二甲醚發動機

國內外關於二甲醚作為柴油機代用燃料的研究只有 10 餘年的歷史，研究的重點是如何開發適合二甲醚燃料特性的發動機，實現高效清潔燃燒。丹麥技術大學、AMOCO、NAVISTAR、AVL和AIST等在柴油機上先後進行了燃用二甲醚的試驗研究，結果表明，燃用二甲醚燃料的發動機，在保持原柴油機高熱效率和動力性的前提下，氮氧化物顯著降低，碳煙排放為零。由於DME燃料的卓越性能，近年來日韓和歐洲多國紛紛開展二甲醚發動機與汽車的研發。在國內，上海交通大學、西安交通大學、天津大學、吉林大學、華中科技大學等各自開展了二甲醚燃料噴霧和燃燒特性、發動機性能的研究。

上海交通大學動力機械與工程教育部重點實驗室自 1996 年以來對二甲醚發動機的燃料噴射過程、噴霧特性、燃燒與性能、可靠性和材料相容性進行了深入系統的研究，研發了適合於二甲醚燃料特性的發動機供給系統、噴射系統、燃燒系統和 6114ZLQB二甲醚發動機。 ^[1] 

由於二甲醚燃料具有高蒸汽壓、較高的壓縮性、低沸點等特性，與柴油有很大不同。在幾何供油提前角、轉速和負荷相同的情況下，使用二甲醚時，泵端和嘴端油管壓力峯值均比使用柴油時的小；並且二甲醚油管壓力上升和下降均比柴油的緩慢。

圖1給出了發動機負荷率分別為50%、75%和100%時油管中二甲醚與柴油的壓力波傳播速度對比，由圖可見，由於二甲醚彈性模量小，二甲醚更易於壓縮，二甲醚的音速分別為810m/s、675 m/s 和 578.6 m/s，柴油的音速分別為 1 227.3 m/s、1 157.1 m/s、1 094.5 m/s，顯然，二甲醚的音速在各個負荷下均遠小於柴油，隨負荷的減小，燃料的音速進一步下降。

圖2進一步顯示了由於油管中二甲醚的音速遠低於柴油，導致二甲醚的噴油延遲期遠大於柴油，當發動機負荷率分別為100%、75%和50%時，二甲醚燃料的噴油延遲期較柴油增加了36.4%，43.5%和 46.2%；在另一方面，由於二甲醚十六烷值高，滯燃期短，在發動機負荷率分別為100%、75%和50%時，滯燃期則較柴油分別縮短了 23.1%，21.15%和 18.5%。在相同幾何供油提前角的情況下，由於二甲醚燃料噴油延遲的增加要比滯燃期的減少顯著，最終導致二甲醚的着火時刻落後於柴油，且隨負荷減小落後越明顯。

由於二甲醚滯燃期短，預混合燃燒量較柴油少，發動機最高爆發壓力和放熱峯值比柴油機低且滯後，加之二甲醚的汽化潛熱比柴油高，這些因素造成二甲醚發動機缸內最高温度比柴油機低，排放顯著降低。

二甲醚燃料蒸氣壓高、沸點低，蒸發與汽化容易，有助於可燃混合氣形成與快速燃燒，導致未燃HC減少。

從二甲醚的分子式可見，二甲醚沒有C-C鍵，含氧量高達34.8%，非常有利於燃燒，特別是擴散燃燒，有效地抑制了碳煙的生成。 ^[2]