乙醇-柴油在線(xiàn)混合燃料的燃燒排放特性

ISSN1000-0054清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2003年第43卷第11期22/36J Tsinghua Univ(Sci &. Tech), 2003, Vol, 43, No111523-1525,1541乙醇-柴油在線(xiàn)混合燃料的燃燒排放特性何邦全,王建昕,閆小光,陳虎,田辛(清華大學(xué)汽車(chē)工程系,汽車(chē)安全與節能?chē)抑攸c(diǎn)實(shí)驗室,北京100084)摘要:為了改善柴油機在不同工況時(shí)的排放,建立了超聲,醇是極性分子,易與水互溶,卻難以與柴油互波乙醇柴油在線(xiàn)混合裝置,以實(shí)現適時(shí)混合不同比例的乙溶,而且乙醇-柴油混合燃料的穩定性受柴油中碳氫醇柴油燃料。在一臺柴油機上試驗研究了這種在線(xiàn)混合燃化合物的構成、含水質(zhì)量分數、相對密度、溫度和添料的燃燒與排放特性,結果表明:隨著(zhù)混合燃料中乙醇體積加劑量的影響。此外,乙醇的十六烷值低,隨著(zhù)乙醇分數的增加碳煙排放明顯降低,其最大降帽達74%,而且柴油混合燃料中乙醇體積分數的增加混合燃料的燃燒持續期縮短;但在中、高負荷工況NO2排放明顯增多十六烷值線(xiàn)性下降,這些都是應用乙醇-柴油混合此尚需采取措施降低乙醇-柴油混合燃料燃燒時(shí)的NO排放。在一臺可視化發(fā)動(dòng)機上的研究結果表明:隨著(zhù)乙醇體燃料時(shí)所必須解決的問(wèn)題。乙醇-柴油混合燃料在柴積分數的增加燃燒持續期也縮短而且火焰亮度降低,碳煙油機上的應用方式很多,如機外預混合乙醇柴油混形成得到了抑制合燃料2-4、著(zhù)火改進(jìn)劑等,其中機外預混合的乙關(guān)鍵詞:汽車(chē)工程;柴油機;乙醇;超聲波;在線(xiàn)混合醇-柴油燃料是目前應用和研究最多的,但這種乙醇-柴油混合燃料的摻混比例固定,不能滿(mǎn)足柴油機中圖分類(lèi)號:U46;TK421文獻標識碼文章編號:1000-0054(2003)11-1523-03各種工況的不同要求。為此,作者認為研究使用乙醇-柴油在線(xiàn)混合燃料的可行性是很有意義的Combustion and emission characteristics1試驗裝置和試驗方法of engines using ethanol-diesel試驗用發(fā)動(dòng)機是一臺295TA型直噴式柴油機fuels blended on line其壓縮比為17,最大轉矩為99N·m,轉速為WANG Jianxin, YAN Xiaoguang1540rmin-l。試驗時(shí)發(fā)動(dòng)機用純柴油起動(dòng)。HE BHEN Hu. TiAN Xi乙醇、柴油的在線(xiàn)混合借助于超聲波發(fā)生器來(lái)(State Key Laboratory of Automotive Safety and Energy完成。超聲波發(fā)生器的功率為100W,頻率為Department of Automotive Engineering40kHz。試驗所用3種燃料的體積分數示于表1。singhua University, Beijing 100084, China)表1試驗用燃料的體積Abstract: To investigate whether engineons are reduced forriable operating conditions, an ultrasonic mixer was used to blend100×g燃料various ethanol and diesel fuels in real-time as they flow to the柴油ngine, The fuel blends were tested on a two-cylinder diesel enginehow that an increasing ethanol content in the blended0fuels significantly reduces smoke at medium and full loads, The30however, NO, emissions sharply increased at medium aneloads. Therefore, measuresures are needed to reduce the non ethanol blended diesel fuels中國煤化工Observations in an engine with a quartz window in piston crowYHCNMHGshow that increasing theontent in the blended fuels基金項目:國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項目(50136040);luce the combustion duration. The flame luminosity also國家“八六三”高技術(shù)項目(2001AA64304003decreases, which means that soot formation is suppressed in the國家教育振興計劃資助項目(JC2002040)combustion flame作者簡(jiǎn)介:何邦全(1964-),男(漢),安徽,博士Key words:萬(wàn)數據 engineering; diesel engine; ethanol;通訊聯(lián)系人:王建昕,教授,E-mail:wangJi@tsinghua,edu.cnultrasonic wave; real-time blending1524清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2003,43(11)用AVL公司的CEB-Ⅱ型排氣分析儀測量排圖3給出了使用乙醇-柴油在線(xiàn)混合燃料時(shí)的氣成份,其中NO○排放用化學(xué)發(fā)光法(LD)分析,NO排放?？梢?jiàn),隨著(zhù)負荷的增加,燃用EO、E10和并用FBY-200型全自動(dòng)煙度計測量煙度。E30這3種燃料時(shí)柴油機的NO排放均在中、高負為研究乙醇-柴油混合燃料的燃燒特性,在一臺荷工況區達到最大值,而且在中、高負荷工況區隨著(zhù)單缸可視化直噴式柴油機上研究了火焰的發(fā)展過(guò)乙醇體積分數的增加,NO排放增多。這是因為隨程。試驗時(shí)發(fā)動(dòng)機未加負荷,轉速為1000r·min著(zhù)乙醇體積分數和負荷的增加,循環(huán)供油量增加,著(zhù)試驗所用的高速αCD照相機是 Fastcam Super火滯燃期增加,預混合燃燒份額增加,而且乙醇是含10K型的,其最大拍攝頻率為10000幅·s-?？紤]氧燃料,會(huì )使混合氣在富氧環(huán)境下燃燒,從而提高了到所拍攝的圖片應有足夠的像素來(lái)分析燃燒過(guò)程,可燃混合氣的燃燒速度和燃燒火焰溫度,致使NO試驗時(shí)選用5000幅·s-的拍攝頻率。為了便于比排放增大;到全負荷時(shí),由于混合氣偏濃,NO排洨,在拍攝過(guò)程中無(wú)外加光源,光圈固定不動(dòng)放有所降低。在中、小負荷工況區則相反,NO排放超聲波在線(xiàn)混合原理隨著(zhù)乙醇體積分數的增加而減少,則是因高汽化潛圖1給出了超聲波在線(xiàn)混合裝置原理圖。柴油熱的乙醇吸熱,降低了可燃混合氣的燃燒溫度所致與乙醇分別放在不同的油箱內,三通閥可以調節柴轉速為1540rmin油與乙醇在混合燃料中的體積分數。乙醇、柴油進(jìn)入超聲波器后,在高頻超聲波的作用下產(chǎn)生“空化”現象,迅速均勻混合,然后供給柴油機。用在線(xiàn)混合裝置混合的E30燃料在3d內不分層,完全可以滿(mǎn)足柴油機穩定工作時(shí)的供油要求。P/kw圖2乙醇-柴油在線(xiàn)混合燃料的碳煙排放三通計超聲波至柴油機混合器轉速為1540rmin圖1超聲波在線(xiàn)混合裝置12由于超聲波的作用,在混合燃料中產(chǎn)生了大量P/kw的熱量。為了保證混合燃料的比例和溫度恒定,在混圖3乙醇-柴油在線(xiàn)混合燃料的NO,排放合裝置中設有冷卻系統使用乙醇-柴油在線(xiàn)混合燃料降低碳煙排放的3使用在線(xiàn)混合燃料時(shí)的排放效果與使用機外預混合燃料時(shí)的效果相當;而且前圖2給出了乙醇-柴油在線(xiàn)混合燃料對碳煙排者的NO排放隨負荷變化的趨勢也與后者一致2。放的影響。由圖可見(jiàn),隨著(zhù)乙醇體積分數的增加柴燃用乙醇柴油混合燃料時(shí)柴油機會(huì )排出乙醛和未油機的煙度降低。其中在中、大負荷工況區,碳煙排燃乙醇,可參閱文[2]。放降低很明顯。如功率P=14.3kW時(shí),燃用E0、4中國煤化工發(fā)動(dòng)機經(jīng)濟性E10和E3θ這3種燃料時(shí)的波許煙度分別是1.9CNMHG昆合燃料對柴油機比能1.1和0.5:與E相比,E10和E30的煙度分別降量消耗舉影啊。從比能量消耗率曲線(xiàn)看,使用低了42%和74%。產(chǎn)生上述現象的原因是:乙醇的E10的乙醇-柴油混合燃料在大部分工況能改善柴汽化潛熱比柴油大③,使得滯燃期增加,預混燃燒份油機的熱效率,使用E30燃料時(shí)E與使用EO時(shí)相額增加;另方轟糖乙醇是含氧燃料,使得燃燒室內當。這說(shuō)明使用在線(xiàn)混合燃料時(shí)柴油機的熱效率不局部區域燃油缺氧裂解生成碳粒的機會(huì )減少。會(huì )降低中國煤化工CNMHG張鵬,等:基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的挑流沖刷預報15412]《泄水建筑物消能防沖論文集》編審組.泄水建筑物消能防沖論文集[C].北京:水利出版社,1980Compiler Team. Symposium of Energy Dissipation and ScourPrevention [C]. Beijing: Hydraulic Power Press. 1980.(in3]長(cháng)江水利水電科學(xué)研究院等.泄水建筑物下游的消能防沖問(wèn)題[C].1980Changjiang river Science Research Institute, et al. EnergyDissipation and Scour Prevention Downstream of Dams [C]1980. (in Chinese[4 Goh A T. Some civil engineering applications of neuralT,mnetworks [J]. Proc Instn Civ Engrs Structs Buildings1994,104(4):463469圖2沖坑預測結果的比較5]姜紹飛.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )用于建筑工程領(lǐng)域的數據處理方法「J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報,1999,32(5):24-28.本,重新對模型進(jìn)行訓練,新模型簡(jiǎn)稱(chēng)為 ModelⅢJIANG Shaofei. The method of data processing of artificial使用 ModelⅢ對三峽工程進(jìn)行了預測,并與其他方neural networks in civil eng法進(jìn)行了比較。結果證明新模型的預測結果與實(shí)驗Construction Univ, 1999, 32(5):24 28.(in Chinese6 Jenkins W M. Approximate analysis of structural grillages值基本一致(表3)using a neural network [J]. Proc Instn Civ Engrs Structs &表3三峽沖坑深度的預測結果比較Bldg,1997,122:355-363毛野L陳椿庭公式8]劉沛清公式[7 Moller M F. A scaled conjugate gradient algorithm for fastsupervised learning [J].注:已知三峽數據q=174m3/s,H=97.95m,B選Ⅱ結論8]毛野.一個(gè)估算挑流沖刷深度的模糊數學(xué)模型[J.高速水流利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型對沖坑結果進(jìn)行預報是可行MAO Ye. A fuzzy model for prediction of scour depth [J]的,其預報結果在一定范圍內優(yōu)于傳統的預報公式High Speed Stream, 1990, 1: 57-64.(in Chir由于缺乏大單寬流量、大落差的原型觀(guān)測資料,模型9]冬俊瑞.長(cháng)江三峽挑流基巖沖刷研究專(zhuān)題[R].北京:清華大學(xué),199的預測范圍較窄,利用常用公式的結果對模型進(jìn)行DONG Junrui. Study of Rocky Scour at Three Gorges [R.拓展,可在一定程度上擴大模型的預測范圍。Beijing: Tsinghua University, 1990. (in Chinese10]劉沛清.挑射水流對巖石河床的沖刷機理研究[].北京參考文獻( References)清華大學(xué),1994[1 Liriano S 1, Day R A. Prediction of scour depth at culvertLIU Peiqing. Study of Mechanism of Scour by Free Jets onJournal ofRocky River Beds [D. Beijing: Tsinghua University, 1994normai001,4:231-237(in Chinese(上接第1525頁(yè))[3 Ajay E A. Singh B, BIof some performance parameters of a constant speedstationary diesel engine using ethanol-diesel blends as fuel參考文獻( References)J]. Biomass and Bioenergy, 1999,17: 357-365[4 Ahmed L. Oxygenated diesel Emissions and performance[1 Satge C P, Moulounguia Z, Vaitilingomb G, et al. Interesof combining an additive with diesel-ethanol blends for use indiesel engines [J]. Fuel.2001. 80:565-574.-H9中國煤化工。10121750c1.20.1-6CNMHG. Review of cetane improver2]王建昕,閆小光,程勇,等.乙醇-柴油混合燃料的燃燒與排lternative fuel applications [A]. SAE Trans放特性[J].內燃機學(xué)報,2002,20(3):225-229962064[C].1996.227-2376」何學(xué)良,詹永厚,李疏松.內燃機燃料[M].北京:中國石WANG Jianxin, YAn Xiaoguang, CHENG Yongal化出版社,1999on combustionHE Xueliang, ZHAN Yonghou, LI Shusong, Fuels foethanol萬(wàn)方數崛 d fuel[J. Transactions of CSICE,2002Internal Combustion Engines [M]. Beijing: China0(3):225 229.(in ChinesePetrochemical Press, 1999. (in Chinese