二甲醚沸点低、黏度低,饱和蒸气压高,理化特性和柴油相差很大。必须根据二甲醚燃料的特殊物性,对二甲醚发动机燃油喷射系统进行专门设计和开发。如二甲醚燃料热值低的问题,二甲醚易汽化的问题,二甲醚对橡塑密封件溶涨性的问题,燃料系统的润滑、磨损问题要专门考虑。
1.采用增压泵增大二甲醚的压力
二甲醚在常温常压下为气态,饱和蒸气压为0.51MPa。随着温度的升高,其饱和蒸气压增大,为了防止燃料系统中发生气阻现象,二甲醚必须在一定的压力下从燃料储罐供应到燃油喷射系统,确保二甲醚在燃料系统中一直处于液态。
2.增大喷射泵的供油能力和喷嘴的喷射速率
二甲醚的能量密度小,低热值是柴油的66.8%,要使二甲醚发动机达到原柴油机功率,必须增大燃油系统的燃料供应量。一般采用增大喷射泵柱塞直径和行程的方法来提高供油能力和速率。同样要考虑增大通流面积,保证喷油量。为此,二甲醚发动机在喷嘴设计时,要增大喷油器的通流面积,与喷油泵改进以及喷油嘴孔径增大相适应,高压油管内径也要适当增大。
3.增加冷却器降低二甲醚燃料的温度
经过喷射泵后,二甲醚燃料温度升高。燃料温度升高会带来一系列不利影响:一方面引起燃料密度降低,减小了发动机的输出功率。另一方面温度过高会导致燃料罐内的压力大幅度升高,带来不安全因素,也会导致二甲醚在燃油系统中汽化,影响二甲醚发动机的工作稳定性。必须对二甲醚燃料进行冷却。一般采用冷却器降低二甲醚燃料的温度,使燃料罐内二甲醚温度控制在30℃以下。
4.二甲醚燃料里增加添加剂提高燃料黏度,减少系统磨损(www.daowen.com)
二甲醚燃料在20℃的黏度为0.15Pa·s,远小于同温度时的柴油,为了防止喷射泵柱塞润滑不良,采取往二甲醚中添加专门的燃料添加剂,含添加剂的二甲醚燃料在专门磨损试验台上进行了超过1000h磨损试验,试验证明添加剂方案很有效,能大幅度减少喷射泵柱塞的磨损。
5.更换燃料系统的密封件
二甲醚无腐蚀性,但二甲醚对橡塑密封件具有溶涨性,长期使用会导致密封件失效。一般要选用能够很好地耐二甲醚腐蚀的材料当密封件。
二甲醚发动机燃料供给系统示意图如图20-3所示。液态二甲醚(DME)储存在二甲醚罐中,罐内压力为0.51MPa。液态二甲醚从油罐出液口流出,经电磁阀进入电动增压泵,增压泵将二甲醚压力由0.51MPa增加到1.2MPa。再经由滤清器,然后进入喷射泵。而后二甲醚燃料分为两路:一路经高压油管进入喷嘴,而后喷入气缸;一路回流。回流的二甲醚和喷嘴回流燃料汇合,经一个单向阀回到二甲醚回流管路,然后回到燃料罐。回流管路上还安装有控制系统压力的溢流阀,还有降低二甲醚燃料温度的冷却器。这样,二甲醚燃料系统就形成了一个完整的回路。为了保持系统压力稳定,采用蓄能器来消除系统的压力波动,压力表则用来监控系统压力。
图20-3 二甲醚发动机燃油系统示意图
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