柴油機燃用柴油/乙醇混合燃料的燃燒與排放特性

2007年5月農機化研究柴油機燃用柴油/乙醇混合燃料的燃燒與排放特性吳小江(江蘇大學(xué),江蘇鎮江212013)摘要:用醇類(lèi)燃料作為石油的替代燃料是我國解決能源問(wèn)題的一個(gè)重要途徑。為此,重點(diǎn)硏究了摻混10%和15%兩種不同比例乙醇的乙醇柴油混合燃料的主要理化特性,對燃用多種比例乙醇/柴油的柴油機燃燒與排放特性進(jìn)行了試驗研究。試驗結果表明:混合燃料燃油消耗率較高,對經(jīng)濟性影響不大,加入十六烷改進(jìn)劑后,C0和NO排放量進(jìn)一步降低,但總碳氫排放量進(jìn)一步升高。關(guān)鍵詞:能源與動(dòng)力工程;乙醇/柴油;試驗;柴油機;燃燒;排放中圖分類(lèi)號:TK428.9文獻標識碼:B文章編號:1003-188X(2007)05-0172-02燃料十六烷值直接影響著(zhù)柴油機的著(zhù)火性能0引言較高的十六烷值能夠改善發(fā)動(dòng)機的冷起動(dòng)性、降低進(jìn)入21世紀以來(lái),能源問(wèn)題一直困擾著(zhù)整個(gè)燃燒噪聲等?！岽嫉氖橹岛艿?因此柴油在加世界,因此尋找石油替代燃料越來(lái)越引起了廣泛的入乙醇后,混合燃料的十六烷值會(huì )隨著(zhù)♂醇摻混比重視。根據我國生物質(zhì)資源豐富的特點(diǎn)及乙醇的物例的增大而逐漸降低。理化學(xué)特性,用醇類(lèi)燃料作為石油的替代燃料將成1.3混合燃料的粘度和潤滑性我國能源規劃的重心。目前,各國對乙醇在汽油機柴油機的高壓噴射系統要求燃料具有良好的上的研究已有很多,也比較成熟;但是在柴油機上潤滑性,否則會(huì )加劇高壓油泵的偶件磨損,粘度在的研究并不多。定程度上反映了燃料的潤滑性。由于乙醇的粘度乙醇與柴油很難直接互溶。隨著(zhù)科技的不斷進(jìn)很低,僅為柴油的1/3左右,因此乙醇柴油混合燃步,各國相繼開(kāi)發(fā)出低成本添加劑,解決了柴油與料的粘度也有所降低,并且隨著(zhù)乙醇摻混比例的增乙醇的互溶性、潤滑性、腐蝕性等問(wèn)題,使乙醇柴加粘度也逐漸下降。油混合燃料的大量應用成為可能。為此,著(zhù)重研究1.4混合燃料的閃點(diǎn)了摻混10%(E10)和15%(E15)兩種不同比例乙醇閃點(diǎn)指燃料揮發(fā)的蒸汽與空氣形成混合物遇火的乙醇柴油混合燃料的主要理化特性以及燃燒混合源能夠閃燃的最低溫度,用于衡量燃油的揮發(fā)性及易燃料對發(fā)動(dòng)機動(dòng)力性、經(jīng)濟性和排放特性的影響燃程度,它影響燃料的運輸、存放和使用過(guò)程的安全1混合燃料的性質(zhì)性。乙醇的閃點(diǎn)相當低,柴油的閃點(diǎn)較高,在柴油中加入乙醇后,混合燃料的閃點(diǎn)立即降低,與乙醇閃點(diǎn)1.Ⅰ混合燃料的相溶特性相當接近,它給混合燃料提出了較嚴格的防火要求純乙醇在常溫下理論上能夠以一定比例與無(wú)1.5混合燃料的表面張力水柴油互溶;但由于乙醇極強的親水性,當乙醇柴燃料的表面張力影響到燃料的流動(dòng)性、噴射特油中水含量超過(guò)一定比例時(shí)混合液很容易分層,而性和霧化質(zhì)量。由于乙醇的表面張力比較小,因此且當溫度降低后乙醇與柴油的互溶性也會(huì )變差。在乙醇柴油混合燃料的表面張力隨乙醇摻混比例的増配制10%和15%乙醇柴油混合燃料時(shí),加入了2%的加而減小,有利于改善燃料的噴射霧化效果。助燃劑后,發(fā)現助溶效果明顯,并使混合燃料的分1.6混合燃料的密度層溫度下降了5~~13℃,因此采用助溶劑是解決乙密度是燃料最重要的參數之一,通?？商峁┐疾裼突ト軉?wèn)題的可行途徑些很有用的關(guān)于燃油組分、點(diǎn)火質(zhì)量、功率輸出、1.2混合燃料的十六烷值排放煙度等信息。燃油密度越大燃油里的碳原子數收稿日期:2060-21目越多,意味著(zhù)輸出功率越大,同時(shí)產(chǎn)生碳煙微粒作者簡(jiǎn)介:吳小江(1958-),女,江蘇海安人,高級工程師,(E-的可能性也增中國煤化工低,因此混合mail)justxlz@ujs.edu.cn燃料的密度隨HHCNMHG縐勢。1722007年5月農機化研究2發(fā)動(dòng)機性能試驗較大,著(zhù)火性差,且在中小負荷范圍內,發(fā)動(dòng)機氣缸溫度較低,空燃比較大,從而導致混合燃料的燃2.1對發(fā)動(dòng)機動(dòng)力性的影響燒差。所以,隨著(zhù)摻混比例的增加,燃料的能量消發(fā)動(dòng)杋燃用兩種不同摻混比例的乙醇柴油混合耗率逐漸惡化;但隨著(zhù)負荷的逐漸増加,缸內溫度燃料后,其扭矩都有不同程度的下降。隨著(zhù)摻混比的升髙,空燃比的下降,混合燃料的燃燒得到改善例的增大,扭矩下降愈明顯。E10和E15最大扭矩較原機下降了2.6%和5.0%(如圖1所示)。這主要是n=1700r/m一E0由于混合燃料的熱值低,E10和El5燃料的熱值分別為純柴油的96.4%和94.2%,在沒(méi)有提高循環(huán)供油量的情況下,發(fā)動(dòng)機的動(dòng)力必然有一定程度的下降。30040050430T/(N·m)負荷特性90●-E10圖2乙醇摻混比例對經(jīng)濟性的影響E152.3發(fā)動(dòng)機的排放特性1000150025003000燃用乙醇柴油時(shí)時(shí)各種負荷下的氣體排放物,如圖3所示。從圖3中可以看出柴油機在燃用乙醇圖1乙醇摻混比例對動(dòng)力性的影響柴油時(shí),在中低負荷C0排放增加,而在75%和100%2.2對發(fā)動(dòng)機經(jīng)濟性的影響負荷顯著(zhù)降低,特別是E10在100%負荷時(shí)降低了乙醇與柴油的熱值相差較大,直接采用燃油消48.9%,E15在100%負荷時(shí)降低了30%以上;NOκ在耗率來(lái)考察燃料的經(jīng)濟性是不合適的,為此引用能中低負荷降低,特別是50%負荷時(shí)最明顯,但在100%量消耗率Bsec進(jìn)行對比。燃用E10燃料的Bsec在負荷稍有增加;加入了十六烷改進(jìn)劑后,CO和NO整個(gè)負荷范圍內和原機相當;燃用E15燃料時(shí)Bsec排放在所有負荷下都有所下降;THC在各種負荷下在低負荷工況下較原機惡化,在中高負荷和原機相都升高了,尤其在10%負荷增加了近1倍。當〔如圖2所示)。這是由于乙醇混合燃料汽化潛熱日ADiesel口1200旦 Diesel12007E15-D口E0-D區E15-DZE 15-D600200負荷/%負荷/%負荷/%圖3燃用乙醇柴油時(shí)各種負荷下的氣體排放物3結論了十六烷改進(jìn)劑后,C0和NO進(jìn)一步降低,分別降低21%和7%,但總碳氫排放進(jìn)一步升高。1)乙醇加入到柴油中,混合燃料的表面張力、參考文獻粘度有一定降低;沸點(diǎn)與乙醇相近;十六烷值會(huì )有[1]何學(xué)良,詹永厚,李疏松.內燃機燃料[M].北京:中所損失;加入少量助溶劑可以得到穩定的混合燃料。國石化出版社,19992)乙醇的熱值只有柴油的2/3,因此乙醇柴油[2]周保龍.內燃機學(xué)[M].北京:機械工業(yè)出版社,1999的燃油消耗率升高,尤其在低負荷時(shí)。燃料的十六40-90烷值對燃油的經(jīng)濟性影響不大。[3]崔建偉中國煤化工用燃料的應用3)燃用E15時(shí)C0可降低5.8%,NO3降低4.2%,分析[J]THCNMHG02,12(3):100但總碳氫卻升高了40%以上;而在乙醇柴油中加入