二甲醚-乙醇混合燃料预混燃烧的研究

摘要

二甲醚作为一种煤基替代燃料，对于缓解我国石油资源紧缺、保障国家能源安全及实现经济的健康可持续发展具有重要意义。同时，根据燃料设计理念，乙醇低十六烷值和高汽化潜热的特点，有利于实现二甲醚-乙醇混合燃料的预混合燃烧，降低尾气排放，有效缓解城市的空气污染。
　　本文以一台电控增压二甲醚发动机为研究对象，研究了乙醇含量对二甲醚发动机燃烧特性的影响，并采用喷射策略和废气再循环（EGR）实现了二甲醚-乙醇混合燃料的预混合燃烧。
　　搭建了一套电控增压二甲醚发动机试验系统。试验系统主要包括一台直列六缸四冲程直喷电控增压二甲醚发动机、电涡流测控机、燃烧分析仪、发动机尾气测试系统、电子天平等。
　　考察了不同转速、负荷下，乙醇含量对二甲醚发动机燃烧特性的影响，研究结果表明：随着转速和负荷的增大，各燃料的燃烧逐渐向扩散燃烧发展。混合乙醇，燃烧向预混燃烧发展；但随着负荷的增大，乙醇的作用逐渐减弱。与纯二甲醚相比，二甲醚-乙醇混合燃料的最大压力升高率增加明显，这限制了乙醇的混合比例。相较于纯二甲醚，二甲醚-乙醇混合燃料不仅同样实现了无烟燃烧，还有助于降低 NOx排放；随着负荷的增大，NOx降低幅度增大，最大降幅达到20.3％；但混合燃料的HC、CO排放和有效燃油消耗率有所上升。
　　采用多段喷射策略，考察了主喷时刻、预喷时刻和预喷量对二甲醚-乙醇混合燃料燃烧和排放特性的影响，研究结果表明：主喷时刻推迟，缸内压力曲线从单峰向双峰转变，NOx排放明显降低，HC和CO排放，有效燃油消耗率和排温有所升高。随着主喷时刻的推迟，乙醇对降低NOx排放的作用更加显著，但过度推迟主喷时刻会导致燃烧恶化。采用预喷策略实现三阶段放热：预喷燃料的低温反应，预喷燃料的高温反应和主喷燃料的扩散燃烧。预喷燃料发生了预混燃烧，有利于降低NOx排放。NOx排放随预喷时刻先下降后上升，随预喷量先快速下降后基本保持不变，这说明存在一个最佳的喷射策略使NOx排放最低。不同喷射策略下，相较于纯二甲醚，混合燃料都有利于降低NOx排放，但最大压力升高率普遍较高，HC和CO排放上升。
　　研究了废气再循环对二甲醚-乙醇混合燃料预混燃烧的影响，研究结果表明：随着EGR率的增大，缸内燃烧压力降低，预混燃烧比例增大，减小了NOx排放，但最大压力升高率，HC、CO排放和有效燃油消耗率有所增大。通过结合燃料设计、喷射策略和废气再循环实现了二甲醚-乙醇混合燃料的预混合燃烧，此时NOx排放均低于100 ppm。乙醇含量越大，实现预混合燃烧所需要的EGR率越小。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2柴油机代用燃料及其研究现状

1.3柴油机预混燃烧模式与扩散燃烧模式比较

1.4二甲醚混燃醇类燃料的研究现状

1.5本文主要研究内容

第二章 试验系统、试验燃料与试验方法

2.1 概述

2.2 二甲醚发动机试验系统

2.3 试验燃料

2.4 试验方法

2.5 重要参数定义

2.6 本章小结

第三章 乙醇含量对二甲醚发动机燃烧的影响

3.1 概述

3.2发动机燃烧试验方案

3.2 对燃烧特性的影响

3.3 对排放特性的影响

3.3 对性能的影响

3.4本章小结

第四章 喷射策略对二甲醚-乙醇混合燃料预混燃烧的影响

4.1 概述

4.2 主喷时刻对燃烧的影响

4.3 预喷时刻对燃烧的影响

4.4 预喷量对燃烧的影响

4.5 本章小结

第五章 EGR率对二甲醚-乙醇混合燃料预混燃烧的影响

5.1 引言

5.2 对燃烧特性的影响

5.3 对排放特性的影响

5.4 对性能的影响

5.5 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献

致谢

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