1.喷射泵柱塞直径对二甲醚发动机燃烧和排放的影响

改变柱塞的直径，可以改变油泵的供油压力和供油速率，以1400r/min为例，考察了不同喷射泵柱塞直径对二甲醚发动机的燃烧及排放的影响。

图20-21为柱塞直径对放热率和累计放热率的影响。从图20-21中可以看出，13mm柱塞的放热率峰值略高于12mm柱塞，放热率曲线也较靠前。由累计放热率曲线可知，13mm柱塞开始放热较早，结束放热也较早，燃烧持续期缩短。

图20-21 柱塞直径对放热率和累计放热率的影响

（供油提前角6℃A BTDC，6×0.40mm喷嘴）

图20-22为喷射泵柱塞直径对二甲醚发动机燃油消耗率的影响。由图20-22可知，在发动机的整个转速范围内，外特性下柱塞13mm时油耗率比柱塞12mm低。高转速油耗下降的幅度更大。在额定转速时，柱塞13mm的燃油消耗率为241.5g/kW·h，比柱塞12mm的燃油消耗率下降了3.97%，低转速下的油耗率相差不大，柱塞13mm的油耗率略有降低。由图20-22可知，负荷特性下，柱塞13mm时油耗率都比柱塞12mm的低。

图20-23为不同柱塞直径喷射泵对二甲醚发动机NO_x排放影响。由图20-23可知，在发动机的整个转速范围内，外特性下柱塞13mm时NO_x排放比柱塞12mm高。低转速下13mm时的NO_x排放上升幅度更大，当发动机转速为800r/min时，柱塞13mm时的NO_x浓度排放为786×10^-6，比柱塞12mm时的719×10^-6增大了9.3%。高转速下的NO_x排放相差不大，柱塞13mm时NO_x排放略有上升。可见，二甲醚发动机在使用大柱塞供油时，燃烧放热更快，NO_x有所上升。

综上所述，柱塞直径增大，供油速率加快，经济性有所改善，但同时会引起NO_x排放增加。优化柱塞直径主要是在燃油经济性和NO_x排放之间进行折中。

2.喷嘴参数对二甲醚发动机燃烧和排放的影响

喷油嘴的形状是燃油系统中一个非常重要的参数，它对喷雾质量、喷注形态、燃油与空气混合状态有很大的影响，进而影响发动机的排放指标。喷油嘴参数有喷嘴的孔数、孔径、锥角等，其中喷孔直径对排放的影响较大。二甲醚发动机炭烟排放为零，HC和CO排放处于很低水平，现主要讨论发动机的NO_x排放。

图20-22 柱塞直径对燃油消耗率的影响

（供油提前角6℃A BTDC，6×0.40mm喷嘴）

图20-23 柱塞直径对NO_x排放的影响(www.daowen.com)

（供油提前角6℃A BTDC，6×0.40mm喷嘴）

在满足孔径选取合适的条件下，要合理选取孔数。如果孔数选取合理，则混合气形成均匀，燃烧良好。否则，混合气形成不均匀，导致排气温度升高和燃油消耗率增大。在一定的喷油量且喷油截面积相等，还有其他喷射条件相同的情况下，增加孔数，可以减小孔径，则油雾细化程度越好，但孔数过多，容易形成相邻喷注互相重叠和干涉，产生局部混合气浓度过高，而由于其周围空气稀少，因此燃烧不充分。相反，减少孔数，可以增大孔径，油雾油滴平均直径就越大，则喷注贯穿率大，喷到燃烧室壁面的油滴增多，形成油膜，不利于与空气的快速均匀混合，从而导致燃油消耗率提高。

图20-24为喷嘴参数对二甲醚发动机缸压和放热率的影响。由图20-24可以看出，在800r/min和1400r/min时，使用5×0.46mm喷嘴时二甲醚发动机的最高爆发压力和放热峰值均低于6×0.40mm喷嘴，并且放热峰值对应的位置6×0.40mm喷嘴略有滞后。这是由于多孔、小喷孔喷嘴使得喷油雾化更好，喷雾颗粒更加细化，燃油和空气混合的质量更好，燃料燃烧更充分，具有更高的爆发压力和放热率峰值。

图20-24 喷嘴参数对二甲醚发动机缸内压力和放热率的影响

（供油提前角9℃A BTDC，12mm柱塞）

图20-25为喷嘴参数对二甲醚发动机外特性下的燃油消耗率的影响。从图20-25中可以看出，在发动机的整个转速范围内，使用6×0.40mm的喷嘴比5×0.46mm喷嘴的油耗率低。以转速1400r/min为例，采用5×0.46mm喷嘴时的油耗率为215g/kW·h，而6×0.40mm喷嘴的油耗率为209.3g/kW·h，下降了2.65%。

图20-25 不同喷嘴参数对二甲醚发动机外特性燃油消耗率的影晌

（外特性，供油提前角9℃A BTDC，12mm柱塞）

图20-26为喷嘴参数对二甲醚发动NO_x排放的影响。从图20-26可以看出，外特性下，在发动机的整个转速范围内，使用5×0.46mm喷嘴时NO_x排放低于6×0.40mm的喷嘴，在低转速下较明显。由图20-26可以看出，负荷特性下，使用5×0.46mm喷嘴时NO_x排放都要低于6×0.40mm的喷嘴。这是由于喷孔增多时，小喷孔油嘴使得喷油雾化更好，燃料燃烧更充分，燃烧温度高，NO_x排放增大。

图20-26 为喷嘴参数对二甲醚发动NO_x排放的影响

综上所述，喷孔直径增大，孔数减少，喷雾不够细致均匀，燃油与空气的混合质量变差，从而导致经济性变差。但孔径加大、孔数减少却能降低燃烧产生的NO_x排放。对二甲醚发动机来说，在喷嘴参数上的优化主要是在燃油经济性和NO_x排放之间进行折中。由于二甲醚发动机NO_x排放比柴油机低得多，并可以通过其他措施，如废气再循环来降低NO_x排放，所以折中时应以燃油经济性为主。