CN102965161A - 一种改善二甲醚发动机经济性的dme/lpg混合燃料 - Google Patents
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Abstract
一种用于改善二甲醚发动机经济性的DME/LPG混合燃料，由二甲醚、蓖麻油、液化石油气组成。其特征在于：所述的二甲醚占混合燃料的重量百分比为65.5—71%，蓖麻油的重量百分比为1.5—2%，所述的液化石油气占混合燃料的重量百分比为27.5—32.5%。该技术可以在对二甲醚发动机动力性能没有影响的前提下，改善发动机的经济性。并实现液化石油气（LPG）在压燃式发动机上的应用，降低了二甲醚发动机的燃料使用成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料，一种由二甲醚（DME）和液化石油气（LPG）组成的混合燃料。
背景技术
二甲醚是一种环保绿色燃料，可以由煤制取。我国能源资源我国能源资源的基本特点是富煤、贫油、少气，这就决定了煤炭在一次能源中的重要地位。推广二甲醚清洁燃料非常适合我国的能源结构。
二甲醚(Dimethyl ether)，简称DME,它的化学分子式为CH3-O-CH3，是一种最简单的醚结构。DME分子中氧的重量百分比为34.8%，没有C-C键。另外，二甲醚是一种无色略带气味的气体，沸点为-24.9℃，环境温度下的饱和蒸汽压为0.51MPa。DME无腐蚀性、几乎没有毒性，长期同空气接触不易被进一步氧化。其物理性能类似LPG，能迅速与新鲜空气形成良好的混合气，缩短着火延迟，使发动机具有较好的冷启动性能。二甲醚的十六烷值大于55，高于柴油，具有良好的自燃特性，非常适合于压燃式发动机。
上海交通大学在上海柴油机厂D6114ZLQ原型柴油机基础上开发了二甲醚发动机，动力性优于原型柴油机，排放达到欧Ⅲ标准。
由于二甲醚的热值比柴油低，约为柴油热值的67%，达到相同功率时需要的二甲醚量体积消耗量约为柴油的1.9倍。尽管在开发二甲醚发动机的过程中可通过缩短燃油喷射持续期的措施来降低二甲醚发动机的燃油消耗率，但高转速时，二甲醚发动机外特性下的燃油消耗率仍然比柴油机高。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种可在压燃式发动机上应用的DME/LPG混合燃料。使用该燃料，可以在对二甲醚发动机动力性能没有影响的前提下，改善发动机的经济性。并实现液化石油气（LPG）在压燃式发动机上的应用，降低了二甲醚发动机的燃料使用成本。
为了实现上述目的，本发明的技术思路是，利用DME和LPG物理性质相似、可以以任何比例互溶的特点，往二甲醚中加入一定比例的LPG形成混合燃料，提高混合燃料的热值，减少达到相同功率时所需的混合燃料的量，缩短燃料喷射和燃烧的持续期，从而提高发动机的燃料消耗率。混合燃料的十六烷值相对于LPG有显著提高，可以实现LPG燃料在压燃式发动机上的应用。
由于DME和LPG的饱和蒸汽压和沸点非常接近，DME掺混LPG不会改变燃料的喷雾特性及混合气形成过程。
本发明采用的技术方案是，该二甲醚和液化石油气的混合燃料，将30%的液化石油加入来提高燃料的低热值，加入1.5%的蓖麻油来提高混合燃料的黏度，从而改善二甲醚发动机的燃油经济性。
附图说明
图1为二甲醚发动机转速1400r/min时各负荷下LPG含量对燃料着火时刻的影响。
图2为二甲醚发动机转速1400r/min时各负荷下LPG含量对燃烧持续期的影响。
图3为二甲醚发动机转速1400r/min时各负荷下LPG含量燃油消耗率的影响。
具体实施方式
以下结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步的描述。
发明人在新研制的六缸、直喷、增压中冷二甲醚发动机上进行试用。表1为二甲醚发动机的主要技术参数。
表1 二甲醚发动机主要技术参数
具体实验方案是往二甲醚中掺混不同比例的LPG，研究二甲醚中LPG含量对发动机燃烧特性和燃油消耗率的影响。试验时混合燃料中LPG的质量含量分别为0%，15%，30%，45%，60%。选取典型转速1400r/min进行试验研究。
从图1中可以看出，在同一平均有效压力下，着火时刻随LPG含量增加而推迟，当负荷增大时，着火延迟减少。以1400r/min为例，在BMEP=0.76MPa负荷下，纯DME的着火时刻为2.1°CA ATDC，和纯DME相比，含15%LPG混合燃料的着火时刻推迟了1°CA，含30%LPG的推迟了1.9°CA，含45%LPG的推迟了2.3°CA，而当混合燃料中LPG含量为60%时，着火时刻推迟了4.5°CA。
这是由于LPG含量的增大降低了燃料的十六烷值，燃料的着火性变差。
燃烧持续期（累计放热率5%～95%之间的曲轴转角）的趋势与着火时刻变化的趋势相反。由图2可知，随着LPG含量的增加，燃烧持续期缩短。以1400r/min为例，当BMEP=0.76MPa时，纯DME的燃烧持续期为30.6°CA，和纯DME相比，含15%LPG混合燃料的燃烧持续期缩短了0.8°CA，含30%LPG的缩短了1.5°CA，含45%LPG的缩短了2.0°CA，而当混合燃料中LPG含量为60%时，燃烧持续期缩短了2.8°CA。这主要是因为随燃料中LPG含量增加，着火延迟增加，预混合气增加，燃烧速率加快；同时由于LPG的热值比DME高，30%LPG的混合燃料的热值为33.71MJ/kg，60%LPG的混合燃料的热值为39.02MJ/kg。随着LPG含量的增加，混合燃料的低热值增加，达到相同平均有效压力所需要的燃料的总量减少，相当于提高的燃料喷射速率，这使得燃烧速率加快，燃烧速率加快直接导致燃烧持续期缩短。
从图3中可以看出，随着混合燃料中LPG含量的增加，二甲醚发动机燃油消耗率先减少后增加，30%LPG的燃料燃油消耗率最低。
LPG对燃烧的有两方面的作用，一是掺混LPG后混合燃料的低热值增大，缩短了喷射持续期，相应的缩短了燃烧持续期，提高了发动机的热效率，降低燃油消耗。另外掺混LPG延长了混合燃料的滞燃期，使燃烧延后，后燃增加，降低了热效率。两种影响的综合结果是燃油消耗率随LPG含量增大有一个低谷，LPG含量过高或过低都会导致油耗率升高。当LPG含量超过30%时，后者的影响超过前者，会引起燃油消耗率上升。为了使混合燃料保持良好的燃油经济性，应该选择合适含量的LPG。
试验表明，在二甲醚中掺混30%LPG时油耗率最低，发动机经济性最佳。
Claims (4)
1.一种改善二甲醚发动机经济性的二甲醚/液化石油气混合燃料，由二甲醚、蓖麻油、液化石油气组成，其特征在于：所述的二甲醚占混合燃料的重量百分比为65.5—71%，蓖麻油的重量百分比为1.5—2%，所述的液化石油气占混合燃料的重量百分比为27.5—32.5%。
2.如权利要求1所述的一种改善二甲醚发动机经济性的二甲醚/液化石油气混合燃料，其特性在于：所述的二甲醚占混合燃料的重量百分比为68.5%，蓖麻油的重量百分比为1.5%，所述的液化石油气占混合燃料的重量百分比为30%。
3.如权利要求2所述的一种改善二甲醚发动机经济性的二甲醚/液化石油气混合燃料，其特性在于：该混合燃料用于压燃式发动机。
4.如权利要求2所述的一种改善二甲醚发动机经济性的二甲醚/液化石油气混合燃料的制备方法，其特性在于按质量百分比68.5%加入二甲醚，按质量百分比为1.5%加入蓖麻油，再按质量百分比加入30%的液化石油气，混合均匀后制得二甲醚/液化石油气混合燃料。
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