衛(wèi)海橋，楊鵬暉，張少棟，張?韌，李?衛(wèi)，潘家營

基于光學(xué)發(fā)動機的PODE燃燒特性試驗研究

衛(wèi)海橋1，楊鵬暉1，張少棟2，張?韌1，李?衛(wèi)2，潘家營1

(1. 天津大學(xué)內(nèi)燃機燃燒學(xué)國家重點實驗室，天津 300072；2. 濰柴動力股份有限公司，濰坊 261041)

聚甲氧基二甲醚(PODE)是一種理想的柴油替代燃料，具有明顯的低、高溫化學(xué)反應(yīng)，顯著影響發(fā)動機著火性能及燃燒放熱特性．在雙燃料發(fā)動機中，PODE通常作為高活性燃料引燃低活性燃料，但目前關(guān)于純PODE燃燒研究很少．本文基于一臺單缸光學(xué)發(fā)動機，結(jié)合瞬態(tài)缸壓采集和高速攝影同步測試方法，獲得了缸壓、放熱率、滯燃期、燃燒持續(xù)期、火焰圖像等特征參數(shù)，研究了關(guān)鍵參數(shù)(噴油量、進氣溫度、噴油時刻)對PODE燃燒特性的影響. 結(jié)果表明：在均質(zhì)條件下，PODE燃燒呈現(xiàn)出明顯的兩階段放熱，混合氣呈現(xiàn)順序自燃；隨著噴油量的增加，缸壓和放熱率峰值提高，高溫反應(yīng)提前而低溫反應(yīng)先推遲后提前. 分層條件下，PODE著火性能改善，燃燒持續(xù)期變短，放熱率分布較為集中；隨著進氣溫度增加，缸內(nèi)熱氛圍改善，可燃混合氣分布更加均勻，放熱率峰值減小；而隨著噴油時刻的推遲，缸內(nèi)油氣混合時間縮短，燃燒呈現(xiàn)從均質(zhì)燃燒向擴散燃燒轉(zhuǎn)變的趨勢．研究結(jié)果有助于更好地理解PODE壓燃燃燒特性，為PODE在內(nèi)燃機中的高效清潔利用提供理論指導(dǎo).

聚甲氧基二甲醚；光學(xué)發(fā)動機；壓燃；噴油量；進氣溫度；噴油時刻

為了滿足日益嚴格的燃油經(jīng)濟性和排放法規(guī)，相關(guān)學(xué)者提出均質(zhì)混合氣壓燃、部分預(yù)混壓燃等新型燃燒方式[1-4]．新型燃燒方式對發(fā)動機運行工況和燃料性質(zhì)較為敏感，影響發(fā)動機燃燒和排放特性[5]．聚甲氧基二甲醚(PODE)是一種高含氧量的醚類燃料[6]，具有高十六烷值、高揮發(fā)性等優(yōu)點．其密度、黏度、熔沸點等物理特性與柴油相近，可直接應(yīng)用于現(xiàn)有柴油發(fā)動機．PODE結(jié)合新型燃燒方式有實現(xiàn)發(fā)動機高效清潔燃燒的潛力[7]．

Duraisamy等[8]研究發(fā)現(xiàn)，相比于柴油/甲醇的活性控制壓縮著火(RCCI)模式，中等負荷條件下PODE/甲醇可以實現(xiàn)更短著火滯燃期和更低的CO、HC和碳煙排放，燃燒過程可控性顯著增強．Liu等[9-10]在一臺直噴式柴油機上開展了柴油/PODE摻混試驗，研究表明柴油摻混10%～20%PODE能夠在降低污染物排放的同時提高發(fā)動機熱效率．Liu等[11]以PODE為添加劑進行了部分預(yù)混壓燃模式的全負荷優(yōu)化，研究發(fā)現(xiàn)高負荷條件下汽油摻混PODE不僅降低放熱率峰值，還改善了碳煙-NO的Trade-off關(guān)系；同時，低負荷下改善了燃燒穩(wěn)定性，中負荷下提高了燃油經(jīng)濟性和熱效率．Pellegrini等[12]向柴油中摻混10%PODE進行全工況NEDC駕駛循環(huán)試驗，結(jié)果表明在不使用柴油機后處理裝置的條件下，通過向柴油中摻混PODE就可以滿足歐盟排放法規(guī)的要求. Iannuzzi等[13]在一臺單缸重型柴油機上進行柴油/PODE排放性能研究，發(fā)現(xiàn)摻混10%PODE可以在不明顯增加NO排放的前提下明顯改善碳煙排放，同時對經(jīng)濟性影響很?。送猓琖ang等[14]在一臺單缸發(fā)動機上進行純PODE均質(zhì)壓燃試驗，結(jié)果表明PODE具有很強的低溫反應(yīng)，對雙燃料燃燒起促進作用．Pélerin等[15]對比了PODE和柴油特性，結(jié)果表明發(fā)動機燃用純PODE可以顯著改善尾氣排放. Dworschak等[16]在一臺單缸發(fā)動機上對不同碳含量的PODE進行對比研究，結(jié)果表明隨PODE中碳含量增多，熱效率略微下降，NO排放卻可以得到顯著改善．Barro等[17-18]進行了PODE發(fā)動機試驗研究，結(jié)果表明相比于柴油，PODE燃燒速度更快，燃燒效率更高，碳煙和NO排放更好．

從上述研究可知，在柴油/PODE、汽油/PODE、甲醇/PODE等雙燃料燃燒中，發(fā)動機燃燒和排放特性都得到大幅改善．這與PODE在柴油、汽油、甲醇等燃料著火前形成的活化熱氛圍有密切聯(lián)系[19-21]．在雙燃料燃燒模式中，高活性燃料會首先產(chǎn)生活性自由基、釋放熱量，低活性燃料受缸內(nèi)熱氛圍或者活性自由基的影響發(fā)生著火．Lu等[22]將雙燃料燃燒模式中低活性燃料的著火模式分為活性基著火、熱氛圍著火以及活性基-熱氛圍著火．研究表明，不同著火模式導(dǎo)致雙燃料著火、燃燒放熱及排放相差很大．然而，PODE燃料本身也具有明顯的低、高溫化學(xué)反應(yīng)特性，在雙燃料燃燒模式中，PODE作為高活性燃料如何影響柴油、汽油、甲醇等主要燃料的著火模式和燃燒放熱并不清楚．同時，關(guān)于純PODE的燃燒特性有待深入探究．

因此，有必要針對PODE燃料性質(zhì)及關(guān)鍵參數(shù)對PODE燃燒放熱的影響開展研究．本文基于一臺單缸光學(xué)發(fā)動機，結(jié)合瞬態(tài)缸壓采集和高速攝影同步測試，研究了均質(zhì)和分層條件下關(guān)鍵參數(shù)(進氣溫度、噴油量、噴油時刻等)對PODE燃燒特性的影響．研究結(jié)果可為先進發(fā)動機高效清潔燃燒提供重要理論指導(dǎo)．

1?試驗裝置及研究方法

1.1?試驗裝置

試驗是基于一臺單缸四沖程光學(xué)發(fā)動機進行的．該光學(xué)發(fā)動機由General Motor 2.0T原型機改裝而成，發(fā)動機主要參數(shù)如表1所示．發(fā)動機采用延長的平頂活塞，活塞由下活塞、中活塞和上活塞三部分組成．下活塞為發(fā)動機原裝活塞，為光學(xué)平臺提供動力；中活塞為中間鏤空的連接活塞，供安裝反射鏡搭建光路；上活塞頂安裝石英玻璃提供可視化窗口，使得高速攝影機能夠直接拍攝燃燒室內(nèi)火焰．試驗臺架和燃燒室結(jié)構(gòu)布置如圖1所示．其中，紅色圓圈為光學(xué)視窗，半徑1為31mm，覆蓋噴油器和缸壓傳感器位置，2＝44mm為燃燒室半徑．試驗所選取的PODE為混合燃料，該燃料由PODE3-7混合所得，各成分占比如表2所示．

表1?光學(xué)發(fā)動機主要參數(shù)

Tab.1?Optical engine specifications

圖1?光學(xué)發(fā)動機及缸蓋示意

表2?PODE中各成分物理化學(xué)參數(shù)

Tab.2 Physical and chemical properties of different com-ponents in PODE

1.2?試驗方法與數(shù)據(jù)處理

試驗過程中，光學(xué)發(fā)動機由一臺DZDC-20S直流電力測功機控制，轉(zhuǎn)速為(1000±5)r/min．過量空氣系數(shù)()通過安裝在排氣管上的Bosch寬域氧傳感器來測量，測量分辨率為0.1%，響應(yīng)時間為0.15s.缸內(nèi)壓力采集系統(tǒng)由一個Kistler 6125A型壓電式壓力傳感器和一臺Kistler 5018型電荷放大器組成，其采集分辨率可達0.1°CA．進氣溫度由一臺GD-3型管式空氣加熱器調(diào)節(jié)并維持，精度為±1℃．發(fā)動機缸蓋上裝有K型熱電偶溫度傳感器，以測量缸蓋溫度，其分辨率為±0.1℃．試驗過程中，燃油供給方式采用進氣道噴射以及缸內(nèi)直噴兩種，以便形成不同分布形式的可燃混合氣．進氣道噴油器為Bosch氣道噴油器，工作壓力0～1.8MPa；缸內(nèi)直噴噴油器為8孔Bosch電磁式(HDEV)直噴噴油器，工作壓力為6～20MPa．具體試驗運行參數(shù)見表3．

表3?試驗運行參數(shù)

Tab.3?Test operation parameters

高速攝影機型號為Photro SA-Z并安裝有尼康A(chǔ)F Micro Nikkor 105mm 1∶2.8D鏡頭．在試驗過程中，拍攝速度取6000幀/s(frames per second，fps)，分辨率取384×384．受光學(xué)發(fā)動機熱負荷以及光學(xué)視窗耐久性的限制，在發(fā)動機穩(wěn)定運行后，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)僅采集記錄50個連續(xù)工作循環(huán)下的熱力學(xué)數(shù)據(jù)以及光學(xué)數(shù)據(jù)．

發(fā)動機的燃燒穩(wěn)定性由平均指示壓力的循環(huán)變動系數(shù)(coefficients of variation of indicated mean effective pressure，COVIMEP)來表征，其計算式為

式中：IMEP是所計算的工況下每個循環(huán)的平均指示壓力，MPa；IMEPm是所計算的工況下個循環(huán)的平均值，MPa；是所計算的工況下采集到的全部循?環(huán)數(shù)．

為了對采集到的火焰圖片中的有效信息進行提取分析，基于MATLAB以及火焰?zhèn)鞑ジ飨蛲约僭O(shè)對燃燒圖像進行處理．基本的處理過程(如圖2所示)包括：原始圖像的二值化，火焰面積的識別以及火焰半徑的擬合．首先，利用MATLAB中的“Mask Filter”手動定義燃燒室區(qū)域，將燃燒室外的噪聲、反射等干擾信號過濾，僅保留燃燒室范圍內(nèi)的有效火焰圖像．然后，通過“二值化-閾值化”技術(shù)對圖像進行黑白二值化處理，來確定燃燒室內(nèi)的火焰邊界，該技術(shù)利用“灰度閾值法”實時獲取各圖像的閾值，獲取的閾值小于/大于某個值時則被定義為未燃燒/燃燒側(cè)，通過這一過程便可創(chuàng)建一個二值圖像，在該圖像中，已燃燒側(cè)與未燃燒側(cè)的邊界被定義為火焰鋒面．在獲得二值化圖像后，讀取圖像得到像素矩陣，將形成的像素矩陣求和，用來表征和判定火焰面積并根據(jù)火焰面積計算出火焰半徑、火焰形心．最后，利用火焰圓來描述火焰圖像，即將火焰面積等效為一個擬合圓，其半徑是火焰半徑．

圖2?火焰圖像邊界和半徑的提取方法

2?試驗結(jié)果與分析

2.1?噴油量對均質(zhì)混合氣壓燃特性的影響

為明確不同工況下發(fā)動機所需要的最小噴油量，研究了噴油量對均質(zhì)混合氣壓燃特性的影響．發(fā)動機的進氣溫度為100℃，進氣道噴射，噴油壓力為0.7MPa．圖3是不同噴油量下的缸壓和放熱率．噴油量為16mg時，其放熱率峰值僅為6.38J/(°CA)，發(fā)動機未發(fā)生明顯著火，但缸壓峰值比純壓縮工況高出0.09MPa．可能的原因是少量PODE發(fā)生低溫反應(yīng)放熱，使得燃燒室溫度有所升高．隨著噴油量繼續(xù)增大，可燃混合氣濃度增加，低溫反應(yīng)發(fā)生時刻提前且峰值更加明顯．噴油量為18mg時，低溫反應(yīng)放熱率峰值達到13.86J/(°CA)，低溫反應(yīng)使得缸內(nèi)溫度升高，促進后續(xù)高溫反應(yīng)的發(fā)生．此時，發(fā)動機出現(xiàn)著火，并表現(xiàn)出明顯的低、高溫放熱．

圖3?不同噴油量下的缸壓和放熱率(16～18mg)

圖4給出了更多噴油量下的缸壓和放熱率結(jié)?果. 可以看到，隨著噴油量從19mg增加至23mg，缸壓峰值從4.38MPa增至5.62MPa；相應(yīng)地，低溫放熱率峰值(ROHRmax,L)從17.85J/(°CA)增至24.60J/(°CA)，高溫放熱率峰值(ROHRmax,H)則從30.80J/(°CA)增至73.71J/(°CA)．這反映出噴油量對著火和燃燒放熱的重要作用．

圖5進一步給出了不同噴油量下低、高溫反應(yīng)開始時間以及放熱率峰值．可以發(fā)現(xiàn)，除噴油量為19mg工況外，隨噴油量增加，高溫反應(yīng)發(fā)生提前.與高溫反應(yīng)不同，噴油量從19mg增至21mg時，低溫反應(yīng)開始時間(SOIL)從-21.18°CA推遲至-18.98°CA，噴油量繼續(xù)增至23mg時，SOIL又提前至-21.88°CA.隨噴油量增加，一方面較高可燃混合氣濃度改善著火，促進低溫反應(yīng)發(fā)生；另一方面較多燃油蒸發(fā)吸熱，導(dǎo)致缸內(nèi)溫度下降，抑制低溫反應(yīng)進行．在較低噴油量工況，燃油蒸發(fā)吸熱產(chǎn)生的抑制作用占主導(dǎo)地位，隨噴油量增加，較高可燃混合氣濃度產(chǎn)生的促進作用開始占主導(dǎo)，導(dǎo)致SOIL隨噴油量的變化呈現(xiàn)一個先推遲再提前的趨勢．

圖4?不同噴油量下的缸壓和放熱率(19～23mg)

圖5 噴油量的變化對PODE均質(zhì)壓燃燃燒特性的影響

2.2?進氣溫度對分層燃燒特性的影響

燃料分層有助于改善發(fā)動機低溫著火過程，而進氣溫度在上述過程中起決定性作用．為探明進氣溫度變化對PODE分層燃燒特性的影響，開展了噴油量20mg、噴油脈寬1.8ms、缸內(nèi)直噴、噴油壓力15MPa條件下的燃燒試驗．圖6是進氣溫度(in) 40℃和65℃條件下的缸壓和放熱率．如圖所示，提高進氣溫度會影響充氣效率，導(dǎo)致進氣量減少，所以進氣溫度40℃的缸壓要比進氣溫度65℃高0.035MPa.但是，隨進氣溫度增加，缸內(nèi)峰值壓力卻顯著提高，當噴油時刻(SOI)為-35°CA時相差0.1MPa，SOI＝-25°CA時相差0.17MPa．這是因為從噴油器噴出的燃油會撞擊光學(xué)視窗發(fā)生燃油附壁進而發(fā)生結(jié)焦，而在低進氣溫度下的附壁燃油結(jié)焦量要多于高進氣溫度情況．在圖6中還觀察到，隨進氣溫度增加，著火性能提高，卻發(fā)現(xiàn)燃燒持續(xù)期延長，放熱率峰值下降．隨進氣溫度升高缸內(nèi)熱氛圍改善，但由于噴油量較少，在高進氣溫度下會形成較為均質(zhì)的低當量比預(yù)混合氣，其火焰發(fā)展較慢，所以放熱速率較低后燃現(xiàn)象嚴重；在低進氣溫度下，則更容易形成分層混合氣，在低當量比條件下加速燃燒，表現(xiàn)為放熱率上升較快，燃燒持續(xù)期較短．以SOI＝-30°CA工況為例，進氣溫度提高25℃，放熱率峰值降低8.44J/°CA，燃燒持續(xù)期延長9.8°CA．

圖6?不同進氣溫度下的缸壓和放熱率

圖7為不同進氣溫度下的燃燒循環(huán)變動(COVIMEP)結(jié)果．當進氣溫度40℃、噴油量20mg時，最晚噴油時刻選為-25°CA，因為繼續(xù)推遲噴油時刻會造成大量燃油結(jié)焦現(xiàn)象，影響光學(xué)圖像的拍攝．如圖7所示，隨進氣溫度升高，COVIMEP降低，表明進氣溫度的升高可以改善PODE的著火穩(wěn)定性．進氣溫度為40℃時，噴油時刻提前至-35°CA，COVIMEP＝15.94%，PODE的燃燒出現(xiàn)失火．隨進氣溫度增加，發(fā)生失火的臨界最早噴油時刻提前，進氣溫度為65℃時，在-40°CA開始出現(xiàn)失火，此時COVIMEP高達125.65%．這些現(xiàn)象都說明，進氣溫度的增加可以拓寬PODE小負荷壓燃的運行工況范圍，改善著火．

圖7?不同進氣溫度下的燃燒循環(huán)變動

圖8為不同進氣溫度條件下火焰發(fā)展情況的比較．在進氣溫度為40℃時，在壓縮上止點缸內(nèi)溫度較低，從噴油器噴出的6注油束未能完全蒸發(fā)混合，在缸內(nèi)會形成局部分層混合氣，從圖8中可以觀察到，在未結(jié)焦的光學(xué)區(qū)域靠近排氣門的位置，出現(xiàn)多個相互獨立的初始火核，隨時間的推進，初始火核不斷增大，在5°CA火焰峰面產(chǎn)生交匯．當in＝65℃時，在光學(xué)圖片上可以觀察到初始火核同樣首先出現(xiàn)在靠近排氣門側(cè)的區(qū)域，隨后火焰前鋒面以類似于球形火焰?zhèn)鞑サ男问讲粩嗤卣梗罱K充滿整個燃燒室，其主要原因是隨進氣溫度升高壓縮上止點溫度較高，噴出的燃油在整個燃燒室內(nèi)蒸發(fā)混合，分布較為均勻.

圖9給出了不同進氣溫度下的等效火焰半徑和火焰位移速度結(jié)果，此時SOI＝－25°CA．誤差帶由多個循環(huán)下的等效火焰半徑和火焰位移速度的標準差獲得．如圖9(a)所示，隨進氣溫度升高，著火發(fā)生時刻提前，in＝40℃工況下在2°CA時刻出現(xiàn)火焰，而in＝65℃工況在0°CA時刻形成初始火核．不同進氣溫度下等效火焰半徑的發(fā)展基本一致，從出現(xiàn)火核到火焰充滿整個光學(xué)視窗需要12°CA．低進氣溫度條件下更容易形成分層混合氣，有利于形成著火核心、促進初期火焰發(fā)展，所以在圖9(b)中可以觀察到，in＝40℃工況其火焰位移速度要高于in＝65℃工況．但是不同進氣溫度下火焰位移速度的變化趨勢基本一致，初始火核出現(xiàn)之后，滯燃期內(nèi)形成的預(yù)混合氣被迅速消耗，火焰位移速度迅速提高；隨著可燃混合氣數(shù)量的減少，火焰位移速度開始下降，最終火焰逐漸充滿整個光學(xué)視窗．

圖8?不同進氣溫度下的火焰發(fā)展情況

圖9?不同進氣溫度條件下等效火焰半徑和火焰位移速度

2.3?噴射時刻對分層燃燒特性的影響

本節(jié)在噴油量21mg、噴油脈寬2ms、缸內(nèi)直噴、15MPa噴油壓力、65℃進氣溫度條件下，繼續(xù)探究噴油時刻的變化對PODE壓燃燃燒特性的影響．誤差帶由多個循環(huán)下的CA10～CA0、CA50、CA90～CA10的標準差得到．滯燃期(CA10～CA0)定義為從噴油時刻開始到10%累積放熱量時曲軸轉(zhuǎn)過的角度；燃燒持續(xù)期(CA90～CA10)定義為曲軸從10%～90%累積放熱量曲軸轉(zhuǎn)過的角度；CA50代表50%累積放熱量所在的曲軸位置．圖10為噴油時刻對燃燒性能的影響結(jié)果．在噴油時刻-80°CA工況，滯燃期長達63.2°CA，在缸內(nèi)會形成低當量比均質(zhì)預(yù)混合氣，放熱率曲線由明顯的低溫放熱以及高溫放熱組成，但存在燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象，放熱率峰值和缸壓峰值僅有10.52J/(°CA)和4.06MPa，燃燒持續(xù)期長達17.6°CA．隨噴油時刻推遲，滯燃期相應(yīng)縮短，在燃燒室內(nèi)形成局部過濃混合氣，局部著火條件改善，燃燒更加充分，缸壓和放熱率增大，燃燒持續(xù)期縮短．以-50°CA工況為例，缸壓峰值達到4.50MPa，放熱率峰值達到34.84J/(°CA)，燃燒持續(xù)期僅有6°CA．噴油時刻進一步推遲，在-30°CA工況，缸壓和放熱率峰值降低至4.10MPa和21.82J/(°CA)，燃燒持續(xù)期延長至15.68°CA，放熱率曲線表現(xiàn)出明顯的雙峰現(xiàn)象，后燃現(xiàn)象嚴重．這是因為噴油時間較晚，當噴油開啟時，缸內(nèi)溫度壓力較高，噴出的燃油未完全霧化就發(fā)生著火．

圖10?噴油時刻的變化對燃燒性能的影響

從圖11中也可以觀察到，在噴油時刻－80°CA時出現(xiàn)明顯的多個著火點，各個著火點不斷快速發(fā)展，最終，火焰均布于整個燃燒室，但火焰亮度較暗；在噴油時刻－30°CA情況下，在火焰發(fā)展后期即1°CA時，在光學(xué)圖像上觀察到未完全蒸發(fā)的PODE油滴著火所產(chǎn)生的亮黃色火焰．從這些觀察結(jié)果來看，隨噴油時刻推遲，PODE的燃燒存在很明顯的從均質(zhì)燃燒到擴散燃燒的燃燒模式轉(zhuǎn)變．

圖11?不同噴油時刻下的火焰發(fā)展情況

3?結(jié)?論

本文基于一臺單缸光學(xué)發(fā)動機，研究了噴油量、進氣溫度、噴油時刻等關(guān)鍵參數(shù)對PODE燃燒過程的影響，主要結(jié)論如下．

(1) 在均質(zhì)燃燒模式中，PODE表現(xiàn)出明顯的低、高溫兩階段著火．隨噴油量的增加，可燃混合氣濃度增加，促進低溫反應(yīng)的發(fā)生；同時，較多燃油蒸發(fā)吸熱，也會導(dǎo)致缸內(nèi)溫度降低，抑制低溫反應(yīng)的發(fā)生．綜合來看，隨著噴油量的增加，低溫反應(yīng)開始時間先推遲后提前．

(2) 進氣溫度的增加改善了缸內(nèi)熱氛圍，促進了著火，從而拓寬PODE燃燒的運轉(zhuǎn)范圍．同時，低進氣溫度下PODE的燃燒更傾向于分層燃燒，而在較高進氣溫度下PODE的燃燒則呈現(xiàn)均質(zhì)燃燒的特點.

(3) 隨噴油時刻的推遲，缸內(nèi)油氣混合時間變短，PODE燃燒呈現(xiàn)出從均質(zhì)燃燒到部分預(yù)混燃燒再到擴散燃燒的燃燒模式轉(zhuǎn)變．PODE在部分預(yù)混燃燒模式表現(xiàn)出最佳的著火性能．

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Experimental Investigation of Combustion Characteristics of Polymethoxy Dimethyl Ether in an Optical Engine

Wei Haiqiao1，Yang Penghui1，Zhang Shaodong2，Zhang Ren1，Li Wei2，Pan Jiaying1

(1. State Key Laboratory of Engines，Tianjin University，Tianjin 300072，China；2. Weichai Power Co.，Ltd.，Weifang 261041，China)

Polymethoxy dimethyl ether(PODE)is an ideal fuel as a diesel alternative with obvious low- and high-temperature chemical reactions. It considerably affects engine ignition and combustion heat release. In a dual fuel combustion mode，PODE is usually used as a high-reactivity fuel to ignite low-reactivity fuels；however，only a few studies have investigated the combustion characteristics of pure PODE fuel. This study obtained a series of characteristic parameters，including cylinder pressure，heat-release rate，ignition delay，combustion duration，and flame image based on a single-cylinder optical engine with transient cylinder pressure acquisition and a high-speed photographic synchronization test. The influence of the key parameters，namely，fuel injection volume，intake air temperature，and fuel injection timing，on the characteristics of the PODE compression ignition，was studied. The results show that under homogeneous charge conditions，PODE combustion presents an obvious two-stage heat release and the combustible mixture undergoes sequential spontaneous combustion. The cylinder pressure and peak heat-release rate increase with an increase in fuel injection. The high-temperature response is advanced，while the low-temperature reaction is delayed and then advanced. Under partially premixed conditions，the ignition performance of PODE is improved，the combustion duration is shorter，and the heat-release rate rises sharply. As the intake air temperature increases，the thermal atmosphere in the cylinder improves，the fuel is evenly distributed throughout the combustion chamber，and the peak heat-release rate decreases. The oil and gas mixing time in the cylinder is reduced as the injection time is delayed；the PODE combustion changes from homogeneous compression ignition to diffusion combustion. This research’s results help to better understand the compression ignition characteristics of PODE and provide theoretical guidance for the efficient and clean utilization of PODE in internal combustion engines.

polymethoxy dimethyl ether；optical engine；compression ignition；injection quality；intake air temperature；injection timing

10.11784/tdxbz202105062

TK448.21

A

0493-2137(2022)07-0737-08

2021-05-31；

2021-07-12.

衛(wèi)海橋（1974—??），男，博士，教授，whq@tju.edu.cn.Email：m_bigm@tju.edu.cn

潘家營，jypan@tju.edu.cn.

國家自然科學(xué)基金資助項目(52076149，51825603).

the National Natural Science Foundation of China(No. 52076149，No. 51825603).

(責(zé)任編輯：金順愛)