【文章內(nèi)容簡介】 rred Reactor) Mpa～1MPa、溫度在800K～1300K條件下的化學(xué)動力學(xué)機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的研究，建立了43種產(chǎn)物、286步基元反應(yīng)的化學(xué)動力學(xué)模型。隨后，許多研究人員對二甲醚在不同壓力、不同當(dāng)量比和不同溫度范圍內(nèi)的氧化與裂解機(jī)理進(jìn)行了研究。表41列出近年來二甲醚研究所采用的模型。表41 二甲醚氧化機(jī)理研究所采用的模型研究者溫度范圍(K)壓力條件(MPa)當(dāng)量比反映設(shè)備模型Dagaut800～1300～1～JSR43產(chǎn)物,286步反應(yīng)Pfahl650～1300～41激波管—Edgar781～863～—CVA57產(chǎn)物,181步反應(yīng)Curran650～1300～～JSR,激波管78產(chǎn)物,336步反應(yīng)Fischer850～1200～VPFR82產(chǎn)物,352步反應(yīng)Curran550～850～～APFR82產(chǎn)物,352步反應(yīng)Hidaka900～1900～—激波管94基元反應(yīng)Daly295～定容彈77產(chǎn)物,351步反應(yīng) 二甲醚氧化機(jī)理根據(jù)分子反應(yīng)動力學(xué)，化學(xué)反應(yīng)過程可以歸結(jié)為鏈起始反應(yīng)、鏈傳播反應(yīng)、鏈分支反應(yīng)以及鏈終止反應(yīng)，反應(yīng)的發(fā)生首先要建立根池。二甲醚氧化反應(yīng)中鏈的起始可以由兩種反應(yīng)產(chǎn)生自由基；二甲醚的裂解和二甲醚脫H由于在混合氣體中存在大量的OH，O以及H等自由基，因此鏈的起始反應(yīng)競爭性反應(yīng)：CH3OCH3+M=CH3O+CH3+M, (1)CH3OCH3+R=CH3OCH1+RH, (2)式中：R為O，H，OH，CH3以及CH3O等自由基。反應(yīng)(2)生成的甲氧基甲基根在整個氧化或裂解機(jī)理中影響很大，它與不同的分子或自由基的反應(yīng)決定了系統(tǒng)的產(chǎn)物，而不同溫度條件下反應(yīng)線路也不同。根據(jù)目前的研究，可以將二甲醚氧化反應(yīng)分為低溫區(qū)(≤800K)和溫度區(qū)(800K)兩個區(qū)域。在低溫范圍內(nèi)，甲氧基甲基根與O分子發(fā)生加成反應(yīng)，生成過氧化甲氧基甲基根，然后經(jīng)歷負(fù)溫度系數(shù)區(qū)(NTC)。高溫下二甲醚的消耗很簡單，首先是單分子裂解為甲基根和甲氧基根．二甲醚分子發(fā)生脫H反應(yīng)生成甲氧基根，隨后甲氧基甲基根經(jīng)過裂解生成甲醛和甲基根，然后進(jìn)行氧化。研究二甲醚氧化與裂解機(jī)理的同時可以考察二甲醚形成硝煙的趨勢。由于多環(huán)芳香烴(PAH)是生成碳煙的先導(dǎo)產(chǎn)物，而PAH的形成主要是因為C3H4和AC3H4的裂解或CH，C2H2比和CH2合成C3H3，而C3H3是形成苯的初始環(huán)節(jié)。因此如果在二甲醚的氧化或裂解產(chǎn)物中有較多的C3H4，AC3H4和C2H2，將可能產(chǎn)生碳煙。但是在低溫和高溫氧化產(chǎn)物中均很少發(fā)現(xiàn)C3H4，AC3H4和C2H2，因此二甲醚氧化的化學(xué)動力學(xué)研究證明了二甲醚能夠?qū)崿F(xiàn)無煙燃燒。 二甲醚化學(xué)動力模型的應(yīng)用盡管目前所研究的二甲醚氧化模型與柴油機(jī)實際工作條件有一定區(qū)別，但可將這些模型應(yīng)用到實際發(fā)動機(jī)上，預(yù)測二甲醚發(fā)動機(jī)的著火滯后期，證明了二甲醚具有良好的著火性能；將二甲醚氧化模型、二甲醚噴霧模型以及燃燒模型相結(jié)合來預(yù)測二甲醚噴霧在容彈中的著火滯后期，建立柴油機(jī)工作條件下熱力學(xué)——化學(xué)動力學(xué)的3區(qū)模型，分析柴油機(jī)燃用二甲醚時的氮氧化物生成特性。5 柴油機(jī)上二甲醚摻燒方案研究和系統(tǒng)設(shè)計 柴油機(jī)上二甲醚摻燒方案研究代用燃料的研究是內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域的一個重要的研究方向。代用燃料在柴油機(jī)中的燃用方式主要包括部分燃用、全部燃用和改質(zhì)(成氣體后)燃用等方式。當(dāng)前柴油機(jī)上使用較多的是以摻燒部分代用燃料為主要形式的部分燃用方式。 柴油機(jī)上摻燒代用燃料的方式代用燃料在柴油機(jī)中的摻燒方式有很多種，可以分為以下幾類：1) 按著火方式分：有壓燃式、火花點燃式、熱壁點燃和電熱塞點燃式等。 2) 按代用燃料的供給方式分：有雙噴嘴式、單噴嘴式、乳化式、與柴油互溶式、和進(jìn)氣管蒸發(fā)式等。 3) 按代用燃料的摻燒量分：有以柴油為主、代用燃料為輔的摻燒式，有以代用燃料為主、柴油為輔，并以柴油作為引燃燃料式。 代用燃料壓燃式摻燒方式主要有以下幾種：1) 代用燃料從進(jìn)氣管中供入對于一些易氣化的代用燃料或氣體燃料，可在進(jìn)氣管中與空氣混合后進(jìn)入氣缸。代用燃料從進(jìn)入進(jìn)氣管方式來分，可分為兩種:類化油器法和噴入法。a) 類化油器法這種供給法中柴油機(jī)原供油調(diào)節(jié)系統(tǒng)不變，只是在進(jìn)氣管上加裝一個類似化油器的裝置，該裝置可利用化油器改裝。代用燃料經(jīng)過該裝置時被減壓蒸發(fā)，在進(jìn)氣管內(nèi)吸熱汽化，和空氣混合后進(jìn)入氣缸。同時柴油機(jī)仍然進(jìn)行噴油、壓縮著火、燃燒過程，只是噴油量隨著代用燃料摻燒比的增加而減少。這種方式中先以柴油為主，直至以代用燃料為主，柴油僅作引燃燃料。例如，CNG(天然氣)可通過該方式在柴油機(jī)上進(jìn)行摻燒。 b) 噴入法這種方法是在進(jìn)氣管上加裝噴嘴，將代用燃料按時噴入進(jìn)氣管，從而使霧化了的代用燃料在進(jìn)氣管內(nèi)吸熱蒸發(fā)，并與空氣混合。此方法與上述方法相比的優(yōu)點是由于沒有類化油器對進(jìn)氣管的節(jié)流，使充量系數(shù)達(dá)到甚至超過一般柴油機(jī)的水平，這樣發(fā)動機(jī)的最大功率和扭矩可比上述方法提高。例如，使用該方法可實現(xiàn)甲醇在柴油機(jī)的摻燒。2) 雙噴嘴法在柴油機(jī)缸蓋上加裝一個供給代用燃料的噴油器，采用這種方法的柴油機(jī)必須較大，否則因氣缸蓋太緊湊而難以在氣缸蓋上布置兩個噴油器。該方法的優(yōu)點是兩個噴油嘴可方便地調(diào)節(jié)各自的供油量。3) 乳化法與互溶法采用乳化劑或助溶劑將柴油和代用燃料相混合制成混合燃料，此方法不需改變原柴油機(jī)的供油和進(jìn)氣系統(tǒng)，但必須有燃料混合裝置。 柴油機(jī)上兩種二甲醚的摻燒方案柴油機(jī)上摻燒二甲醚主要是利用二甲醚良好的蒸發(fā)和霧化特性來達(dá)到降低排放的目的。(1) 從高壓油管中摻入二甲醚系統(tǒng)構(gòu)成原理示意圖如圖51所示。系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上沒有對柴油機(jī)進(jìn)行大的改造，只是在原基礎(chǔ)上加上一套二甲醚的機(jī)械供給裝置，使二甲醚通過單向閥從高壓油管中進(jìn)入柴油機(jī)。二甲醚裝于耐壓密閉容器中，燃料出口位于容器底部。二甲醚燃料罐氮?dú)馄?1 3 噴油泵發(fā)動機(jī)柴油油箱2 4 圖51 系統(tǒng)構(gòu)成原理示意圖 本方案中二甲醚是通過純機(jī)械方式供入的，二甲醚的供給原理為：柴油噴射過程結(jié)束后，出油閥在落座過程中，由于減壓容積的作用，使高壓油管中的壓力迅速降低，造成高壓油管中殘余壓力低于二甲醚燃料罐內(nèi)壓力；殘余壓力與罐內(nèi)壓力的壓差可打開單向閥，將二甲醚壓入高壓油管中，使柴油與二甲醚在高壓油管中混合。這種方案使二甲醚無需經(jīng)過高壓油泵，直接進(jìn)入高壓油管，避免了由于二甲醚粘度低而引起的高壓油泵的潤滑和漏泄問題。但是二甲醚的摻入量主要取決于高壓油管殘余壓力與二甲醚燃料罐內(nèi)壓力之差，同時還受到單向閥動態(tài)特性的影響，因此這種方案中二甲醚的摻燒量難以控制。而且山于二甲醚是在兩次噴射之間動態(tài)的進(jìn)入高壓油管中，易形成異常噴射。尤其是在轉(zhuǎn)速較高時，高壓油管中低壓的持續(xù)時間很短，單向閥甚至可能來不及動作，造成二甲醚摻不進(jìn)去。(2) 二甲醚與柴油在低壓油路中混合系統(tǒng)構(gòu)成原理示意圖如圖52所示。該方案是在柴油機(jī)高壓油泵前加裝一個混合油箱，柴油和二甲醚分別存儲于高壓密封容器中。當(dāng)電磁閥開啟后，在壓差的作用下，柴油和二甲醚分別從各自的儲存容器經(jīng)電磁閥壓入混合油箱中，以一定比例在混合油箱中預(yù)先混合。通過控制兩個電磁閥的開啟時間和開啟次數(shù)，可分別控制進(jìn)入混合油箱中的二甲醚和柴油量，從而實現(xiàn)對二甲醚摻燒比在一定范圍內(nèi)的控制和調(diào)節(jié)。在該方案中可以隨時改變二甲醚的摻燒比，整個系統(tǒng)由ECU(EleetronicControlUnit:電控單元)來控制。氣囊混合油箱噴油器D