目前,二甲醚作为车用能源在汽车上还处于起步阶段,大规模推广面临着加压配送体系建立、发动机改造、二甲醚车用燃料的规范和标准缺失等问题。国内外已开始研发二甲醚汽车,但距离二甲醚汽车产业化、商业化还有相当长的一段距离。
二甲醚作为石油的主要替代燃料之一,其应用前景非常广阔,许多国家的大公司及研究机构都在开展二甲醚的应用研究工作,研究领域有二甲醚的生产、使用、储运、加注及有关标准等,但在这些研究领域中,日本远远地走在世界前列。
1.国外研究现状
二甲醚优良的排放性能被发现后,世界各国近年来对其进行较广泛深入的研究,但主要表现在对柴油机的二甲醚应用研究。AVL公司的研究表明,二甲醚发动机燃烧柔和、排放好,同时还具有直喷柴油机的高热效率。而在2000r/min,50%负荷时DME发动机的燃烧噪声与柴油机相当,在100%负荷时的噪声比燃用柴油时低10dB(A),接近于汽油机的噪声水平,且有潜力达到加利福尼亚州超低排放标准。
R.Christensen等在自然吸气直喷式柴油机上燃用DME的研究结果表明:通过降低起喷压力,使用排气再循环(EGR)并调整喷油提前角,可使NOx排放比原机降低70%,仅为2g/(kW·h)。而此时微粒排放为0.04g/(kW·h),主要是由润滑油所产生的。
瑞典VOLVO公司在公共汽车柴油机上的研究表明,使用DME作燃料,发动机能够在不带排气再循环和任何排气后处理装置的情况下满足加州超低排放车辆标准(ULEV)。
韩国AIST(AdvanCed Institute of SCienCe and TeChnology)、Chungbuk国立大学、Hanyang大学Hyun Kyu Suh、Myung Yoon Kim等人采用共轨燃油喷射系统在高压容器中进行了DME的喷雾研究。结果表明,随背压的增大,二甲醚喷雾锥角增大,喷雾贯穿距离减小,同时,随喷孔直径的加大,索特平均半径增加。相同测试条件下,二甲醚的喷雾锥角比柴油大,喷雾贯穿距离短,索特平均直径要小。
2.国内研究现状(www.daowen.com)
在国内,二甲醚发动机的研究基本与国际同步。长安大学、上海交通大学、西安交通大学、天津大学、吉林大学以及华中科技大学等各自开展了二甲醚燃料喷雾特性、燃烧特性、发动机性能的研究。
长安大学开展二甲醚的研究始于1995年,是全国最早研究二甲醚的单位。1998年长安大学获得第一个“醚基复合汽油”国家发明专利,该项技术能够将二甲醚复合于汽油之中,以二甲醚部分取代汽油。2000年将二甲醚与LPG掺混使用,利用了LPG车用供气系统,最佳的掺混比使燃料的辛烷值达到95,而且燃料含氧,可代替LPG在汽油车上应用,项目于2002年通过了西安市科技局组织的专家鉴定。为了解决二甲醚在柴油车上应用的难题,2000年到2003年长安大学二甲醚项目组进行了二甲醚由进气管吸入、柴油喷射燃烧的技术研究,简化了燃料供给系统,燃料燃烧完全,柴油机性能优良。
西安交通大学于1997年起承担了美国Ford-中国研究与发展基金项目,与国外同步开展了直喷式柴油机燃用二甲醚的性能、燃烧和排放特性的研究。在单缸机上的研究表明二甲醚柴油机具有动力性能好,热效率高,NOx、HC、CO排放低,在全工况范围内可以实现无烟燃烧,是柴油机优良的代用燃料。
上海交通大学张光德博士等人系统研究了二甲醚燃料的喷射过程,测试了不同工况下的油管泵端压力及嘴端压力,喷油器针阀升程和油管中燃料的声速。试验结果表明:在供油提前角、转速和负荷相同的情况下,燃用二甲醚时油管泵端和嘴端压力的上升和下降速度,压力峰值都比燃用柴油时低,油管中二甲醚的声速远低于柴油,随着负荷的下降,二甲醚的声速下降,且下降的速率远比柴油的大。与柴油相比,二甲醚的喷射延迟期和喷射持续期长,喷射始点的循环变动较大。
上海交通大学吴君华博士等人在一台D6114ZLQB柴油机上进行了燃用二甲醚的燃烧试验研究。结果表明,二甲醚发动机的外特性转矩特别是低速转矩比柴油机高;二甲醚喷油延迟角比柴油大,最高爆发压力、最大压力升高率、燃烧噪声比柴油低;二甲醚扩散燃烧速率比柴油快,燃烧持续期比柴油短。
华中科技大学张煜盛教授等对二甲醚的喷雾特性进行了研究。结果表明,在相同条件下,二甲醚喷雾的轴心速度和浓度的衰减速率均大于柴油,而二甲醚喷雾的贯穿距离与锥角则分别小于和大于柴油。
近年来,上海交通大学吴君华博士和华中科技大学郎静等人研究了二甲醚发动机甲醛等非常规污染物的排放。研究结果表明,二甲醚发动机甲醛排放与柴油机相当,燃烧物中HC的排放与甲醛的排放具有基本相同的规律。
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