CN106194452A - 一种采用聚甲氧基二甲醚引燃天然气的方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种采用聚甲氧基二甲醚引燃天然气的方法，所述方法以聚甲氧基二甲醚作为燃料，引燃天然气。本发明以聚甲氧基二甲醚替代柴油作为引燃燃料引燃天然气，提高了引燃燃料的十六烷值和含氧量，提高了引燃燃料的着火性，降低THC和CO排放，并解决某些工况下的着火不稳定问题，可进一步降低颗粒物排放；同时聚甲氧基二甲醚挥发性良好，可以更好的与空气混合，配合特定的控制策略可降低燃烧温度，使得NOx排放下降，不需添加其它成分或助剂即可实现优异的技术效果。本发明提供的技术方案具有燃烧充分、减少废气排出等一系列环保特性，可以直接应用于天然气双燃料发动机。

Description

一种采用聚甲氧基二甲醚引燃天然气的方法及其应用
技术领域
本发明涉及内燃机以及清洁能源领域，具体涉及聚甲氧基二甲醚在天然气双燃料发动机中的应用。
背景技术
天然气是一种具有较高氢碳比的气体燃料，同传统石油燃料相比具有较低的CO2和颗粒物排放。柴油引燃天然气双燃料发动机具有较高的热效率，是一种十分具有前景的车用天然气技术方案，但在减排领域面临的最大挑战是THC和CO排放，采用高十六烷值、高含氧量的引燃燃料替代柴油是降低THC和CO排放的有效手段，并可以进一步降低颗粒物排放。
聚甲氧基二甲醚是一种新型的煤基燃料，目前已经实现大批量工业生产，同柴油相比，聚甲氧基二甲醚的十六烷值更高，改善了着火特性，同时具有高含氧量的特性，有利于降低颗粒物排放，作为引燃燃料引燃天然气可提高燃烧效率并降低污染物排放。
目前，以聚甲氧基二甲醚作为引燃燃料引燃天然气的技术方案未见报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种采用聚甲氧基二甲醚引燃天然气的方法，将该方法用于天然气双燃料发动机，相比于柴油引燃天然气可提高燃烧效率并降低排放物。
本发明所述聚甲氧基二甲醚(Polyoxymethylene dimethyl ethers，简称PODE或DMMn)，又名聚甲醛二甲醚、聚氧亚甲基二甲醚、聚甲氧基甲缩醛，是一类以二甲氧基甲烷为母体、亚甲氧基为主链的低分子量缩醛类聚合物，其通式表示为：CH3O(CH2O)nCH3；其中，n≥1的整数，一般取值小于8。
具体而言，本发明提供了一种采用聚甲氧基二甲醚引燃天然气的方法，所述方法以聚甲氧基二甲醚作为引燃燃料，引燃天然气。即，所述双燃料发动机中的燃料为天然气，另一种原料为天然气的引燃燃料，即聚甲氧基二甲醚。
为了实现良好的燃烧效率并降低污染，所述聚甲氧基二甲醚的热值占聚甲氧基二甲醚与天然气总热值的5％～50％。
其中，所述聚甲氧基二甲醚由n值不同的PODEn混合而成；所述n为1～8的整数。所述聚甲氧基二甲醚优选由PODE2、PODE3和PODE4混合而成。
本发明通过大量实验发现，当PODE2、PODE3和PODE4以特定比例混合时，其作为引燃燃料引燃天然气，可以减少废气排放并提高指示热效率。具体而言，本发明由PODE2、PODE3和PODE4以质量比2.5：88.9：8.5混合而成。采用本发明的优选方案情况下，双燃料发动机燃烧后CO、THC和NOx的排放量显著下降，指示热效率显著升高。
本发明提供的应用方法中，所述天然气采用进气道喷射或缸内直喷方式进气；所述引燃燃料采用缸内直喷方式引燃天然气。
其中，所述引燃燃料采用的缸内直喷方式可采用单次喷射或两次喷射。
对于单次喷射过程而言：喷射时刻为上止点前为0°CA～50°CA，优选为20°CA～30°CA。该方式下，天然气喷射时刻为上止点前300°CA～400°CA。
对于两次喷射过程而言，为了确保综合喷射效果以及发动机的燃烧效果，第一次喷射量优选占引燃燃料总量的比例为10％～60％。所述两次喷射过程中，第一次喷射时刻为上止点前10°CA～80°CA，第二次喷射时刻为上止点前0°CA～30°CA。该方式下，天然气喷射时刻为上止点前300°CA～400°CA。
本发明提供的技术方案以聚甲氧基二甲醚替代柴油作为引燃燃料引燃天然气，提高了引燃燃料的十六烷值和含氧量，提高了引燃燃料的着火性，降低THC和CO排放，并解决某些工况下的着火不稳定问题，可进一步降低颗粒物排放；同时PODEn挥发性优于柴油，可以更好的与空气混合，配合特定的控制策略可降低燃烧温度，使得NOx排放下降，不需添加其它成分或助剂即可实现优异的技术效果。本发明提供的技术方案具有燃烧充分、减少废气排出等一系列环保特性，可以直接应用于天然气双燃料发动机。
附图说明
图1为本发明所述双发动机试验系统的示意图。
具体实施方式
以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
以下实例中使用的聚甲氧基二甲醚(PODEn)质量比为：PODE2：PODE3：PODE4＝2.5％：88.9％：8.5％。
PODEn和柴油理化特性对比如表1所示，试验中所用PODEn含氧量达到46.98％，十六烷值为78.6，
表1：试验用PODEn和柴油特性对比
在一台单缸机上对本发明所述燃烧方式进行了检测，并与传统的柴油引燃天然气模式进行了对比。试验系统示意图如图1所示，试验所用单缸机的参数如表2所示：
表2：试验用单缸机参数
名称 参数
排量 1.85L
缸径 123mm
冲程 156mm
压缩比 17.3
燃烧室形状 “ω”
涡流比 1.85
高压共轨喷射压力 100MPa
天然气喷射压力 0.5MPa
实施例1
试验采用单次喷射策略，双燃料发动机的具体工况如表3所示：
表3：具体工况
参数 数值
转速 1000rpm
负荷 4bar IMEP
天然气替代率 60％
EGR率 0
进气压力 1.2bar
天然气喷射时刻 350°CA BTDC
引燃燃料喷射时刻 25°CA BTDC
试验所得检测结果如表4所示：
表4：试验例1检测结果
经检测，应用了本发明所述的燃烧模式后，在同一工况下，同传统的柴油引燃天然气的燃烧模式相比，CO、THC和NOx排放分别下降26.2％、33.6％和76.0％，指示热效率升高7.2％。
实施例2
试验采用两次次喷射策略，双燃料发动机的具体工况如表5所示：
表5：具体工况
参数 数值
转速 1000rpm
负荷 12bar IMEP
天然气替代率 80％
EGR率 0
进气压力 1.0bar
天然气喷射时刻 350°CA BTDC
引燃燃料第一次喷射 10°CA BTDC
引燃燃料第二次喷射 0°CA BTDC
试验所得检测结果如表6所示：
表6：试验例2检测结果
经检测，应用了本发明所述的燃烧模式后，在同一工况下，同传统的柴油引燃天然气的燃烧模式相比，CO、THC和排放分别下降40.7％、21.3％，NOx排放略有升高，指示热效率升高4.4％。
综上所述，本发明提供的燃烧模式在没有进行任何改造发动机的情况下体现了良好的性能。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之做一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是十分容易的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种采用聚甲氧基二甲醚引燃天然气的方法，其特征在于，以聚甲氧基二甲醚作为引燃燃料，引燃天然气。
2.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于，所述聚甲氧基二甲醚的热值占聚甲氧基二甲醚与天然气总热值的5％～50％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述聚甲氧基二甲醚由PODE2、PODE3和PODE4以质量比2.5：88.9：8.5混合而成。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述聚甲氧基二甲醚的含氧量为46.98％，十六烷值为78.6。
5.权利要求1～4任意一项所述方法在天然气双燃料发动机中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述天然气采用进气道喷射或缸内直喷方式进气；所述引燃燃料采用缸内直喷方式引燃天然气。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述引燃燃料采用的缸内直喷方式为单次喷射或两次喷射。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述单次喷射过程中，喷射时刻为上止点前0℃A～50℃A。
9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述两次喷射过程中，第一次喷射量占引燃燃料总量的比例为10％～60％。
10.根据权利要求7或9所述的应用，其特征在于，所述两次喷射过程中，第一次喷射时刻为上止点前10℃A～80℃A，第二次喷射时刻为上止点前0℃A～30℃A。
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