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高广新 (高广新.)

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为推广二甲醚作为一种柴油替代燃料在压燃式发动机中的应用,本文针对二甲醚发动机燃料供给系统的润滑和泄漏问题开展研究。根据二甲醚的理化性质和柴油润滑性评价方法(高频往复试验机,HFRR)开展了二甲醚燃料润滑性试验。改造试验机在标准条件和压力条件下进行标定,证明该方法可以参照柴油HFRR试验标准对二甲醚的润滑性进行评估。随后研究了试验条件变化对二甲醚HFRR实验结果的影响,并进行显著性分析。二甲醚润滑性差、分子直径小使得燃料供给系统偶件间隙泄漏量增加。为此本文设计了二甲醚间隙泄漏测量装置,精确测量燃料供给系统中三组偶件间隙二甲醚的泄漏量,并与柴油泄漏量进行了对比,确定了相同条件下二甲醚和柴油的泄漏关系,并通过理论计算研究了泄漏量与狭缝的关系。燃料泄漏必然会对燃料供给和喷射过程产生影响,本文测量了不同泄漏量下的高压油泵供油特性,以及由此导致的二甲醚燃料喷射过程的变化,并与柴油进行了对比。本文主要工作和结论如下:1. 设计了一套用于承载HFRR试验机的压力容器。该容器采用双卡套式密封方式,可在密封前提下实现容器内外数据、电力和燃料的传输,且能将液态的纯二甲醚和含有润滑添加剂的二甲醚分别输送容器内部的不同区域,并保证二者不会相互“污染”和过程可视的操作。2. 完成了标准的柴油HFRR试验机二甲醚燃料的适应性改造及试验。在标准状态和标准状态温度(25℃)二甲醚饱和蒸汽压力状态下,分别对高、低润滑性标准参考油,开展了包括平均磨斑直径、平均摩擦力和平均油膜厚度等技术参数的试验机工作性能校核。标定结果表明:在压力环境下的HFRR实验结果和标准条件下HFRR实验结果具有可比性,说明DME的HFRR实验结果还可以遵守柴油HFRR标准中对实验结果的界定,该装置可以用于燃料润滑性评定试验。3. 25℃二甲醚饱和蒸汽压力状态下,二甲醚燃料HFRR试验平均磨斑直径为904μm (摩擦力1.6N,油膜厚度3.4%),表明二甲醚的润滑性不满足常规柴油系统对磨斑极限值380μm润滑性的要求。4. 开展了含250×10-6、500×10-6、750×10-6和1000×10-6四个浓度润滑添加剂的二甲醚燃料HFRR试验。250×10-6添加剂浓度即可获得相当于柴油的润滑性,添加剂浓度在250×10-6~500×10-6之间时,可以满足二甲醚发动机燃料供给系统的润滑性需要。另外,还研究了温度、压力、行程、载荷和频率等实验条件对实验结果的影响。对频率、添加剂浓度、温度、位移、载荷五个因素进行显著性分析,排列顺序为:频率>浓度>位移>载荷>温度。5. 设计了偶件间隙二甲醚泄漏量专门测量装置,实际测量燃料供给系统中三组偶件及不同部位的泄漏量,并与柴油进行了对比,确定两种燃料之间的泄漏关系。通过环形间隙理论研究了狭缝与燃料泄漏之间的关系以及二甲醚间隙流态。6. 偶件磨损使燃料的泄漏增大,从而改变高压油泵供油特性。为了全面研究二甲醚喷射过程随磨损、泄漏的变化关系,测量了四套不同磨损和泄露状态的燃料供给系统在400r•min-1、700r•min-1和1000r•min-1三个油泵转速下油管压力波动和针阀升程,掌握了高压油管压力、喷射时刻和喷射持续期随泄漏量的变化,并与柴油进行了对比,单从二甲醚高压油管喷射过程曲线看来,3000小时使用时间之后曲线偏离基准曲线太多,无法满足使用发动机使用。

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测量 二甲醚发动机 高频往复试验 润滑 泄漏

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  • [ 1 ] 西安交通大学能源与动力工程学院

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Degree: 工学博士

Mentor: 刘圣华

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Year: 2012

Language: Chinese

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