电控柴油掺烧二甲醚的实验研究及掺烧比确定
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摘要
能源短缺与环境污染是困扰内燃机工业发展的两大难题。针对困扰内燃机工业发展的两大难题，寻求清洁代用燃料是解决难题的一种重要方法和手段。在柴油机上燃用的代用燃料主要有压缩天然气、液化石油气、醇类燃料等。
二甲醚是国际上近年来新发现的很有发展前途的超低排污燃料。在各种柴油机上的试验结果表明：二甲醚能够实现柴油机高效、超低排放、柔和无烟燃烧。鉴于目前二甲醚产量较低且生产及运输成本较高，在柴油机上进行柴油掺烧二甲醚的研究。这样可以充分利用二甲醚好的雾化特性和柴油好的润滑特性，不仅可以降低排放，而且解决了燃用纯二甲醚燃油系统磨损问题和泄漏问题。
本文作者课题组与玉柴机械股份有限公司合作，针对YC6108QC型车用柴油机，自行开发设计一套柴油—二甲醚掺烧系统。在柴油机上应用该系统只需对其低压油路部分加以改装即可，非常简单方面。系统采用电子控制技术可以方便快速地实现纯柴油模式和柴油—二甲醚模式之间的转换，而且可以根据负荷大小自动调节二甲醚的掺烧比例。
本文详细介绍了柴油—二甲醚掺烧系统的总体方案以及最佳掺烧比的确定。该系统主要包括机械和电控两大组成部分，机械部分主要包括系统台架的搭建和燃料混合器的设计；电控部分主要包括信号调理电路设计、主控制电路设计、人机接口电路设计和电磁阀驱动电路设计。实验也分为两部分：电磁阀流量特性实验和排放特性实验。通过测定电磁阀流量特性来控制二甲醚掺烧比例，通过测量柴油机的排放特性来确定二甲醚掺烧比例。
将系统应用于YC6108QC型车用柴油机上进行台架实验研究，实验结果表明：该系统具有较好的可控性和可靠性，能够完成预期的实验目的；在柴油机上掺烧二甲醚比例为5％～20％的柴油—二甲醚燃料可以降低柴油机的排放，尤其是NO_x和碳烟的排放。
The absence of energy sources and the pollution of environment is the two problems that embarrassed the development of internal-combustion engine engineering, and searching for alternative fuel is a important ways to solve these problems. Now CNG, LPG and alcohol are widely used as alternative fuel.
Dimethyl Ether(DME) is promising alternative fuel discovered recently with ultra low exhaust in the world. A series of experience has shown that diesel engine could work more efficiently and softly with ultra low emission by DME. Considering the low production and high cost of DME, diesel fuel blended DME could be more economical. This can make full use of both the atomization property of DME and the lubrication property of diesel fuel. In this way , the emission of diesel engine could be reduced, and the wear and leak problem can be solved.
This article collaborate with Guangxi Yucai Machine Co.Ltd to develop a DME blending control system for YC6108QC type diesel engine. Applying this system to diesel engine need only to make some small modification on low-pressure oil way. By electronic control, the fuel of the diesel engine can shift rapidly and conveniently between pure diesel oil and diesel oil blended with DME. Moreover, the blending ratio of DME could be regulated automaticly according to load.
This article introduces the general scheme of diesel fuel blended with DME
and confirming the best blending-ratio of the two fuel. The system includes mainly mechanical and electronic controlling part. The mechanical part includes mainly the construction of experimental equipment and the designing of the blending-container. The electronic controlling part includes the designing of the circuit dealing with signal, central controK human communicating with machine and driving electromagnetic valve. The experiments include also two part, one is experiment of electromagnetic valve's flux character, the other is experiment of exhaust character. The flux character is used to control the ratio of DME. And
the exhaust character of diesel engine is used to confirm the ratio of DME.
This system is used to YC6108QC ,and the result shows that the controllability and reliability of this system has reached the expected aim ,and by combusting diesel fuel blending with 5%-20% DME, the exhaust can be greatly reduced, especially NOX and carbon smoke.
二甲醚是国际上近年来新发现的很有发展前途的超低排污燃料。在各种柴油机上的试验结果表明：二甲醚能够实现柴油机高效、超低排放、柔和无烟燃烧。鉴于目前二甲醚产量较低且生产及运输成本较高，在柴油机上进行柴油掺烧二甲醚的研究。这样可以充分利用二甲醚好的雾化特性和柴油好的润滑特性，不仅可以降低排放，而且解决了燃用纯二甲醚燃油系统磨损问题和泄漏问题。
本文作者课题组与玉柴机械股份有限公司合作，针对YC6108QC型车用柴油机，自行开发设计一套柴油—二甲醚掺烧系统。在柴油机上应用该系统只需对其低压油路部分加以改装即可，非常简单方面。系统采用电子控制技术可以方便快速地实现纯柴油模式和柴油—二甲醚模式之间的转换，而且可以根据负荷大小自动调节二甲醚的掺烧比例。
本文详细介绍了柴油—二甲醚掺烧系统的总体方案以及最佳掺烧比的确定。该系统主要包括机械和电控两大组成部分，机械部分主要包括系统台架的搭建和燃料混合器的设计；电控部分主要包括信号调理电路设计、主控制电路设计、人机接口电路设计和电磁阀驱动电路设计。实验也分为两部分：电磁阀流量特性实验和排放特性实验。通过测定电磁阀流量特性来控制二甲醚掺烧比例，通过测量柴油机的排放特性来确定二甲醚掺烧比例。
将系统应用于YC6108QC型车用柴油机上进行台架实验研究，实验结果表明：该系统具有较好的可控性和可靠性，能够完成预期的实验目的；在柴油机上掺烧二甲醚比例为5％～20％的柴油—二甲醚燃料可以降低柴油机的排放，尤其是NO_x和碳烟的排放。
The absence of energy sources and the pollution of environment is the two problems that embarrassed the development of internal-combustion engine engineering, and searching for alternative fuel is a important ways to solve these problems. Now CNG, LPG and alcohol are widely used as alternative fuel.
Dimethyl Ether(DME) is promising alternative fuel discovered recently with ultra low exhaust in the world. A series of experience has shown that diesel engine could work more efficiently and softly with ultra low emission by DME. Considering the low production and high cost of DME, diesel fuel blended DME could be more economical. This can make full use of both the atomization property of DME and the lubrication property of diesel fuel. In this way , the emission of diesel engine could be reduced, and the wear and leak problem can be solved.
This article collaborate with Guangxi Yucai Machine Co.Ltd to develop a DME blending control system for YC6108QC type diesel engine. Applying this system to diesel engine need only to make some small modification on low-pressure oil way. By electronic control, the fuel of the diesel engine can shift rapidly and conveniently between pure diesel oil and diesel oil blended with DME. Moreover, the blending ratio of DME could be regulated automaticly according to load.
This article introduces the general scheme of diesel fuel blended with DME
and confirming the best blending-ratio of the two fuel. The system includes mainly mechanical and electronic controlling part. The mechanical part includes mainly the construction of experimental equipment and the designing of the blending-container. The electronic controlling part includes the designing of the circuit dealing with signal, central controK human communicating with machine and driving electromagnetic valve. The experiments include also two part, one is experiment of electromagnetic valve's flux character, the other is experiment of exhaust character. The flux character is used to control the ratio of DME. And
the exhaust character of diesel engine is used to confirm the ratio of DME.
This system is used to YC6108QC ,and the result shows that the controllability and reliability of this system has reached the expected aim ,and by combusting diesel fuel blending with 5%-20% DME, the exhaust can be greatly reduced, especially NOX and carbon smoke.
引文
[1] 张于心等．我国清洁汽车发展战略的探讨．北方交大学报，2001(2)：93～97
[2] 刘传李．浅议能源技术、环境保护与内燃机工业．内燃机，1994(3)：3～5
[3] 梁炜．汽车排气污染的研究．内燃机，1996(5)：39～41
[4] 肖永清．谈汽车发动机废气排放及其控制．内燃机，1994(6)：42～44
[5] 吴咏．汽车排放控制技术综述．上海汽车，2001(11)：30～32
[6] 濑古俊之(日本)．汽车排放法规及燃油耗法的动向和与之相适应的发动机燃烧技术．国外内燃机2001(3)：50～53
[7] List H等．柴油机技术的现状和展望．柴油机设计与制造，2000(2)：3～9
[8] 刘忠长等．车用柴油机变工况下捧气微粒的测量．汽车工程，1997(6)：342～346
[9] Yoshio Sato etc.. Performance and Emission Characteristics Of a DI Diesel Engine Operated on Dimethyl Ether Applying EGR with Suppercharging. SAE2000-01-1809
[10] Insu Kim and Shinichi Goto. The Prediction Of Autoignition in a DME Direct injection Diesel Egine. SAE2000-01-1827
[11] Ken Friis Hansen etc.. Demonstration Of a DME (Dimethyl Ether)Fulled City Bus. SAE2000-01-2005
[12] H.Ofner and D.W. Gill. Dimcthyl Ether as Fuel for CI Engines-A New Technology and Its Environmental Potential. SAE1998 981158
[13] 王贺武、周龙保．二甲醚喷雾特性的研究．西交大学报，2001(9)：918～921
[14] 许斯都、金萍等．二甲醚喷雾混合特性的研究．内燃机学报，2001(5)：10～15
[15] 许斯都、许俊峰等．二甲醚燃烧特性的研究．内燃机学报，2001(3)：197～201
[16] 郑尊清、许斯都．柴油机燃料的发展．内燃机，1998(6)：17～21
[17] 唐丽丽．柴油机—二甲醚掺烧比控制方案实验研究：[硕士论文]．武汉：武汉理工大学，2002
[18] 董健、高孝洪．柴油/LPG发动机的双燃料供给系统．内燃机工程，2000(2)：31～33
[19] 段树林、吕林等，燃烧室形状对105型柴油机缸内气体流动和排放特性的影响．农业机械学报，2000(4)：15～18
[20] 李兴虎．汽车排气污染与控制．机械工业出版社
[21] 杜德兴．柴油实现复合燃烧的实验研究．内燃机工程，2001(3)：51～55
[22] 段树林、吕林等．2100型柴油机采用四角形缩口w燃烧室燃烧系统的研究．农业机械学报，1999(7)：9～12
[23] 段树林等．16V240ZJD涡轮增压柴油机动态过程的实时仿真．武汉交科大学报，1999(6)：229～231
[24] 段树林、吕林等．低热发动机的研究现状及展望．车用发动机，1999(2)：1～6
[25] 段树林等．闪急沸腾喷雾场粒度分布特性的研究．内燃机工程，1998(2)：27～31
[26] 冒晓建等．提高泵—管—嘴供油系统喷射压力的研究．内燃机工程，2001(3)：28～31
[27] 蔡智刚、杨建生等．非道路机动机械排放标准分析及达标对策研究．上海汽车，2001
(5)：29～33
[28] 周得宽、徐惠星等．桑塔纳2000Gsi新型AJR型发动机电控系统工作原理及电路介绍．上海汽车，2001(12)：31～33
[29] 张敬国．轮机工程测试技术．华中理工大学出版社
[30] 苏万华等．气口顺序喷射、稀燃、全电控柴油/天然气双燃料发动机的研究．内燃机学报，2001(2)：103～107
[31] 朱义伦等．LPG/汽油双燃料汽车双达标低排放控制系统研究．内燃机工程，2001(3)：60～63
[32] 喻方平等．船舶内燃机远程状态监测与故障诊断系统．武汉交科大学报，2000(6)：619～621
[33] 王浩等．双燃料发动机电控系统的开发研究．柴油机设计与制造，2000(3)：12～14
[34] 谢辉等．全电控双燃料发动机32位电控单元的开发．内燃机工程，2001(3)：11～15
[35] 王宇燕．美国卡特彼勒公司液压驱动电控泵喷油嘴(译)．SAE1993 930270
[36] 唐开元等．内燃机原理．海军工程大学出版社
[37] 马征等．电喷双燃料发动机排放性能的试验研究．内燃机学报，2001(6)；28～30
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[39] 杜胜品、果继辉．双燃料发动机．上海汽车，2001(5)；29～31
[40] 耿德根．AVR高速嵌入式单片机原理及应用．北京航空航天大学出版社
[41] 王春发、刘兴华．天然气发动机电控系统转速采集的研究．车用发动机，2000(6)：25～27
[42] 刘凡．柴油机电控喷油和配气系统中电控单元的开发：[硕士论文]．武汉；武汉理工大学，2001
[43] 高朝辉．中压共轨电控燃油喷射系统实现预喷的研究：[硕士论文]．武汉；武汉理工大学，2002
[44] 孙涵芳．Intel 16位单片机．北京航空航天大学出版杜
[45] 孙涵芳、徐爱卿．MCS51/96系列单片机原理及应用．北京航空航天大学出版社
[46] 纪宗南．单片机外围器件实用手册．北京航空航天大学出版社
[47] 卢文祥、杜润生．机械工程测试·信息·信号分析．华中理工大学出版社
[48] 向小军、吕林等，柴油—二甲醚双燃料发动机供油系统的试验研究，武汉理工大字学报，2002(6)：767～769
[49] 马忠梅等．单片机的C语言应用程序设计．北京航空航天大学出版社
[50] 张力．Visual C++高级编程．人民邮电出版社
[51] 王成刚、杜润生．计算机监控系统实时多任务调度策略在Lab VIEW平台上的实现．测控技术，2001(3)：47～49
[52] 王水良．微机控制过程通道的抗干扰措施．工业控制计算机，1998(3)；310～312
[53] 殷光伟．微机监控系统的抗干扰措施．微型机与应用，1998(5)：412～415
[54] 牛洪涛．工控软件的抗干扰设计．微型机与应用，1998(6)：504～507
[55] 夏胜枝、王熙等．电磁阀溢流控制式脉动喷油系统的数理模型与参数优化．内燃机学报，2001(3)：270～274
[56] 杨青、张红光等．柴油机供油系统用新型电磁阀的研究．柴油机，2000(5)；36～39
[57] 牛铭奎、葛安林．高速开关电磁阀的特性与应用研究．汽车技术，1999(7)：13～16
[58] 王贺武、周龙保．含氧燃料添加剂对柴油机性能和排放的影响．内燃机学报，2001(1)：1～4
[59] Zhili Chen etc.. Engine Performance and Gas Characteristics of a Compression Ingition Engine Operation With DME blended Gas Oil Fuel. SAE1998, 982538
[60] Zhili Chen etc.. Experimental Study Of CI Natural-Gas/DME Homogeneous Charge Engine. SAE2000-01-0329
[61] Shuichi Kajitani etc.. DME Fuel Blends For Low-emission, Direct-injection Diesel Engine. SAE2000-01-2004
[62] 段树林．柴油机燃用柴油—二甲醚复合燃料的研究：[博士后研究报告]．武汉：武汉理工大学，2000
[2] 刘传李．浅议能源技术、环境保护与内燃机工业．内燃机，1994(3)：3～5
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