添加乙醇對(duì)柴油-生物柴油混合燃料性能的影響劉家利陳昊劉金霞(長(zhǎng)安大學(xué))【摘要】在一臺(tái)小型直噴式柴油機(jī)上進(jìn)行柴油-生物柴油(柴油70%,生物柴油30%)與柴油-生物柴油一乙醇(柴油70%,生物柴油20%,乙醇10%)兩種混合燃料的燃燒油耗和排放性能對(duì)比試驗(yàn)。分析了乙醇的加入對(duì)柴油一生物柴油混合燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒壓力滯燃期、放熱規(guī)律、比油耗等的影響?！局黝}詞】直噴式柴油機(jī)生物柴油乙醇0引言1試驗(yàn)儀器與燃料節(jié)能和環(huán)保是當(dāng)今車用發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的兩大主1.1試驗(yàn)儀器題隨著對(duì)石油資源有限性的認(rèn)識(shí),人們意識(shí)到應(yīng)試驗(yàn)所用發(fā)動(dòng)機(jī)為ZH105W型單缸直噴柴減少對(duì)其作為主要能源的依賴,在全球范圍內(nèi)加油機(jī),其氣缸直徑為105mm,活塞行程為115m,壓快了對(duì)可再生能源的研究?？s比為16.5,排量為0.996L標(biāo)定功率為103kW,生物柴油是由植物油或動(dòng)物脂肪通過酯化反噴油提前角為上止點(diǎn)前22°。最大扭矩對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速應(yīng)制成的脂肪酸甲酯燃料,理化特性接近柴油,是為1500r/min。典型的可再生能源。其十六烷值和閃點(diǎn)較高,抗試驗(yàn)采用日本小野公司生產(chǎn)的CB566燃燒分爆性能優(yōu)于常規(guī)柴油;硫含量低,SO2和硫化物的析儀、電荷放大器壓力傳感器、光電傳感器、曲軸排放低;不含對(duì)環(huán)境造成污染的芳香族烷烴;含氧轉(zhuǎn)角發(fā)生器等組成的一套動(dòng)態(tài)測(cè)試分析儀測(cè)錄發(fā)量高于礦物柴油,可達(dá)10%,燃燒所需的氧氣量較動(dòng)機(jī)的示功圖。廢氣排放的測(cè)量采用AVL公司生常規(guī)柴油少;此外,生物柴油還具有生命周期內(nèi)產(chǎn)的 AVL Digas4000發(fā)動(dòng)機(jī)排氣分析儀。煙度測(cè)CO2釋放較少的顯著特點(diǎn)。生物柴油既是比較理量采用 AVL Dismoke4000部分流不透光煙度計(jì),想的代用燃料,也可作為混合燃料添加劑,受到人選光吸收系數(shù)K(m-1)來表示煙度值。使用日本們的廣泛關(guān)注。小野生產(chǎn)的TP244流量傳感器和DF313數(shù)字流研究發(fā)現(xiàn),室溫下柴油、生物柴油和乙醇可以量計(jì)測(cè)量30s油耗進(jìn)而計(jì)算出比油耗。很好地互溶,而且長(zhǎng)期放置不分層。將乙醇加入12試驗(yàn)燃料柴油-生物柴油混合燃料中,通過柴油-生物柴試驗(yàn)用燃料為柴油-生物柴油混合燃料油與柴油-生物柴油-乙醇兩種混合燃料的燃燒(70%柴油、30%生物柴油,以下用B30表示),柴和排放性能對(duì)比試驗(yàn),研究乙醇的加入對(duì)柴油油一生物柴油-乙醇(70%柴油、20%生物柴油、生物柴油燃燒特性、經(jīng)濟(jì)性與排放特性的影響,為10%乙醇,以下用B20+ElI0表示)。試驗(yàn)用基礎(chǔ)柴油機(jī)代用燃料的發(fā)展提供理論和試驗(yàn)依據(jù)。燃料為0號(hào)商品柴油、大豆油制成的生物柴油和中國(guó)煤化工收稿日期:2007-11-13CNMHG上海汽車2008.2乙醇。通過理化試驗(yàn)得到3種基礎(chǔ)燃料及B30和B20+E10兩種混合燃料主要指標(biāo),如表1所示。表1燃料主要理化特性燃料生物柴油(豆油》乙醇B0B0+EU密度(20℃)(g:cm23)0808.2890850:36曲軸轉(zhuǎn)角(CA)十六烷值圖1燃燒壓力對(duì)比質(zhì)量熱值(·k|42.68382724.440420℃運(yùn)動(dòng)粘度(mm2·s-1)39641.247氣化潛熱251.2854235.204297.318(k/kg)含量1034.783.12040505101520曲軸轉(zhuǎn)角(℃A)2試驗(yàn)結(jié)果與分析圖2壓力升高率對(duì)比選擇轉(zhuǎn)速(以下用n表示)為1500r/min,平圖3為n=1500r/min、Pme=0.531MPa時(shí)均有效壓力(以下用Pme表示)為0.531MPa的工B30與B20+E10的放熱率對(duì)比。從圖中可以看況點(diǎn)對(duì)比B30和B20+E10燃燒特性通過對(duì)示功出,B20+E0的峰值放熱率增大了18%,對(duì)應(yīng)圖的分析,計(jì)算燃燒放熱率、壓力升高率確定出的曲軸轉(zhuǎn)角推遲了1℃A。以放熱率連續(xù)3個(gè)點(diǎn)最高燃燒壓力及其所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角、滯燃期等為負(fù)值作為燃燒終點(diǎn),B20+E10在上止點(diǎn)后表征發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程的各參數(shù),進(jìn)而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的35℃A燃燒結(jié)束,B30則是在上止點(diǎn)后4℃A。燃燒特征進(jìn)行分析。B20+E10燃燒持續(xù)期較B30縮短7℃A,這是因2.1燃燒特性對(duì)比為乙醇的低沸點(diǎn)和粘度可降低燃料的表面張力,圖12分別為n=100ymin、Pm=0.531MPa使含有乙醇量的混合燃料B20+E10更容易霧化時(shí)B30與B20+E0的燃燒壓力和壓力升高率對(duì)和蒸發(fā),提高了混合氣形成質(zhì)量,乙醇的高含氧量比。從圖1、2可以看出:與B30相比,B20+E10使得燃燒速率加快,燃燒持續(xù)時(shí)間縮短;B20+Σ0的滯燃期延長(zhǎng),最大壓力和最大壓力升高率均出的放熱率曲線位置后移的原因與前面所述的燃燒現(xiàn)位置后移最大壓力略有降低而最大壓力升高壓力和壓力升高率曲線位置后移相同,都是由滯率升高。B20+E10的最大燃燒壓力比B30降低了0.4%,而最大壓力升高率增加了9.1%,對(duì)應(yīng)0.25的曲軸轉(zhuǎn)角均推遲了1℃A。B20+E10的燃燒曲線后移主要是因?yàn)橐掖嫉臍饣瘽摕岽?、十六烷?0.5低,添加乙醇使得混合燃料的滯燃期延長(zhǎng)。最大燃燒壓力略有降低是因?yàn)橐掖嫉娜剂系蜔嶂递^低,導(dǎo)致燃燒熱量較低,而最大壓力升高率升高主-20-10010要是因?yàn)橐掖嫉难鹾枯^生物柴油有較大的提中國(guó)煤化工高,使得燃燒速率加快。CNMHG比上海汽車2008.2燃期的延長(zhǎng)引起的。圖6~9為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1500r/min時(shí)燃用2.2經(jīng)濟(jì)性對(duì)比B30和B20+E0各種排放污染物對(duì)比。圖4為轉(zhuǎn)速1500r/min時(shí)燃用B30和B20+E10比油耗對(duì)比。由圖4可見:燃用B20+E10比0.16油耗高于B30。在7個(gè)負(fù)荷點(diǎn)處B20+E10比油耗平均比B30增加了3.1%。這是因?yàn)橐掖嫉牡蜔嶂当炔裼秃蜕锊裼投嫉?相同體積的柴油生物柴油-乙醇混合燃料釋放的能量較柴油-生物柴油明顯降低,因此必須加大循環(huán)噴油量才能00.204060.8保證發(fā)出同樣功率。在大負(fù)荷點(diǎn)時(shí)B20+E10與B30比油耗差距有所縮小,這是在中高負(fù)荷時(shí),圖6CO排放對(duì)比缸內(nèi)溫度較高,乙醇較高含量的氧元素發(fā)揮作用,由圖6可見,隨著乙醇的加入,B20+E10的燃料燃燒比較充分的結(jié)果。CO排放量平均減少了32.4%,并且在大負(fù)荷時(shí)CO排放大幅減少,而在中小負(fù)荷時(shí)CO的減少量較小。其原因是乙醇的高含氧量有利于燃料的燃◆B30多蘭燒,大負(fù)荷時(shí)氣缸溫度較高,有助于燃料的霧化和燃燒,而中小負(fù)荷時(shí)氣缸內(nèi)混合氣過稀燃料霧化較差,乙醇?xì)饣瘽摕狍{,缸內(nèi)燃燒溫度低,不利于CO的繼續(xù)氧化,從而減弱了乙醇對(duì)燃燒的促進(jìn)作平均有效壓力(MPa)用?？梢夿20+E10混合燃料的CO排放主要是由缸內(nèi)溫度與氧含量共同作用的結(jié)果,且乙醇的圖4比油耗對(duì)比高氧含量對(duì)CO排放的抑制起主導(dǎo)作用。圖5為轉(zhuǎn)速1500r/min時(shí)燃用B30和B20+10E10比能耗對(duì)比。在中小負(fù)荷區(qū),燃用B20+E10一B20+E10的比能耗比B30略高,而在高負(fù)荷區(qū),B20+E10的比能耗略低,7個(gè)負(fù)荷點(diǎn)B20+E10的平均比能耗B30基本相等,只高出了0.5%。這也是因?yàn)橐?204060.8醇的低熱值較低,雖然B20+E10的比油耗較高,P。(MPa)但比能耗相對(duì)來說并沒有升高。圖7HC排放對(duì)比B30圖7為HC排放的對(duì)比。隨著負(fù)荷的增加兩種B20+燃料的HC排量都緩慢降低?？梢钥闯鲭S著乙醇的加入,B20+E10的HC排放量平均增加了6.1%,但在大負(fù)荷下,HC排放緩慢降低。這是由于乙醇的著火性能較差,主要靠柴油引燃,尤其在中小負(fù)荷Pe(MPa)下,乙醇的氣化潛熱大缸內(nèi)溫度低使得燃燒惡化圖5比能耗對(duì)比HC排放增加角薇下缸內(nèi)沮度校高HC排放略有減中國(guó)煤化工然料的CO排放2.3排放特性對(duì)比主要月CNMHG的結(jié)果,且缸內(nèi)上海汽車2008.2溫度對(duì)CO排放的促進(jìn)起主導(dǎo)作用。(1)與B30相比,B20+E10的滯燃期延長(zhǎng)氣缸最大壓力升髙率以及峰值放熱率均增加且峰值位置后移,但燃燒持續(xù)期縮短?？梢娨掖嫉募覤20+E10降低了混合燃料的著火性,但促進(jìn)了燃燒。(2)B20+E10的比油耗增加,但比能耗變化不大。由此表明雖然乙醇的加入增加了混合燃料的油耗量,但從能量角度來講能量消耗率并沒有0.20406增加。(3)乙醇的加入使混合燃料的排放因子水平圖8NOx排放對(duì)比的改變主要受缸內(nèi)溫度與氧含量共同作用,與B30相比,B20+E10由于乙醇的加入使得CO和煙度0x的排放對(duì)比如圖8所示。隨著負(fù)荷的增排放均有所降低,而HC和NOx排放略有增加。加兩種燃料NOx排量都明顯增加,B20+E10的NOx排量要比B30高出15.6%?？梢钥闯鲭m然乙參考文獻(xiàn)醇的加入降低了混合氣溫度,但乙醇的高含氧量使得燃燒在富氧條件下進(jìn)行,增大了NOx的排放。陳吳,張春化,邊耀璋,宋建桐直噴式柴油機(jī)燃用生物柴油的性能與排放[]長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào),202司利增,邊耀璋,張春化直噴式柴油機(jī)燃用脂肪酸甲酯的bBo一B20+E10排放特性[].安全與環(huán)境學(xué)報(bào),2006李跟寶,周龍保蔣德明生物柴油對(duì)直噴式柴油機(jī)燃燒和排放的彩響[]柴油機(jī),2004李玉芹,曾虹燕生物柴油特性及作為混合燃料添加劑的研究[門]寧波化工,2005P.(MPa)5 Hodgson J W, Nick D K, Whalen M V. Improving the coldperformance of alcohol fueled engines using a rich combustor de圖9煙度對(duì)比SAE9813596 Abu Qudais M, Haddad Q, Qudaisat M. The effect of aleo由圖9兩種燃料的煙度對(duì)比可以看出,燃用fumigation on diesel engine performance and emissions[ J].Ener-B20+E10的碳煙排放與B30相比降低了524%。6 Conversion and Management,199主要原因是:乙醇的高含氧量可在燃燒過程中提7何邦全,王建昕閻小光柴油機(jī)含氧燃料的研究進(jìn)展[刀].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2003供更多的氧,因此降低了燃料濃混合區(qū)缺氧的程度,也就在一定程度上抑制了碳煙的生成;另外乙Abstract醇的沸點(diǎn)比較低,使得乙醇在氣缸內(nèi)比柴油更容易蒸發(fā)霧化,更有利于燃料與空氣的混合,降低了缸內(nèi)空燃比的不均勻性,從而降低了碳煙的排放emission perfocomparison betweethe diesel -biodieselfuel( diesel 70%3結(jié)語biodiesel 30%)and ethanol diesel-biodieselblend fuel diesel 70%, biodiesel 20%, ethanol本文通過柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃用B30和B20+E1010%) are done on a single cylinder diesel engine兩種混合燃料的燃燒特性、經(jīng)濟(jì)性和排放特性對(duì) The influence of the accession of ethanol to the比試驗(yàn),分析了添加乙醇對(duì)柴油-生物柴油混合中國(guó)煤化工nod,heat燃料性能的影響。mHCNMHGalyzed12上海汽車2008.2