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。

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