柴油机燃用二甲醚-柴油混合燃料燃烧特性的试验研究

徐州工程学院学报(自然科学版)

)JournalofXuzhouInstituteofTechnoloNaturalSciencesEditiongy(

２０１８年３月

Mar􀆰２０１８

柴油机燃用二甲醚柴油混合燃料燃烧特性的试验研究Ｇ

李　维,王孔波,王有名,南　旭

()西京学院机械工程学院,陕西西安　７１０１２３

为了进一步研究柴油机燃用二甲醚柴油混合燃料时的性能,测录了一台两缸四冲程柴　　摘要:Ｇ

/油机在燃用D二甲醚与柴油质量比为２∶８)时,转速１７２０混合燃料(００、２３００rmin情况下不同负荷的示功图,并对不同工况下的压力升高率、放热率以及缸内燃烧温度进行了计算．结果表明:在优化供油提前角后,柴油机燃用D最早爆发压力对应２０混合燃料时最大爆发压力平均下降１０％,但燃烧持续时间并未延长,放热曲线的重心更靠近上止点．８０~１００K,

关键词:柴油;二甲醚;混合燃料;燃烧特性

的曲轴转角延迟２最大压力提升率相对降低约２燃烧放热始点延迟,最大燃烧温度下降°CA,０％,

)中图分类号:TK４２８．９　文献标志码:A　文章编号:１６７４Ｇ３５８X(２０１８０１Ｇ００８３Ｇ０５

燃用二甲醚可以实现无烟排放,有利于解决柴油机排放中很难同时解决的炭烟颗粒和NO因x的污染问题．这就使得柴油机上依靠燃油润滑的柱塞副、出油阀与出油阀座、针阀与针阀体３大偶件润滑效果很０．１倍,

３Ｇ４]

差,极易因润滑不良而造成严重的磨损和泄漏[．

为了改善二甲醚的润滑性能,必须在二甲醚中加入润滑添加剂,但随着燃料中润滑添加剂含量的增加,

[５Ｇ６]

二甲醚发动机的NO进一步的研究表明:二甲醚柴油混合燃料可在改善纯二甲醚润．Ｇx排放和碳烟亦增加[]Ｇ２此,二甲醚被认为是２二甲醚的黏度小,只有柴油的０．１世纪压燃式发动机理想的清洁替代燃料１．０５~

二甲醚(的十六烷值为５自然性较好,柴油机可直接燃用．此外,二甲醚的氧含量高,柴油机DME)５~６０,

滑性能的基础上,保持二甲醚良好的雾化特性．通过适当调整循环燃料量,柴油机燃用二甲醚柴油混合燃料Ｇ

]７时,炭烟排放和氮排放同时大幅度降低,燃油经济性也得到改善[．

为了进一步研究柴油机燃用二甲醚柴油混合燃料的特点,在一台两缸四冲程柴油机上对发动机燃用Ｇ

)二甲醚与柴油质量比为２∶８时的供油提前角进行优化匹配,测试了混合燃料发动机的动力D２０混合燃料(

性、经济性、排放性能,并测录了原柴油机和混合燃料发动机不同工况下的示功图．本文仅对发动机燃用柴油

１　试验装置

和混合燃料的燃烧特性进行对比分析．

试验用发动机的主要技术参数见表１．试验台的布置如图１所示．

表１　发动机主要技术参数

性能参数气缸数缸径/行程燃烧室形状压缩比标定功率/转速最大扭矩/转速供油提前角

技术指标/１０５mm１２０mm

ω型１７２

//)１２３．７Nm１７００(rmin静态)２２°CABTDC(

//)２６kW２３００(rmin

收稿日期:２０１７Ｇ１１Ｇ０１

图１　试验装置示意图

)基金项目:陕西省自然科学基金项目(２０１３JM７０２６

,作者简介:李　维(男,副教授,博士,主要从事汽车发动机代用清洁燃料研究．１９６５－)

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徐州工程学院学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２０１８年第１期

＃

商用柴油,为了防止在低压燃路发生气阻,采用电　　柴油机试验用柴油为０DME的纯度为９９．９％．

,子泵将混合燃料加压至０．同时在低压油路中设置一稳压筒以减少压力波动．气缸压力采用K８MPaISＧ

２　燃烧特性分析

数据采用日本横河DTLER７０６１B型压力传感器测量,L７５０动态分析仪采集．

２．１　示功图

图２为不同转速、不同负荷下,从图２可看出,发动机燃用混合燃料D２０发动机与柴油机示功图的对比．,转速下,低负荷时,原柴油机的最高爆发压力为７．出现在上止点后４相同供油提前５８MPa°CA位置左右;,角下,峰值压力比柴油机晚１供油提前角为１D２０的最高爆发压力为７．２８MPa°CA出现．８°CA时最高爆发,压力约为６．出现在上止点后约６随着供油提前角的减少,爆发压力降低,并逐渐远离上８７MPa°CA位置．止点．高负荷时,柴油机的最大爆发压力为８．原机供油参数下,８５MPa．D２０的最大爆发压力比原机略有降//出现位置比柴油机晚２各工况下最大爆发压力的变化趋势与１７°CA．２３００rmin转速下,００rmin时基本,),相同．供油提前角为１低于此时原机水平(峰８°CA时,D２０发动机的最大爆发压力为６．９６MPa７．９１MPa值压力的出现位置同样比原柴油机晚２°CA．

/时,各工况下D而且其所对应的曲轴转角也相对延迟．２０发动机的最大爆发压力均比柴油机低,１７００rmin

,低,差异没有在低转速下那么明显．推迟喷油至最佳提前角１８°CA时,D２０最大爆发压力降低为８．２３MPa

２．２　放热率

图３为根据示功图计算出的放热规律曲线．预混合燃烧放出的热量更少,D２０混合燃料由于滞燃期短,放热峰值比柴油机低．同时还可以看出,在所有的转速、负荷试验工况内,最大放热率随着供油提前角的减小而减小,并且与最大放热率对应的曲轴转角也相应推迟．这是因为随着供油的不断推迟,燃料初始喷入时的缸内空气温度、压力均大大增加,有助于减小滞燃期,预混燃烧的燃料份额也相应减小,从而降低了最大放热率．供油提前角为１放热率重心最靠近上至点,燃料燃烧迅速充分,而且燃烧定容性好,因此,具有８°CA时,最高的热效率．这也与燃油经济性的优化分析结果基本一致．供油推迟至１最大放热率所处的曲轴６°CA时,

图２　D２０发动机与柴油机示功图比较

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李　维,等:柴油机燃用二甲醚柴油混合燃料燃烧特性的试验研究Ｇ

转角已处于燃烧上止点之后,这说明此时燃料燃烧主要都在膨胀冲程中进行,定容性差且燃烧过程很不充分,因此燃料利用率最低．

供油提前角都为２二甲醚放热比柴油晚．这可能是由于D相２°CA时,２０混合燃料的喷油延迟比柴油大,

同供油提前角时,混合燃料的喷油提前角比柴油小,虽然混合燃料的十六烷值高,比柴油更易着火,但相比之下对喷油延迟的影响更大一些．

图３　D２０发动机与柴油机放热率的比较

２．３　压力升高率

对于缸内最大压力升高率来说,推迟喷油后,最大压力升高率也将相应降低,这主要是因为滞燃期减小引起预混燃烧量减少的结果．图４为不同转速、不同负荷下,从图４D２０发动机与柴油机压力升高率的对比．/、可以看出,供油提前角为１与原柴油机水平相比较,优化后的D大负荷的８°CA时,２０发动机在１７００rmin),///工况下(最大压力升高率由０．BMEP＝０．６０５MPa８４MPa°CA降低为０．６９MPa°CA．２３００rmin时大),最大压力升高率由０．//负荷的工况下(可见,优化BMEP＝０．４６９MPa６７MPa°CA降低为０．４８MPa°CA．２．４　缸内燃烧温度

缸内燃烧温度对发动机的排放特性有至关重要的影响．其中最高燃烧温度大小以及燃料在最高燃烧温后的D机械效率、机械噪声及运转平稳性等工作参数都得到明显改善．２０发动机与原机相比,

度左右停留的时间是决定NO同时,膨胀过程中保持适当的缸内温度可以对于HC、x排放的两个重要因素;

控制排出发动机外的污染物．CO排放等不完全燃烧产物进行后期氧化,

/、与原柴油机水平相比较,优化后的D大负荷的工况下(CA时,２０发动机在１７００rminBMEP＝０．６０５

),/缸内最高燃烧温度由２０降低了７MPa７３K降低为１９９６K,７K．２３００rmin时大负荷的工况下(BMEP),最高燃烧温度由１９降低了９最高燃烧温度的降低将会明显减少＝０．４６９MPa３９K降低为１８４７K,２K．

图５给出了不同工况下D从图５可以看出,供油提前角为１２０发动机与柴油机缸内燃烧温度的对比．８°

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徐州工程学院学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２０１８年第１期

图４　D２０发动机与柴油机压力升高率的比较

图５　D２０发动机与柴油机缸内燃烧温度的比较

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李　维,等:柴油机燃用二甲醚柴油混合燃料燃烧特性的试验研究Ｇ

８

NO．x排放

此外,过度推迟喷油至１燃烧后期(图５中３的缸内温度显著增加,甚至超过６°CA时,０°~４０°CA范围)

[]

原柴油机水平．这主要是因为混合燃料燃烧迅速,此时由于喷油过迟,膨胀过程中的后燃加剧,导致了后期燃烧温度的增加．而此时由于燃烧位置距上止点较远,燃烧很不充分,经济性变差,碳烟排放也会显著增加．机的要低一些,其对应的曲轴转角延迟约２°CA．时间并未延长．参考文献:

发动机燃用D在对供油提前角进行优化后,不同工况下的最大气缸内压力均比原柴油２０混合燃料时,混合燃料发动机的最大压力提升率下降约２有利于提高其机械效率和操作的平滑性．０％,混合燃料发动机的燃烧温度下降约８这有助于减少发动机的NO０~１００K,x排放．

３　结论

混合燃料发动机的最大热释放速率比柴油机低,对应的曲轴转角推迟,但由于燃烧速度加快,燃烧持续

[]１LIXL,HUANGZ,WANGJS,etal．Characteristicsofultrafineparticlesemittedfromadimethlether(DME)enineyg[]李维,]():汪映,朱威．煤基车用替代燃料的润滑性评定方法的研究[润滑与密封,２J．２００８,３３１０１００Ｇ１０２．

[],():J．ChineseScienceBulletin２００８,５３２３０４Ｇ３１２．

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(责任编辑　武　峰)

ExerimentalStudntheCombustionCharacteristicsoftheEninepyog

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