二甲醚甲醇混合燃料发动机燃烧及排放性能试验研究.pdf

华中科技大学
硕士学位论文
二甲醚/甲醇混合燃料发动机燃烧及排放性能试验研究
姓名:肖阁
申请学位级别:硕士
专业:动力机械及工程
指导教师:张煜盛
2011-01-09
华中科技大学硕士学位论文

摘要
随着社会、经济的发展,石油资源紧缺的现象逐渐严重,再加上排放法规的日益
严格,高效、清洁的内燃机代用燃料的研究成为当下内燃机研究的热点。鉴于我国拥
有丰富的煤炭资源,甲醇、二甲醚(DME)这类可由煤转化制取的燃料的研究与使用,
对我国解决能源短缺问题具有重大战略意义。且这两种燃料为含氧燃料,易于完全燃
烧,排放性能较好,是理想的内燃机清洁代用燃料,有助于解决能源及环境问题。
本文以 ZS195 直喷柴油机作为试验原机,对其进行改造,建立了二甲醚/甲醇混
合燃料直喷和进气道喷射燃烧(HCCI 燃烧)试验台架。对于直喷燃烧,通过改变燃
料混合比例及供油提前角,测量了不同转速及有效功率条件下,发动机的燃烧性能及
排放性能。对于进气道喷射燃烧,在进气添加不同比例 CO2 的条件下,测量了不同有
效功率时发动机的燃烧性能及排放性能。利用放热率 MATLAB 程序对燃烧放热率进
行了计算。同时利用气相色谱仪及傅里叶变换红外光谱仪检测发动机的非常规排放
物,对甲醇、甲醛、甲酸甲酯及甲酸这几种物质进行了重点检测及分析。
研究结果表明,对于直喷燃烧,混合燃料中甲醇浓度过高时,发动机的动力性及
经济性较差,随燃料中甲醇浓度的降低,NOX、HC、CO、CO2 的排放降低,甲酸的
排放升高。存在一个较好的混合比例,使甲醇与甲醛排放较低。在不同供油提前角条
件下,供油提前角的滞后使燃烧滞后,适当滞后供油提前角可降低能量消耗率;随供
油提前角滞后,NOX、CO2、甲醇和甲醛的排放减小,随供油提前角提前,HC 和甲酸
甲酯排放减小,而 CO 的排放在角度改变后排放均高于原角度时的排放,甲酸则均小
于原角度时的排放。对比直喷燃烧与 HCCI 燃烧,二甲醚/甲醇混合燃料 HCCI 燃烧的
NOX、甲酸甲酯的排放低于直喷燃烧时的排放,CO、CO2 和甲醛排放高于直喷燃烧时
的排放。HCCI 燃烧进气添加 CO2 时,随 EGR 率提高,燃烧滞后,发动机最大有效功
率提高,HC、CO、CO2、甲酸甲酯的排放升高,NOX 的排放降低。

关键词:混合燃料二甲醚甲醇燃烧特性非常规排放
I
华中科技大学硕士学位论文

Abstract
With the development of social and economic,the phenomenon of oil shortage
e serious, coupled with increasingly stringent emissions regulations, people pay more
and more attention to the research of efficient and clean alternative fuel bustion
engine. As China has abundant coal resources, the research and use of methanol and
dimethyl ether (DME) which can take by the coal conversion to fuel, has great strategic
significance to solve the energy shortage in China. Both of these fuels are oxygenated fuel,
easy bustion and have a good emissions performance, are ideal for clean
alternative fuel bustion engine, and have the effect of solving energy and
environmental issues.
The test beds of DME / methanol mixture fuel DI and HCCI engines were modified
and established on a ZS195 prototype diesel engine. For bustion, by changing the
fuel mix ratio and injection timing, the experimental study on engine