二甲醚发动机低压共轨系统轨压特性及控制研究

摘要

二甲醚(DME)十六烷值较高,自燃温度低,滞燃期比柴油短,很适合作为柴油机的替代燃料。二甲醚含氧量高,能有效抑制碳烟生成,实现零碳烟排放,等质量的二甲醚的汽化潜能高于柴油,可大幅减低柴油机的最高燃烧温度,降低氮氧化物的排放量。优良的排放性能是二甲醚作为发动机替代燃料的最大优势之一。
　　 由于二甲醚与柴油理化性质的差异性,不能在传统的柴油机上直接使用二甲醚作为燃料,必须对柴油机的供油系统进行必要的改进。发动机燃油喷射系统的磨损与泄漏问题是制约二甲醚燃料实用化的技术难题。基于二甲醚易雾化的特点和均质燃烧(HCCI)理论,课题组设计了二甲醚低压共轨电控喷射系统,采用隔膜泵为燃油加压,采用磨损自补偿喷油器取代传统喷油器,构建可控预混合燃烧(CPC)系统。
　　 二甲醚的可压缩性较大,喷油器的喷油和油泵的供油脉动会造成共轨压力的波动,而影响喷油压力的稳定性。本文在课题组前期研究的基础上,分析了二甲醚低压共轨系统的各部件结构和工作原理,在系统仿真软件AMESim中搭建低压共轨系统仿真模型,主要研究共轨管的结构参数、喷油参数和轨压控制模式等因素对共轨压力特性的影响;搭建实验台架,测试了部分工况下的轨压,并同仿真结果进行对比验证。结果表明,共轨管的容积大小对轨压特性影响较大,共轨管的形状主要影响轨压的波动幅度;喷孔直径对喷油持续期内的轨压波动幅度影响较大,喷油脉宽的大小对轨压特性的影响较小;各种工况下PID控制模式能实现较好的轨压响应特性。研究结果能为二甲醚发动机低压共轨系统的研制提供基础数据和理论依据。