第22卷第12期農業(yè)工程學報Vol 22 No 12902006年12月Transactions of the CSAeDec.2006柴油機供油提前角對乙醇/柴油混合燃料經濟性的影響李冠峰,陳亮,李遂亮,王導南,李岱峰,王新威(河南農業(yè)大學機電工程學院,鄭州450002)摘要:該文對比分析了乙醇、柴油混合組成乙醇柴油混合燃料旳方法,采用生物質作助溶劑配制了乙醇柴油混合燃料。在單缸柴油機上分別使用純柴油和乙醇柴油混合燃料,進行了改變供油提前角對發(fā)動杋燃料經濟性影響旳試驗。結果表明使用乙醇柴油混合燃料時,供油提前角的改變對燃料經濟性的影響比較敏感,且相對使用純柴油,適當減小供油提前角對提高燃料經濟性有利。關鍵詞:柴油機;乙醇柴油混合燃料:供油提前角;燃料經濟性中圖分類號:TK464文獻標識碼:A文章編號:1002-6819(2006)12-0090-04李冠峰,陳亮,李遂亮,等.柴油機供油提前角對乙醇/柴油混合燃料經濟性的影響匚].農業(yè)工程學報,2006,22(12):9←Li Guanfeng, Chen Liang, Li Suiliang, et al. Influence of fuel supply advance angle on fuel economy of diesel engine withethanol-diesel blend fuel[J]. Transactions of the CSAE, 2006, 22(12): 90-93. (in Chinese with English abstract0引言的直接使用因此,為了方便直接使用,需要采取一些措施使兩者成為宏觀上均勻的混合燃料或乳化燃料。乙醇與汽油以一定比例的混合作為汽油機的燃料乙醇與柴油組成混合燃料的混合方法有很多,目前在技術上已經成熟,且在國內外的實際應用中已取得了主要采用以下幾種良好的效果。而將乙醇和柴油混合作為柴油機的燃料隨1)超聲波法:即利用超聲波混合器將乙醇和柴油著對柴油杋環(huán)保標準的提高和節(jié)約替代石油資源的霱進行處理,通過超聲波的特性和空化作用改變乙醇、柴要,也越來越引起重視。中國是柴油消費大國,柴油機動油的物理和化學特性使之達到均勻混合的目的。這種方力在各種動力機械中占有相當大的比例如何減少柴油法不僅能制備均勻穩(wěn)定的混合燃料,而且消耗能量少,的消耗和開發(fā)新的替代柴油的柴油機燃料也是能源戰(zhàn)效果較好。但混合后需即刻使用,不能擱置時間太夂,過略中的重要問題之一,所以,在柴油機上實現(xiàn)摻燒乙醇久就會出現(xiàn)分層。將具有非常重要的意義,機械混合法:使用齒輪泵、高壓動力泵、靜態(tài)混國內外在乙醇柴油的應用研究目前主要集中在使合器等設備在一定溫度條件下不加助溶劑將乙醇與柴用乙醇柴油的可行性:,乙醇柴油混合燃料的配油進行機械混合。機械混合法設備簡單,但乙醇含量不制3-,柴油杋使用乙醇柴油混合燃料的燃燒與排放特高,一般不超過10%,且混合燃料的穩(wěn)定性有限,制備性-,乙醇柴油添加劑的研究,以及乙醇柴油的混合燃料能耗多-3·?！?物理化學特性研究等方面,而對實際使用中發(fā)動機3)添加劑法:即在其中加入一定比例的助溶劑,制參數的改變對使用乙醇柴油混合燃料影響的研究則少成具有一定穩(wěn)定期或能長期穩(wěn)定存放的混合液或乳化見報道,本文旨在探討使用乙醇柴油混合燃料柴油機主液。采用添加劑時,只需把添加劑與乙醇以及柴油混合要調整參數——供油時間改變對其燃料經濟性的影響。在一起,經短時間攪拌即可,制備的混合液比較穩(wěn)定乙醇一柴油混合燃料的配制添加劑法按使用添加劑的種類又有化學添加劑法3.5,6和生物質添加劑法1,4,9乙醇是烴基(一R)與羥基(-OH)組成的化合物,化學添加劑法處理方法簡單,但化學添加劑的使用這從本質上確定了它可以替代傳統(tǒng)的石油系燃料.包括可能會造成新種類的排氣污染,帶來新的環(huán)境問題。中汽油、柴油,成為內燃機的燃料。但由于乙醇是極性物國目前也研制了不少燃料添加劑在試用。此外,還加有質,具有親水性,能與水以任意比例互溶,而柴油是一種助燃劑、加熱劑、防腐劑等成分復雜、具有憎水性的物質,在常溫下,無水乙醇(以忝機劑助姿注肌在乙醇和柴油混合中加入下簡稱乙醇)與柴油直接摻合時,會使乙醇上浮于混合某些中國煤化工油的混合特性,使之達液的上層形成分層現(xiàn)象不能互溶,影響其在發(fā)動機上到均CNMHG本試驗采用生物質添加劑助溶法,選用的生物質助收稿日期:2006-02-13修訂日期:2006-05-12基金項目:河南省教育廳基礎研究項目(200510466006)溶材料較好地解決了乙醇和柴油的混合問題。所使用的作者簡介:李冠峰(1958—),男,河南臨穎人,教授,從事汽車拖拉機生物質助溶材料來源廣泛,價格低廉,使用量少,混合方運用管珻動節(jié)能及代用燃料等方面的研究工作。鄭州河法簡便,便于使用南農業(yè)大學機電工程學院,450002。Email:li-guanfeng@163.com混合燃料配置選用的柴油為國標θ號輕柴油,乙醇第12期李冠峰等:柴油杋供油提前角對乙醇/柴油混合燃料經濟性的影響91為化學純級無水乙醇。在常溫下將助溶材料、乙醇、柴油r/min,調整測功機負荷,使輸岀功率值按2,4,6,7,8,按一定的比例和順序直接加到容器內,進行搖動混合達kW(額定功率)點和最大輸出功率測得耗油到均勻即可。試驗配置的混合燃料為乙醇占12%(容量量。試驗結果分別見圖1~比),其余8%為柴油和生物質助溶材料。根據配比試試驗表明:在標準供油提前角(20.4°CA)條件下驗對比分析,按此配比混合效果較佳,可得到穩(wěn)定、均勻使用EDF12與使用純柴油的耗油率沒有明顯的變化的乙醇柴油混合燃料(這里稱為EDF12),且在密閉容(見圖1),發(fā)動機使用乙醇柴油混合燃料的動力性和經器內靜置200d以上不出現(xiàn)分層狀況濟性不受影響。表明在柴油機上直接使用生物質助溶乙2試驗方案醇柴油混合燃料是可行的。2.1試驗儀器設備1)發(fā)動機鄭州金牛集團股份有限公司生產的純柴油“金牛牌”ZH110B型單缸蒸發(fā)式水冷直噴柴油機。出500EDF12廠日期:2002年10月;出廠編號:02984主要技術參數:額定功率/轉速11.03kW/2200r/min;汽缸直徑100mm;沖程115mm;排量0.903L;壓縮比17;噴油器噴射壓力18.6MPa;標準供油提前角20±2CA;配氣相位:進氣門開12A;關13CA;排02468101214氣門開55CA;關12CA。輸出功率/w2)測試設備測功機型號:D110B型水力測功機(江蘇啟東測功圖1標準供油時間(20.4CA)時使用純柴油設備廠)。測試儀器(FZW型發(fā)動機綜合實驗臺);油耗與EDF12混合燃料耗油率對比儀(HZB500型)。ig. 1 Comparison of the consumption using diesel fuel2.2試驗方案設定and EDF12(the advance angle of fuel is 20. 4CA)試驗分別使用純柴油(國標θ號輕柴油)和EDF12混合燃料進行對比。1)首先按照ZH1100B型柴油機使用說明書規(guī)定將各調整參數調整至標準值2)進行標準供油提前角的發(fā)動機試驗(由于調整墊片厚度的制約,調整到20CA比較困難,實際供油提前角為20.4℃CA)。3)改變供油提前角試驗:改變供油提前角的方案根據標準提前角20±2CA值考慮,初步確定每間隔024681012143CA設置一個點,即提前角分別設定為14CA、17CA、輸出功率/k23A和26°CA4)油耗測量選取油耗測試儀定重檔圖2供油提前角17.3CA時純柴油與EDF12混合燃料的耗油率對比3試驗結果與分析Fig 2 Comparison of the consumption using diesel fucand EDF12(the advance angle of fuel is 17. 3CA)實際試驗時,當增大提前角至23℃A后,發(fā)動機難于啟動,勉強啟動后工作出現(xiàn)明顯異常,轉速波動大,排當供油提前角減小至17.3CA時,發(fā)動機在中小氣管嚴重冒黑煙,無法進行正常的試驗,故放棄僅進行負荷(輸出功率6~8kW)時使用EDF12的耗油率略高了減小提前角試驗,受調整墊片的限制,實際調整的提于純柴油,平均提高2.8%;而在中負荷到大負荷時則前角分別為17.3CA和13.4CA低于使用純柴油(圖2),平均降低5.8%,在額定負荷時改變供油提前角時首先關閉油箱開關,拆掉高壓油降低7.6%。即總體顯現(xiàn)出使用生物質助溶乙醇柴油混泵端的油管接頭,旋下油泵緊固螺母,抽出噴油泵,增減合燃料上皺絀-分析其原因,發(fā)動機在小噴油泵墊片數或改變墊片的厚度,供油提前角如果過負荷I中國煤化工拿的汽化熱比柴油高(柴大,應增加墊片厚度使提前角減小,反之供油提前角過油301CNMHG熱力狀況還不利于乙醇小時減少墊片;裝上噴油泵擰緊緊固螺母,安裝好后重汽化,從而乙醇不能充分燃燒和釋放能量。而到中負荷新核實供油提前角以后,發(fā)動機熱力狀況逐步得到改善,加強了乙醇的汽調整好一?提前角后,分別進行燃用純柴油和乙醇化和燃燒;同時由于乙醇燃燒的理論空燃比比柴油低柴油混合焫敗鵝荷特性試驗。(柴油14.6,乙醇9.0),燃燒需要的空氣量相對減少。而發(fā)動機負荷特性試驗時,穩(wěn)定發(fā)動杋轉速2200在大負荷時,燃料的供應量增加,需要的空氣量增多,此農業(yè)工程學報2006年時乙醇燃燒旳優(yōu)勢得以充分發(fā)揮,有助于混合燃料的充耗率平均提高δ.4%。即供油提前角的改變對燃料消耗分燃燒,故燃料消耗率降低。率的影響比較明顯,適當減小供油提前角對提高發(fā)動機當供油提前角進一步減小至13.4℃CA時,使用的燃油經濟性有利。分析其原因,主要是乙醇柴油混合EDF12的平均燃料消耗率髙于使用純柴油(圖3)。且使燃料的閃點和燃點均比純柴油低,且乙醇的沸點也比用混合燃料時,最大功率下降,到額定負荷(11.03kW)柴油低(柴油180~330C,乙醇78.5C),所以混合燃料時燃料消耗率就明顯上升,發(fā)動機轉速不穩(wěn)定,無法進的蒸發(fā)快,發(fā)動機的著火準備期縮短,故供油過早對燃步增加負荷。而在20.4°CA和17.3℃CA時的最大輸料的燃燒和能量的轉化不利出功率達11.8kW。0020.4°CA13.4°cA02468101214輸出功率/w輸出功率/kw圖5使用EDF12混合燃料不同供油時間的耗油率對比圖3供油提前角13.4°CA時使用純柴油Fig 5 Comparison curve of the consumption at與EDF12混合燃料耗油率對比different advance angle of fuel using EDF12Fig 3 Comparison curve of the consumption for using dieselel and EDF 12(the advance angle of fuel is 13. 4CA)4結論就使用純柴油和混合燃料分別對改變提前角的適1)在ZH1100B型柴油機上使用EDF12,改變供油應性來看,使用純柴油時,在標準供油提前角和提前角會對其燃油經濟性產生影響即燃用乙醇柴油混17.3℃A時燃料消耗率差別不大,當供油提前角減小到合燃料的柴油機對供油提前角的變化比較敏感。但改善13.4℃A時,燃料消耗率有增加的趨勢,但總的增加量效果并不隨供油提前角變化明顯遞增或遞減,而是存在不明顯。如在中負荷到全負荷區(qū)間(6~11.03kW),燃個最佳值料消耗率平均增加1.8%(圖4)。這表明該型號柴油機2)在柴油機上直接使用生物質助溶乙醇柴油混合使用純柴油時,在一定范圍內改變供油提前角,對燃油燃料時適當減小發(fā)動機的供油提前角對提高燃油經濟經濟性的影響不敏感,即該發(fā)動機可在較大供油提前角性有利。范圍內正常使用。3)對該發(fā)動機而言,無論使用純柴油或乙醇柴油混合燃料,供油提前角大于標準供油提前角后,不易正20.4°CA常使用。17.3°CA一13,4°CA燃用乙醇柴油混合燃料的柴油機供油提前角改對其它方面的影響有待進一步試驗研究。[參考文獻]1]李冠峰,胡知,等.柴油一乙醇混合燃料直接在柴油機上02468101214使用的試驗研究[].內燃機,2004,110(3):7-10輸出功率/k[2]賈元華,于喜順,等柴油混合X195柴油機燃料性圖4不同提前角條件下純柴油的耗油率對比能試驗研究與分析[].佳木斯大學學報,2001,19(3):275Fig 4 Comparison curve of the consumption at differentadvance angle of fuel using diesel fuel3]張潤鋒,賀泓,等.乙醇柴油混合燃料的制備工藝和廢氣發(fā)動機使用EDF2混合燃料時,供油提前角6的排放特性[1環(huán)境科學2002(4):1-6中國煤化工醇混合燃料配制試驗研究7.3℃CA時相對標準提前角的燃料消耗率降低、經濟性CNMH(3):297-299提高進一步減小提前角至13.4℃CA時,燃料消耗率又[5]張兄浥,與1東忉莛泙,乙脬混合燃料的試驗研究[冂].河南化工,2004,(11):18-20明顯增加(見圖5)。且燃料消耗率的變化在中負荷到全[6呂興才李德鋼,等,柴油機燃用乙醇柴油燃料的燃燒與排負荷區(qū)間(6~11.03kW)較大。如在此負荷范圍,供油放特性[J].汽車工程,2004,26(2):131-135提前角17數據對于20.4CA時的燃料消耗率平均王建昕,閆小光,等.乙醇柴油混合燃料的燃燒與排放特性降低1.8%;而13.4°CA相對于20.4"CA時的燃料消LJ].內燃機學報,2002,20(3):225-2第12期李冠峰等:柴油杋供油提前角對乙醇/柴油混合燃料經濟性的影響38]許鋒杜寶國,等.在柴油機上燃用乙醇柴油的試驗硏究匚1Ⅰ吉文英,史權,等.乙醇柴油的物化特性硏究匚.煉油技LJ].車用發(fā)動機,2003,144(2):24-2術與工程,2005,35(5):39-42⑨陳虎陳文淼,等.柴油機燃用乙醇一柴油含氧燃料時微「12』陳忠祥,葉盛焱,等.乙醇_柴油乳化燃料的實驗性硏究粒特性的分析內機學報,2005,23(4)LJ].武漢理工大學學報(信息與管理工程版),2005,27(4):10]章莉娟,陳軍,等.微乳化乙醇柴油燃料穩(wěn)定劑的研制J].精細石油化工,2004,(6):46-49Influence of fuel supply advance angle on fuel economyof diesel engine with ethanol-diesel blend fuelangang, Wangng, Wang(College of Mechanical and Electrical Engineering, Henan Agricultural University, Zhengshou 450002, China)Abstract: The methods for mixing ethanol with diesel oil into ethanol-diesel blend fuel were analyzed andcompared the ethanol-diesel blend fuel was made up with biological material as additive. The test on theinfluence of changing fuel supply advance angle on fuel economy was carried out on single cylinder diesel engineseparately using diesel fuel and ethanol-diesel blend fuel. The test result shows that the influence is more sensiblewhen the ethanol-diesel blend fuel is used, and it is beneficial for increasing the fuel economy to reduce suitablyfuel supply advance angleKey words: diesel engine; ethanol-diesel blend fuel; fuel supply advance angle; fuel economy中國煤化工CNMHG