matlab/Simulink仿真研究二甲醚发动机在不同转速条件下的电磁阀供电控制脉冲和针阀升程曲线,得出二甲醚燃料在低压共轨系统中的喷射规律,为新型二甲醚发动机燃料喷射系统的研制提供仿真模拟方法和理论依据.     

增压二甲醚发动机的参数优化

采用几种不同技术参数的喷油器和喷油泵,在改造后的车用增压柴油机上进行燃用二甲醚性能优化试验,在冷、热状态下评价了二甲醚燃料发动机的输出扭矩、功率、燃油消耗率以及尾气排放情况,分析了不同燃料温度和技术参数的喷油泵及喷油器对发动机性能及其尾气排放量的影响.结果表明:当二甲醚燃料温度逐渐上升时,发动机的扭矩和功率明显下降;在相同功率且采用同一规格喷油泵时,发动机的喷油器喷孔越小,NOx排放量越高、排温越低及燃料经济性越好;泵体强度较大的P8500喷油泵更适合于二甲醚发动机,在保持发动机功率输出不变的条件下,采用柱塞直径12 mm的P8500喷油泵,同时匹配喷孔孔径0.43 mm的喷油器,可使发动机的燃油经济性与NOx排放达到较好的折中.     

掺混PODE对增压中冷柴油机燃烧和排放性能的影响

在一台电控共轨增压中冷柴油发动机台架上,燃用纯柴油以及柴油中分别掺混10%、20%、30%(体积比)聚甲氧基二甲醚(PODE)的混合燃料,研究了PODE对柴油发动机燃烧排放特性以及燃油经济性的影响.结果表明PODE的掺混显著影响发动机的燃烧特性:除低速大负荷工况外,PODE的掺入明显降低了预喷放热率,改善了主喷燃料的雾化性能,加大了主喷前缸内的活化成分比例,提升了主喷期间压力升高率和燃烧放热率,提高了缸内燃烧温度,缩短了燃烧持续期.在研究范围内,PODE掺混比越大,缸内燃烧最高温度越高,主喷燃料燃烧速度越快,燃烧持续期越短.排放研究结果表明,随着PODE的掺入,发动机的NO_x排放明显上升,HC排放略有下降,CO排放变化不大.PODE的掺入能明显改善发动机的燃油经济性.     

农用柴油机燃用二甲醚/柴油混合燃料的性能

为了进一步探索二甲醚作为代用燃料在柴油机上的应用途径,开发了一种新型的燃料低压供给系统,可以使发动机燃用二甲醚/柴油混合燃料时,在全工况范围内消除燃油系统低压油路的气阻问题.试验结果表明:燃用二甲醚/柴油混合燃料时,发动机的经济性有所改善;与原机相比,碳烟下降约30%,NOx排放平均降低约36%.     

甲醇含量对二甲醚发动机性能和排放的影响

通过在纯二甲醚中掺混甲醇,研究燃料成分中甲醇含量的变化对二甲醚发动机性能和排放的影响。结果表明,随着甲醇含量的增加,二甲醚发动机的燃油消耗率增大、排气温度升高,HC、CO等气体排放增加,NO_x排放减少,发动机低负荷运行时影响更为显著;当甲醇含量高于3%时,二甲醚发动机HC排放显著增大,从发动机性能和尾气排放方面综合考虑,车用二甲醚燃料成分中甲醇含量以不高于3%为宜。     

柴油机燃用二甲醚/柴油混合燃料时的性能与排放研究

研究了二甲醚／柴油混合燃料的互溶性，包括饱和蒸气压和浊点的测量，并在CA4113直喷式柴油机上开展了燃用不同比例二甲醚／柴油混合燃料的试验研究．通过优化发动机系统参数，寻求在柴油机上燃用混合燃料的合适配比．结果表明：随着二甲醚添加比例的增大，二甲醚／柴油混合燃料的饱和蒸气压上升，浊点明显下降，互溶区扩大，当采用0#柴油时，D30燃料（质量分数为30％的二甲醚和70％的柴油混合而成）的浊点可降低到-6℃；由于混合燃料的热值降低，当不增加循环供油量时，发动机功率下降；由于混合燃料含氧量增加，燃烧更为完善，燃油经济性有所改善；发动机在高负荷范围内碳烟降低60％以上，在整个负荷范围内NOx排放可以降低30％左右。     

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%。     

LPG浓度对DME/LPG混合燃料HCCI燃烧的影响

通过分析二甲醚（DME）与液化石油气（LPG）的化学反应机理，构建了反映DME／LPG混合燃料均质压燃（HCCI）燃烧的化学反应机理．采用该机理应用单区燃烧模型对DME／LPG混合燃料HCCI燃烧的化学反应动力学过程进行了数值计算，模拟研究了混合燃料中LPG浓度对HCCI燃烧的影响．计算结果与试验结果对比表明，所构建的DME／LPG混合燃料氧化的化学反应机理能够准确预测DME／LPG混合燃料的两阶段放热特性，对低温和高温着火始点的预测很好．模拟结果显示，改变DME／LPG混合燃料中LPG的浓度可以控制HCCI着火和燃烧；在DME中添加LPG可以拓宽发动机的负荷运行范围．     

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。     

DME发动机着火与燃烧过程的数值模拟研究

从含氧清洁燃料二甲醚（DME）低温着火的化学反应机理入手，开展了DME自燃着火过程的数值模拟研究，进而建立了不同温度、压力和燃空当量比条件下DME着火滞燃期的数据库，通过将该数据库与发动机工作过程的模拟模型相耦合，对DME发动机的运转性能进行了变参数预测分析，预测结果与实验结果符合较好。     

二甲醚发动机燃油喷射过程的实验与数值模拟

针对采用普通油泵-油管-油嘴燃油系统的二甲醚发动机,建立了燃油喷射过程的数学模型,通过对不同工况下燃用二甲醚和柴油的燃油喷射过程的数值模拟与计算结果的试验验证,揭示了二甲醚发动机燃油喷射过程的物理本质及其特性参数的变化规律．研究表明,由于二甲醚具有较高的可压缩性,致使其泵端与嘴端压力上升及下降都较柴油缓慢,压力上升始点延迟,实际喷油始点滞后,嘴端油管压力峰值较低,高压油管中的残余压力较高,较易出现二次喷射现象。     

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。     

冷起动时甲醇掺烧液化气发动机的甲醛和未燃甲醇排放

基于单循环燃料喷射控制策略及冷起动,在一台125mL单缸电控喷射点燃式发动机上,试验研究了LPG(液化石油气)与甲醇循环喷射量的质量比和LPG迟后甲醇喷射时刻对甲醇掺烧LPG发动机甲醛和未燃甲醇排放的影响.甲醇掺烧LPG发动机中LPG仅起辅助起动作用.试验结果表明:增大LPG与甲醇循环喷射量质量比可使甲醇掺烧LPG发动机着火性能改善,未燃甲醇排放减少,甲醛排放增多;合理控制LPG迟后甲醇喷射时刻可显著改善着火性能,减少未燃甲醇排放,而甲醛排放稍有增加;LPG迟后甲醇在曲轴转角为276°时(上止点前)喷射,缸内最大压力达4.46MPa,未燃甲醇的体积分数减小到1173×10-6.甲醇掺烧LPG发动机时起动工况的甲醛和未燃甲醇排放量随LPG与甲醇循环喷射量的质量比和LPG迟后甲醇喷射时刻的变化呈相反的变化趋势.     

二甲醚发动机低压共轨系统轨压特性研究

以二甲醚发动机燃油系统为研究对象,建立发动机低压共轨系统的仿真模型,分析影响共轨管压力建立时间和压力波动的主要因素,并探讨了共轨管内的燃油压力特性。结果表明,共轨管的容积、内径、长度、长径比、油泵供油压力对共轨压力特性的影响较大,合理地选择共轨管尺寸和供油压力,既能维持共轨压力的稳定,也能保持较短的压力响应时间。