背景

随着世界能源危机和环保问题日益突出，汽车工业面临着严峻的挑战。作为汽车动力源之一的柴油机以热效率高，油耗和碳氢排放低越来越受到重视。柴油机排放中ＮＯＸ和微粒（碳烟和可溶性未燃碳氢）的排放是其最主要的污染物，而同时降低柴油机ＮＯＸ和微粒排放的措施往往存在矛盾。因此寻求新型柴油替代燃料，实现高效率超低污染燃烧，将是解决ＮＯＸ和微粒排放矛盾的有效途径之一。

排放法和能源危机

汽车排放柴油机在得到快速发展的同时面临越来越显著的环境问题，特别是尾气的排放问题。柴油机中主要的有害排放物为PM 和 NOx。柴油机排放的PM为较细小的颗粒物，对人体肺功能伤害极大；并且NOx吸入人体后也将会损害心脏、肝肾等器官，它同时也是引起城市光化学烟雾的原因之一。在环境污染日趋严重的形势下，为了控制汽车的有害排放，各国都制订了相应的排放法规。汽车排放法规经过了近半个世纪的发展，形成了美国、欧洲和日本三大排放体系，其他各国的排放法规基本上是参照这三大体系制定的。表 1 是欧洲重型车用柴油机的排放法规状况。相比于其余两个排放法规体系，欧洲排放法规体系比较适合我国的道路交通状况，其排放污染物的测量、严格程度、道路的交通标准等方面与我国国情相似。因此，参照欧洲排放法规体系，结合我国道路交通状况制定了适合我国道路交通的排放法规，国标 GB17691-2005《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法》中对我国的第 III、IV、V 阶段的压燃式和点燃式发动机的污染物排放标准以及排放污染物的测量方法提出了一定的要求，其中规定我国自 2007.1.1 起开始执行第 III 阶段法规标准；自 2010.l.1 开始执行第IV阶段法规标准；2012年1月1日开始执行第V阶段法规标准。如表2所示。可见虽然我国排放标准起步较晚，初期的排放水平较低，但随着我国柴油机技术水平及对环境保护要求不断提高，我国的排放法规与国际接轨的步伐正在加快。表2 我国重型车用柴油机排放标准（单位：g/kw.h）

二甲醚

二甲醚经美国及欧洲等一些国家研究发现，将其作为柴油机的代用燃料，可使发动机具有良好的动力、经济性能以及超低的排放特性，同时可以显著降低NOX排放，使排气烟度几乎能达到零，所以受到了广泛的关注。由于二甲醚与柴油在物化性质上存在许多差异，对现有柴油机供油系统进行改造以适应二甲醚燃料仍是目前开发二甲醚发动机的关键。 二甲醚之所以如此广受关注，是因为二甲醚是一种环境友好型且安全性燃料。它无色无腐蚀性，无致癌性。二甲醚是醚的同系物，但与用作麻醉剂的乙醚不一样，毒性极低，而且具有易压缩、冷凝、气化并能与大多数极性与非极性溶剂互溶的特性。二甲醚燃料来源广泛，可以煤、天然气、煤层气、生物有机物等为原料来大量制取。二甲醚的制备分为直接法与间接法两类，直接法是指由合成气直接制取二甲醚；间接法是指将合成气先制成甲醇，再由甲醇脱水制得。我国煤炭资源丰富，占世界总储量的 11%，且价格低廉，仅为世界平均价格的 1/3 左右。因此，通过燃用煤制二甲醚，既能够有效减少环保压力和缓解能源安全问题，又能够促进洁净煤燃烧技术的发展，乃是一举多得的好方法。 二甲醚常温常压下为气态，在0.5 MPa下液化，易于存储和运输，作为 柴油发动机的替代燃料，由于其含氧量高(近 35％)、且在分子结C—C键的存在，所以几 乎能实现无烟燃烧。另外，DME十六烷值高(大于 55)，自燃性能好．可以应用在压燃式发动机上，而且能缩短着火延迟时间，降低NO的排放和噪音。

二甲醚发动机国内外研究现状

以黄震教授领衔的上海交通大学燃烧与环境技术中心， 自 1997 年承担了国家自然科学基金项目“新型低排污二甲醚燃料喷雾特性和燃烧机理的研究”，对二甲醚燃料喷射过程，包括二甲醚燃料的泵端、嘴端油管压力和针阀升程、音速、闪急沸腾雾化现象和燃烧过程及二甲醚发动机可靠性进行了深入系统的研究

西安交通大学的研究表明：二甲醚发动机在保证高效运行的条件下，在所有工况都能实现无烟燃烧；ＮＯＸ排放只有柴油机的３０％；未燃碳氢排放减少；燃烧柔和，燃烧噪声可降低１０～１５ｄＢ。二甲醚发动机可以允许很大的废气再循环率，在保持发动机零烟度排放和高效运行的同时，能够进一步降低ＮＯＸ排放。