可再生二甲醚/液化石油气混合燃料在火花点火发动机中的适用性研究：基于辛烷值与喷雾特性的燃烧反应动力学分析

【编辑推荐】为降低内燃机碳强度，美国研究人员通过改造CFR发动机，首次系统评估了rDME(可再生二甲醚)与LPG(液化石油气)混合燃料(0-30% rDME)的RON(研究法辛烷值)/MON(马达法辛烷值)特性。研究发现rDME会非线性降低混合燃料抗爆性，但15%掺混比例时辛烷敏感度(Octane Sensitivity)达峰值；高速纹影成像证实其喷雾特性与纯LPG相近，可直接用于现有DI-SI(缸内直喷火花点火)发动机。该成果为开发低碳替代燃料提供了关键数据支撑，发表于《Fuel》。

　　

在全球能源结构转型背景下，化石燃料仍占据美国81%的能源消费，但其环境问题日益凸显。液化石油气(LPG)因其高抗爆性和低排放特性成为火花点火(SI)发动机的理想替代燃料，但其生产仍依赖化石原料。可再生二甲醚(rDME)通过CO₂捕获技术可实现负碳强度(-278 CI)，但其高反应活性限制了在SI发动机的应用。美国科罗拉多州立大学的研究团队创新性地将rDME与LPG混合，系统研究了0-30%掺混比例对燃料特性的影响，相关成果发表在能源领域顶级期刊《Fuel》。

研究采用改造的CFR(协同燃料研究)发动机，通过三碗化油器系统实现气液双燃料供给。突破性地用缸压传感器替代传统爆震表，采用FFT(快速傅里叶变换)分析爆震频率特征。结合气相色谱成分监测和高速纹影成像技术，首次建立了rDME/LPG混合燃料的燃烧特性数据库。

实验装置：协同燃料发动机
通过改造CFR F-2发动机进气系统，使其兼容ASTM D2699/D2700标准的气液双燃料测试。采用现代爆震检测技术，以缸压振荡频率特征替代传统爆震表读数，显著提升测量精度。

马达法和研究法辛烷值
实验发现rDME掺混会非线性降低燃料抗爆性：100% LPG的MON(马达法辛烷值)为96.3，30% rDME掺混时降至89.2。辛烷敏感度(RON-MON差值)在15%掺混比时达最大值7.1，表明中间比例混合燃料具有更强的温度依赖性。

喷雾特性分析
高速纹影成像显示，所有混合燃料的喷雾形态均与纯LPG相似，证明其可直接应用于现有DI(缸内直喷)系统。数值模拟进一步揭示，rDME通过促进OH自由基生成加速LPG的链式反应，这种"点火增强效应"是抗爆性降低的主因。

结论与意义
该研究首次量化了rDME/LPG混合燃料的燃烧特性：1）rDME掺混会降低但不会急剧恶化燃料抗爆性，30%掺混比仍保持可用辛烷值；2）喷雾特性与LPG高度兼容，无需改造现有DI-SI发动机燃油系统；3）15%掺混比的特殊敏感性为发动机标定提供关键参数。这项工作为开发碳强度低于7 CI的车用替代燃料提供了科学依据，推动内燃机燃料从"低碳"向"负碳"跨越。研究团队特别指出，采用Oberon公司的生产工艺，该混合燃料全生命周期碳强度可低至-200 CI，这对实现2050碳中和目标具有重要战略意义。