專利名稱：一種二甲醚混合燃料的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種汽車燃料，尤其涉及一種含有二甲醚、磷酸三甲芬脂、雙稀基丁二先亞胺和液化石油氣的二甲醚混合燃料。
背景技術：
二甲醚是一種環保綠色燃料，來源豐富，它在發動機上的應用研究到20世紀90年代初期才開始，目前仍處于探索階段。VOLVE客車公司進行燃用DME的試驗研究，結果表明與柴油相比DME可達到無煙燃燒NOx排放量減少50％，噪聲大幅度降低，而性能改進是在原機改裝工作量相對燃用丙烷和天然氣而言都要小，且在保持原機功率不變的情況下獲得的。如今國內外將純二甲醚應用于柴油機的研究已經取得可喜的進展，但將二甲醚燃料應用于汽油機上的研究在國內和國際上都是一個嶄新的研究方向。
二甲醚，其分子式為CH3-O-CH3，幾乎無毒，無腐朽性，常溫下是無色氣體，不損害臭氧層。由于其化學分子中無C-C鍵，且含有一個氧原子，氧的質量百分比高達34.8％，因而能夠大大減少碳煙的生成，從而實現無煙燃燒。
表一
由表一可知，二甲醚十六烷值高于汽油和柴油，具有良好的自燃特性。二甲醚沸點較低(-24.9℃)，能夠快速形成良好的混合氣，從而縮短了滯燃期，使發動機具有良好的冷啟動性能。但二甲醚在常溫、常壓下為氣態，因此，燃油供給系統需要改動。二甲醚熱值僅為柴油的66.2％，汽油的62％。二甲醚液體密度只有柴油密度的79.6％，汽油的90％，為了達到原機的動力性，以體積計二甲醚供給量約是柴油的1.9倍，汽油的1.79倍。二甲醚的粘度低，相當于柴油的0.075-0.037倍，使高壓供油系統中二甲醚容易泄漏，也使偶件容易發生早期磨損，對金屬無腐蝕，對普通橡膠、塑料有腐蝕作用。二甲醚與LPG和CNG一樣，都是易燃燃料，因此，對管路的密封要求較高。二甲醚的半衰期較短，極易在對流層降解為CO2、H2O，在光化學反應中，不會產生甲醛，因而不會破壞臭氧層，是一種環保產品，二甲醚來源豐富，可以節約石油資源。
由于二甲醚辛烷值低，在汽油機上單獨燃用純二甲醚不現實，很容易引起爆震，而且二甲醚的熱值低，滿足不了實際應用，因此二甲醚應用與汽油機上，必須提高燃料的辛烷值和熱值，改善燃料的抗爆性和燃料燃燒時的經濟性。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是由于二甲醚辛烷值低，在汽油機上單獨燃用純二甲醚不現實，很容易引起爆震，而且二甲醚的熱值低，滿足不了實際應用，本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是提供一種二甲醚混合燃料，由二甲醚、磷酸三甲芬脂，雙稀基丁二先亞胺和液化石油氣組成，所述的二甲醚占混合燃料的重量百分比為25-35％，磷酸三甲芬脂占混合燃料的重量百分比為2-5％，雙稀基丁二先亞胺占混合燃料的重量百分比為1-4％，所述的液化石油氣占混合燃料的重量百分比為65-75％。
進一步的，所述的二甲醚占混合燃料的重量百分比為25％，磷酸三甲芬脂占混合燃料的重量百分比為5％，雙稀基丁二先亞胺占混合燃料的重量百分比為3％，所述的液化石油氣占混合燃料的重量百分比為67％。
本發明因為采用了磷酸三甲芬脂，雙稀基丁二先亞胺和液化石油氣作為二甲醚高辛烷值、高熱值調和劑，改善了燃料的抗爆性和燃料燃燒時的經濟性。
圖1為改裝后的兩用燃料發動機的結構示意圖。
圖2為汽油機上燃用2號燃料和汽油兩種燃料在發動機常用工況點n＝3200r/min、Ne＝12kW工況點的示功圖對比圖。
圖3為汽油機上燃用2號燃料和汽油兩種燃料在發動機常用工況點n＝3200r/min、Ne＝12kW工況點的壓力升高率對比圖。
圖4為發動機燃用汽油和2號燃料時產生的放熱率對比圖。
圖5為發動機燃用汽油和2號燃料時產生的累計放熱量對比圖。
具體實施例方式本發明一種二甲醚混合燃料，由二甲醚，磷酸三甲芬脂，雙稀基丁二先亞胺和液化石油氣組成，所述的二甲醚占混合燃料的重量百分比為25-35％，磷酸三甲芬脂占混合燃料的重量百分比為2-5％，雙稀基丁二先亞胺占混合燃料的重量百分比為1-4％，所述的液化石油氣占混合燃料的重量百分比為65-75％。
進一步的，所述的二甲醚占混合燃料的重量百分比為25％，磷酸三甲芬脂占混合燃料的重量百分比為5％，雙稀基丁二先亞胺占混合燃料的重量百分比為3％，所述的液化石油氣占混合燃料的重量百分比為67％。
實施例1在本實施例和下面實施例中的2號混合燃料為本發明一種二甲醚混合燃料，其中所述的二甲醚占混合燃料的重量百分比為25％，磷酸三甲芬脂占混合燃料的重量百分比為5％，雙稀基丁二先亞胺占混合燃料的重量百分比為3％，所述的液化石油氣占混合燃料的重量百分比為67％。
采用常規的方法檢測如表2所示(1為90號汽油，2為混合燃料)；
由表2可知二甲醚，磷酸三甲芬脂，雙稀基丁二先亞胺—液化石油氣混合燃料辛烷值已經超過90號汽油，可使發動機在較高的壓縮比下穩定工作，但混合燃料質量低熱值與90號汽油相比仍有一定差別，將影響燃用二甲醚—液化石油氣混合燃料發動機性能。
為了考察液化石油氣混合燃料的抗爆性、燃料組成及性能變化對發動機燃燒過程影響，下面對燃用本發明混合燃料和汽油火花點火發動機進行缸內燃燒過程測試分析實施例2試驗中柴油一臺三缸、水冷、四沖程火花點火發動機。在發動機第一缸上換用Kistler公司的火花塞式壓力傳感器，通過對發動機運轉時第一缸內壓力信號的采集，經過電荷放大器將信號放大傳入CB-566燃燒分析儀，進行分析，其主要參數如表3所示
將發動機改裝為兩用燃料發動機如圖1所示，只需在原機基本結構不變的情況下，增加一套混合燃料供給系統，由二甲醚—液化石油氣混合燃料供給系統，由混合燃料儲氣罐1、調壓器2、調節閥、電磁閥、喉口混合器等組成。混合燃料加壓后以液態形式儲存在儲氣罐中，使用時混合燃料以液態形式冷卻水的熱量被強制加熱，轉變為氣體。喉口混合器安裝在化油器上端，靠喉口真空度將二甲醚—液化石油氣混合燃料從調壓器中吸出，與空氣均勻混合后進入氣缸。
實施例3缸內燃燒過程分析3.1混合燃料與汽油示功圖比較因為汽油機的進氣過程，混合氣形成過程、點火過程和燃燒過程都相當復雜，因而綜合這些過程而反映出來的缸內壓力變化的情況也是十分復雜的，即使發動機工作穩定，測出的一個循環的壓力數據和示功圖也沒有代表性，據此難以對發動機的工作過程和整機性能做出客觀的評價和診斷。本文在測錄示功圖時均取150個循環，然后對這150個循環，然后對這150個循環在剔除異常點后進行平均，最后得到一個進行平均，最后得到一個平均示功圖，這樣的示功圖較有代表性。
圖2和圖3為汽油機上燃用混合燃料和汽油兩種燃料在發動機常用工況點n＝3200r/min、Ne＝12kW工況點的示功圖對比圖和壓力升高率對比圖。
從圖2和圖3可以看出汽油的最高壓力Pmax低于混合燃料，汽油最大壓力爆發點處于上止點后19℃A，比混合燃料大1℃A。同時從圖3可以看出混合燃料的最大壓力升高率(dP/dψ)max大于汽油，在壓力升高率方面接近于汽油水平。通過壓力升高率對比圖的比較，可以看出混合燃料燃料和汽油的最大壓力升高率所處的曲軸轉角同為上止點后8℃A，此時氣缸正處于作功行程，活塞背離上止點向下運動，此時燃料燃燒產生的噪聲，由于氣缸容積的不斷加大，前進波和發射波的疊加減弱，波峰面強度愈小，從而壓力震蕩愈弱。因此，具有和汽油機基本相同的升高率和壓力升高率曲軸轉角的混合燃料具有較低的運轉噪聲、振動和沖擊載荷，能實現類似汽油機的柔和運轉。另外，通過示功圖的對比和壓力升高率的對比可以看出混合燃料最高壓力爆發點在上止點后18℃A，最大壓力升高率點在上止點后8℃A，最大壓力升高率點所處的曲軸轉角小于最高壓力爆發點所處的曲軸轉角，同時上止點附近氣缸壓力處于相對較低的水平，有利于降低氣缸在壓縮行程中活塞向上止點運動中的阻力，減少氣缸在壓縮行程中的負功，而當氣缸中活塞向下止點運行時，混合燃料快速燃燒、放熱，充分膨脹，氣缸內壓力升高率達到最大，壓力達到最大，推動活塞下行，有利于發動機對外作功。從以上分析可以看出火花點火發動機燃用二甲醚、磷酸三甲芬脂、雙稀基丁二先亞胺、液化石油氣混合燃料時，可以在保持原機主要結構參數的前提下使發動機的性能指標不至于下降，因此，二甲醚、磷酸三甲芬脂、雙稀基丁二先亞胺、液化石油氣混合燃料在汽油機上有很好的應用前景。
3.2混合燃料與汽油放熱規律比較火花點火式發動機的燃燒過程一般分為三個階段1，火焰發展角為從火花塞點火開始直到氣缸內10％的燃料燃燒完成的時間或曲軸轉角，用Δθd表示，2，明顯燃燒期為從氣缸內10％燃料燃燒完成的曲軸轉角開始到火焰傳遍整個燃燒室，常指97％的燃料燃燒完所經歷的曲軸轉角，3，后燃期是指明顯燃燒以后的燃燒，主要有火焰前鋒過后未及燃燒的燃料在燃燒，貼附在缸壁上未燃混合氣層的部分燃燒以及高溫分解的燃燒產物重新氧化。
表4為放熱規律特征參數
從表4和圖4可以看出發動機燃用汽油時放熱率大于混合燃料的放熱率，此外，汽油和混合燃料的最高放熱率曲軸轉角相同，均為上止點后11℃A。通過與圖5的對比分析還可以知道，從火花塞點火開始到上止點后4℃A，兩種燃料在此期間放熱率曲線基本重合，2號燃料的累計放熱量明顯小于汽油，這主要是因為其質量低熱值和理論混合氣熱值低于汽油的緣故，而2號混合燃料具有與汽油相同的放熱率角度與基本重合的累積放熱量曲線，所以二者具有相似的放熱規律。
混合燃料的點火提前角為上止點前25℃A，明顯燃燒期始點為上止點前4℃A，火焰發展角為Δθd21℃A，汽油Δθd為18℃A。試驗中通過對發動機點火角的可以看出汽油的燃燒速度Sp快，因此其火焰發展角Δθd小，而2號燃料中含有25％的二甲醚燃料，二甲醚燃料富含氧，C-C鍵很容易在高溫，高壓下斷裂而參加化學反應。燃料的富氧促進了燃料的快速燃燒，導致混合燃料的火焰發展角Δθd與汽油相差只有3℃A。在相同的曲軸轉角內，汽油和混合燃料放熱率和壓力均相差不大，這與這兩種燃料的理化指標相吻合。2號燃料的低熱值H。為汽油的92％，但混合燃料含有25％的二甲醚，由于其特殊的理化性質，容易揮發，汽化，分子中富含氧。燃料擴散并與氧混合的速率遠比汽油快，使得混合燃料所形成的可燃混合氣黨混合均勻，在發動機燃燒過程中起到了一種引燃劑的作用，使燃燒充分，有利于提高發動機燃燒效率η。
從表4和圖4還可以看出混合燃料的明顯燃燒期為39℃A，汽油明顯燃燒期為36℃A，從示功圖中可以看出這兩種燃料的明顯燃燒期都集中在上止點附近，示功圖變化比較平穩，最大壓力和最大壓升率均較小。汽油燃燒速度Sp快，明顯燃燒期短，混合燃料燃燒速度Sp比汽油慢。導致明顯燃燒期長。通過對圖5累計放熱量對比圖的分析，可以發現從明顯燃燒期始點到上止點位置所經歷的曲軸轉角過程中，混合燃料有87％的燃料參加了燃燒，汽油由于其燃燒速度Sp在兩種燃料中最快，燃燒了90％的燃料。通過以上對比和分析可以看出，發動機在n＝3200r/min，Ne＝12kW工況點上，燃用混合燃料的燃燒過程達到汽油的水平。
權利要求
1.一種二甲醚混合燃料，由二甲醚、磷酸三甲芬脂、雙稀基丁二先亞胺和液化石油氣組成，其特征在于所述的二甲醚占混合燃料的重量百分比為25-30％，磷酸三甲芬脂占混合燃料的重量百分比為2-5％，雙稀基丁二先亞胺占混合燃料的重量百分比為1-4％，所述的液化石油氣占混合燃料的重量百分比為65-70％。
2.如權利要求1所述的一種二甲醚混合燃料，其特征在于所述的二甲醚占混合燃料的重量百分比為25％，磷酸三甲芬脂占混合燃料的重量百分比為5％，雙稀基丁二先亞胺占混合燃料的重量百分比為3％，所述的液化石油氣占混合燃料的重量百分比為67％。
全文摘要
本發明公開了一種二甲醚混合燃料，由二甲醚，磷酸三甲芬脂，雙稀基丁二先亞胺和液化石油氣組成，所述的二甲醚占混合燃料的重量百分比為25－30％，磷酸三甲芬脂占混合燃料的重量百分比為2－5％，雙稀基丁二先亞胺占混合燃料的重量百分比為1－4％，所述的液化石油氣占混合燃料的重量百分比為65－70％，本發明因為采用了磷酸三甲芬脂，雙稀基丁二先亞胺和液化石油氣作為二甲醚高辛烷值、高熱值調和劑，改善了燃料的抗爆性和燃料燃燒時的經濟性。
文檔編號C10L3/00GK1847372SQ20051002512
公開日2006年10月18日 申請日期2005年4月15日 優先權日2005年4月15日
發明者蔣妙范, 徐兆坤, 黃虎 申請人:上海工程技術大學