乙醇混合燃料壓燃式發(fā)動(dòng)機的性能

2005年2月農業(yè)機械學(xué)報第36卷第2期乙醇混合燃料壓燃式發(fā)動(dòng)機的性能李德鋼呂興才張武高黃震【摘要】進(jìn)行了單缸柴油杋燃用乙醇、柴油混合燃料的試驗,試驗燃料為10%、15%乙醇混合燃料和柴油。試驗測試了不同負荷、不同速度下各種燃料的燃油消耗率、熱效率及排放等指標。結果顯示混合燃料與柴油相比,燃油消耗率有所提髙,HC排放略有增加;但其熱效率提高,煙度和CO、NO,排放有較大幅度降低關(guān)鍵詞:柴油機乙醇混合燃料性能中圖分類(lèi)號:TK46+4文獻標識碼:A引言發(fā)動(dòng)機的負荷特性以及速度特性根據國標GB3743-84《內燃機臺架測試方法》進(jìn)行測量。速度代用燃料的使用不但可以節約有限的石油資特性的測量點(diǎn)分別是1200r/min、1400r/min、源,而且可以有效地改善柴油機的排放。本文進(jìn)行單1600r/min、1760r/min、2000r/min、2200r/min。缸柴油機燃用乙醇、柴油混合燃料的試驗,并研究不測量負荷特性是在最大扭矩轉速1760r/mi和最同比例混合燃料對發(fā)動(dòng)杋動(dòng)力性能、經(jīng)濟性能及有大轉速2200r/min下進(jìn)行的。負荷分別為25%害物排放的影響。50%、75%、90%和100%1試驗設備和方法試驗中數據的采集根據國標GB3743-84有關(guān)準則取得,包括:功率、轉速、扭矩、燃油消耗率、煙試驗用ZS1100型單缸柴油機,其參數如表1度、排氣溫度、水溫、機油溫度以及NO2、HC、CO的所示。試驗設備有弈科水力測功機,弈科FCM油耗體積分數等。儀,FQD-102 Bosch煙度測試儀, AVL CEB系列氣體排放測試儀。試驗數據由弈科試驗控制和數據采2試驗結果與討論集系統獲得2.1燃油消耗率表1試驗用ZS1100型柴油機的主要參數圖1是燃用不同配比混合燃料時(shí)發(fā)動(dòng)機的燃油類(lèi)型單缸、4沖程、直噴消耗率,從圖中可以看出:無(wú)論是負荷特性還是速度額定功率(轉速)/kW(r·min-1)12.1(2200)特性,混合燃料的燃油消耗率在變化趨勢上與柴油最大扭矩(轉速)/N·m(r·min-1)58.9(1760)是很相似的直徑×沖程/mm×mm100×115最大扭矩(轉速1760r/min,75%負荷)時(shí),所排量/L有燃料達到最小燃油消耗率。但是在相同負荷下的壓縮比燃油消耗率隨混合燃料中乙醇含量的增加而增加,吸氣自然吸氣其中 EthIoN的最小燃油消耗率比柴油高4.1%左冷卻水冷強制潤滑右,而Ethl5D的柴油要高5.6%左右。在額定轉速(2200r/min)時(shí),所有燃料在90%油料以θ號柴油作為基準,分別配制質(zhì)量分數負荷處岀現最低燃油消耗率。同樣,相同負荷下的燃為10%、15%的乙醇混合燃料(以下簡(jiǎn)稱(chēng)混合燃油消耗率隨著(zhù)乙醇含量的增加而增加。 Ethnol最料),即 EthIoN、Ethl5D其中所用乙醇為99.7%的小燃油消耗率比柴油提高了1.8%左右,而EthI5D分析級乙醇H中國煤化工提高4.5%左右CNMHG收稿日期:2003-05-2國家自然科學(xué)資金資助項目(項目編號:5012216李德鋼上海交通大學(xué)機械與動(dòng)力工程學(xué)院博土生,20030上海市呂興才上海交通大學(xué)機械與動(dòng)力工程學(xué)院博士生張武高月序數學(xué)機械與動(dòng)力工程學(xué)院副教黃震上海交通大學(xué)機械與動(dòng)力工程學(xué)院教授博士生導師136農業(yè)機械學(xué)報2005年不同燃料的燃油消耗率與發(fā)動(dòng)機轉速的關(guān)系如發(fā)動(dòng)機熱效率與轉速之間的關(guān)系如圖2c所示。圖lc所示混合燃料和柴油的燃油消耗率的變化規發(fā)動(dòng)機轉速1200~2200r/min的所有燃料的熱效律十分相似。所有燃料燃油消耗率,轉速在1200率變動(dòng)并不大。所有燃料有效熱效率的變化趨勢是oor/min的變化都不大。在相同轉速下,燃油消類(lèi)似的,不過(guò)在相同轉速下,燃料的熱效率隨乙醇含耗率隨乙醇含量的增加而増加。所有燃料的最低燃量的增加而增加。油消耗率出現在最大扭矩轉速1760r/min附近,EthlωD的最小燃油消耗率比柴油提高了1%左右eEthlSD而Ethl5D的則比柴油提高2.8%左右。H Diese- EthIoNEthIsDIp/%不同燃料的熱效率曲線(xiàn))全負荷總體來(lái)說(shuō),相同負荷下燃料的熱效率隨乙醇含20014001600180020002200量的增加而增加;當轉速一定的時(shí)候,熱效率也隨燃料中乙醇含量的增加而增加。這是因為當乙醇加入柴油以后,混合燃料的能量利用率都得到了提高,混圖1不同燃料的燃油消耗率曲線(xiàn)合燃料的熱效率也就優(yōu)于柴油。燃料中添加乙醇后(a)1760r/min(b)2200r/min(c)全負荷能夠提高發(fā)動(dòng)機熱效率的原因是乙醇中含有較多的綜上所述,在相同條件下,燃油消耗率隨燃料中氧,氧元素在燃料燃燒過(guò)程中起了助燃作用,特別是乙醇含量的增加而増加?；旌先剂蠈е掳l(fā)動(dòng)杋燃油在噴霧核心以及周?chē)鷷A髙濃度燃料區域,燃料本身消耗率上升的原因在于燃料添加乙醇后,由于乙醇含的氧使空燃比提高,燃燒過(guò)程中的氧更加充足,另的熱值低造成混合燃料的熱值要比柴油低。所以要外乙醇的存在使混合燃料的霧化水平提高,燃料與達到相同的功率,混合燃料的燃油消耗率要比柴油空氣更好的混合,這些都使燃料可以比較充分的燃略有提高燒。所以乙醇混合燃料的熱效率比柴油有所提高2.2熱效率2.3煙度發(fā)動(dòng)機熱效率與負荷之間的關(guān)系如圖2a、b所所有燃料在負荷特性和速度特性下的煙度排放示。所有燃料的熱效率的變化趨勢都是一致的,負荷測試結果如圖3所示。從圖中可以看到,乙醇混合燃特性都是一開(kāi)始燃料熱效率隨發(fā)動(dòng)機的負荷增加而料的煙度比柴油總體上要有下降?；旧想S乙醇含增加,當到達最大值后,隨負荷增加熱效率略有下量的增高,煙度的減少也越大降。燃料在相同負荷下的熱效率是隨燃料中乙醇含疸涅合榭N低煙度排放的原因是:乙中國煤化工量的增加而增加的。發(fā)動(dòng)機在最大扭矩時(shí),各種燃料醇CNMHG34.8%,在燃燒過(guò)程中達到最大熱效率。其中Eth1oD的最大熱效率比柴可以飲↓多以氧,兇屺低了燃料濃混合區缺氧油高1.4%左右,Ethl5D的比柴油高2%左右。在發(fā)的程度,也就在一定程度上抑制了碳煙的生成;另外動(dòng)機額定轉速時(shí),各種燃料在9%負荷時(shí)達到最大乙醇的沸點(diǎn)比較低,這樣乙醇在氣缸內比柴油更容熱效率。數捃的最大熱效率比柴油高2.2%左易蒸發(fā)霧化,更有利于燃料與空氣的混合,降低了缸右,而Eth15D比柴油高1.5%左右。內空燃比的不均勻性,從而降低了碳煙的排放。第2期李德鋼等:乙醇混合燃料壓燃式發(fā)動(dòng)機的性能1372 200r/miDiesel日Eth15DDiesel 2200 r/minbEthethod2 200 r/min圖3不同燃料的煙度曲線(xiàn)(a)1 760 r/min (b)2 200 r/min圖4不同燃料的有害物排放曲線(xiàn)2.4有害物排放(a)HC排放(b)CO排放(c)NO排放各種燃料在不同負荷下的HC、CO、NO,的排放由圖4給出。圖中可以看出HC排放柴油最低,混所下降?；旌先剂螻O排放比柴油低的原因可能是合燃料都比柴油高。CO排放中,中低負荷時(shí)柴油最由于混合燃料的十六烷值低,著(zhù)火延遲增加,從而使低大負荷時(shí)混合燃料的(O排放比柴油有所降低。滯燃期內噴入氣缸的燃油量增加,預混燃燒增多,至于NO排放,柴油總體上最高,混合燃料中NO,NO排放有增加的趨勢,但同時(shí)由于乙醇的汽化潛排放略有減少熱比柴油高,使缸內最高燃燒溫度下降,因此總體上混合燃料HC排放有所升高的原因,可能是由還是有利于NO排放的降低,所以乙醇混合燃料的于混合燃料中乙醇的霧化比較好,因此噴霧中的稀NO排放比柴油降低。薄的區域比純柴油多,火焰無(wú)法傳播到活塞頂岸與3結束語(yǔ)氣缸壁之間的間隙以及氣缸壁對火焰的淬熄作用使得間隙中以及壁面附近混合氣中的部分燃料分子根據試驗比較與分析可以看岀,除了混合燃料不能完全燃燒,因此HC排放有所升高。至于CO的燃油消耗率有所提高、HC排放增加以外,發(fā)動(dòng)機排放,在中低負荷時(shí)混合燃料燃燒期間稀薄的混合的熱效率反而有所提高,煙度較大幅度下降,CO、氣在著(zhù)火過(guò)程中出現局部火焰窒息,發(fā)生不完全氧NO排放也有所改善。因此,混合燃料適合壓燃式化反應生成大量CO;而在大負荷時(shí)由于混合燃料發(fā)動(dòng)機,而發(fā)動(dòng)機本身不需要作任何的改動(dòng)。的燃燒比較充分,所以混合燃料CO排放比柴油有參考文獻杜德興.混合甲醇和乙醇改善柴油機碳煙排放.環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2001,21(6):759~7622王賀武.直噴式柴油機燃用二甲醚排放特性的研究.內燃機學(xué)報,2000,18(1):6~103 P Satge de Caro, Mouloungui Z. Interest of combining an additive with diesel-ethanol blends for use in diesel engineF4 Ajay E A, Bachchan Singh, Bhattacharya T K. Performance of a stationary diesel engine using vapourized ethanol assupplementary fuel. Biomass and Bioernergy,1998,15(6):493~5025 Jeewon Lee. Biological conversion of lignocellulosic biomass中國煤化工 holo,199,56:1-246 Hsieh W D, Chen R H. Engine performance and pollutantHC N MH Gg ethanol-gasoline blendedfuels. Atmospheric Environment, 2002, 36: 403-410