柴油机供油提前角对乙醇/柴油混合燃料经济性的影响

第22卷第12期农业工程学报Vol 22 No 12902006年12月Transactions of the CSAeDec.2006柴油机供油提前角对乙醇/柴油混合燃料经济性的影响李冠峰,陈亮,李遂亮,王导南,李岱峰,王新威(河南农业大学机电工程学院,郑州450002)摘要:该文对比分析了乙醇、柴油混合组成乙醇柴油混合燃料旳方法,采用生物质作助溶剂配制了乙醇柴油混合燃料。在单缸柴油机上分别使用纯柴油和乙醇柴油混合燃料,进行了改变供油提前角对发动杋燃料经济性影响旳试验。结果表明使用乙醇柴油混合燃料时,供油提前角的改变对燃料经济性的影响比较敏感,且相对使用纯柴油,适当减小供油提前角对提高燃料经济性有利。关键词:柴油机;乙醇柴油混合燃料:供油提前角;燃料经济性中图分类号:TK464文献标识码:A文章编号:1002-6819(2006)12-0090-04李冠峰,陈亮,李遂亮,等.柴油机供油提前角对乙醇/柴油混合燃料经济性的影响匚].农业工程学报,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,为了方便直接使用,需要采取一些措施使两者成为宏观上均匀的混合燃料或乳化燃料。乙醇与汽油以一定比例的混合作为汽油机的燃料乙醇与柴油组成混合燃料的混合方法有很多,目前在技术上已经成熟,且在国内外的实际应用中已取得了主要采用以下几种良好的效果。而将乙醇和柴油混合作为柴油机的燃料随1)超声波法:即利用超声波混合器将乙醇和柴油着对柴油杋环保标准的提高和节约替代石油资源的霱进行处理,通过超声波的特性和空化作用改变乙醇、柴要,也越来越引起重视。中国是柴油消费大国,柴油机动油的物理和化学特性使之达到均匀混合的目的。这种方力在各种动力机械中占有相当大的比例如何减少柴油法不仅能制备均匀稳定的混合燃料,而且消耗能量少,的消耗和开发新的替代柴油的柴油机燃料也是能源战效果较好。但混合后需即刻使用,不能搁置时间太夂,过略中的重要问题之一,所以,在柴油机上实现掺烧乙醇久就会出现分层。将具有非常重要的意义,机械混合法:使用齿轮泵、高压动力泵、静态混国內外在乙醇柴油的应用研究目前主要集中在使合器等设备在一定温度条件下不加助溶剂将乙醇与柴用乙醇柴油的可行性:,乙醇柴油混合燃料的配油进行机械混合。机械混合法设备简单,但乙醇含量不制3-,柴油杋使用乙醇柴油混合燃料的燃烧与排放特高,一般不超过10%,且混合燃料的稳定性有限,制备性-,乙醇柴油添加剂的研究,以及乙醇柴油的混合燃料能耗多-3·。·1物理化学特性研究等方面,而对实际使用中发动机3)添加剂法:即在其中加入一定比例的助溶剂,制参数的改变对使用乙醇柴油混合燃料影响的研究则少成具有一定稳定期或能长期稳定存放的混合液或乳化见报道,本文旨在探讨使用乙醇柴油混合燃料柴油机主液。采用添加剂时,只需把添加剂与乙醇以及柴油混合要调整参数——供油时间改变对其燃料经济性的影响。在一起,经短时间搅拌即可,制备的混合液比较稳定乙醇一柴油混合燃料的配制添加剂法按使用添加剂的种类又有化学添加剂法3.5,6和生物质添加剂法1,4,9乙醇是烃基(一R)与羟基(-OH)组成的化合物,化学添加剂法处理方法简单,但化学添加剂的使用这从本质上确定了它可以替代传统的石油系燃料.包括可能会造成新种类的排气污染,带来新的环境问题。中汽油、柴油,成为内燃机的燃料。但由于乙醇是极性物国目前也研制了不少燃料添加剂在试用。此外,还加有质,具有亲水性,能与水以任意比例互溶,而柴油是一种助燃剂、加热剂、防腐剂等成分复杂、具有憎水性的物质,在常温下,无水乙醇(以忝机剂助姿注肌在乙醇和柴油混合中加入下简称乙醇)与柴油直接掺合时,会使乙醇上浮于混合某些中国煤化工油的混合特性,使之达液的上层形成分层现象不能互溶,影响其在发动机上到均CNMHG本试验采用生物质添加剂助溶法,选用的生物质助收稿日期:2006-02-13修订日期:2006-05-12基金项目:河南省教育厅基础研究项目(200510466006)溶材料较好地解决了乙醇和柴油的混合问题。所使用的作者简介:李冠峰(1958—),男,河南临颖人,教授,从事汽车拖拉机生物质助溶材料来源广泛,价格低廉,使用量少,混合方运用管珻动节能及代用燃料等方面的研究工作。郑州河法简便,便于使用南农业大学机电工程学院,450002。Email:li-guanfeng@163.com混合燃料配置选用的柴油为国标θ号轻柴油,乙醇第12期李冠峰等:柴油杋供油提前角对乙醇/柴油混合燃料经济性的影响91为化学纯级无水乙醇。在常温下将助溶材料、乙醇、柴油r/min,调整测功机负荷,使输岀功率值按2,4,6,7,8,按一定的比例和顺序直接加到容器内,进行摇动混合达kW(额定功率)点和最大输出功率测得耗油到均匀即可。试验配置的混合燃料为乙醇占12%(容量量。试验结果分别见图1~比),其余8%为柴油和生物质助溶材料。根据配比试试验表明:在标准供油提前角(20.4°CA)条件下验对比分析,按此配比混合效果较佳,可得到稳定、均匀使用EDF12与使用纯柴油的耗油率没有明显的变化的乙醇柴油混合燃料(这里称为EDF12),且在密闭容(见图1),发动机使用乙醇柴油混合燃料的动力性和经器内静置200d以上不出现分层状况济性不受影响。表明在柴油机上直接使用生物质助溶乙2试验方案醇柴油混合燃料是可行的。2.1试验仪器设备1)发动机郑州金牛集团股份有限公司生产的纯柴油“金牛牌”ZH110B型单缸蒸发式水冷直喷柴油机。出500EDF12厂日期:2002年10月;出厂编号:02984主要技术参数:额定功率/转速11.03kW/2200r/min;汽缸直径100mm;冲程115mm;排量0.903L;压缩比17;喷油器喷射压力18.6MPa;标准供油提前角20±2CA;配气相位:进气门开12A;关13CA;排02468101214气门开55CA;关12CA。输出功率/w2)测试设备测功机型号:D110B型水力测功机(江苏启东测功图1标准供油时间(20.4CA)时使用纯柴油设备厂)。测试仪器(FZW型发动机综合实验台);油耗与EDF12混合燃料耗油率对比仪(HZB500型)。ig. 1 Comparison of the consumption using diesel fuel2.2试验方案设定and EDF12(the advance angle of fuel is 20. 4CA)试验分别使用纯柴油(国标θ号轻柴油)和EDF12混合燃料进行对比。1)首先按照ZH1100B型柴油机使用说明书规定将各调整参数调整至标准值2)进行标准供油提前角的发动机试验(由于调整垫片厚度的制约,调整到20CA比较困难,实际供油提前角为20.4℃CA)。3)改变供油提前角试验:改变供油提前角的方案根据标准提前角20±2CA值考虑,初步确定每间隔024681012143CA设置一个点,即提前角分别设定为14CA、17CA、输出功率/k23A和26°CA4)油耗测量选取油耗测试仪定重档图2供油提前角17.3CA时纯柴油与EDF12混合燃料的耗油率对比3试验结果与分析Fig 2 Comparison of the consumption using diesel fucand EDF12(the advance angle of fuel is 17. 3CA)实际试验时,当增大提前角至23℃A后,发动机难于启动,勉强启动后工作出现明显异常,转速波动大,排当供油提前角减小至17.3CA时,发动机在中小气管严重冒黑烟,无法进行正常的试验,故放弃仅进行负荷(输出功率6~8kW)时使用EDF12的耗油率略高了减小提前角试验,受调整垫片的限制,实际调整的提于纯柴油,平均提高2.8%;而在中负荷到大负荷时则前角分别为17.3CA和13.4CA低于使用纯柴油(图2),平均降低5.8%,在额定负荷时改变供油提前角时首先关闭油箱开关,拆掉高压油降低7.6%。即总体显现出使用生物质助溶乙醇柴油混泵端的油管接头,旋下油泵紧固螺母,抽出喷油泵,增减合燃料上皱绌-分析其原因,发动机在小喷油泵垫片数或改变垫片的厚度,供油提前角如果过负荷I中国煤化工拿的汽化热比柴油高(柴大,应增加垫片厚度使提前角减小,反之供油提前角过油301CNMHG热力状况还不利于乙醇小时减少垫片;裝上喷油泵拧紧紧固螺母,安装好后重汽化,从而乙醇不能充分燃烧和释放能量。而到中负荷新核实供油提前角以后,发动机热力状况逐步得到改善,加强了乙醇的汽调整好一ˆ提前角后,分别进行燃用纯柴油和乙醇化和燃烧;同时由于乙醇燃烧的理论空燃比比柴油低柴油混合焫敗鵝荷特性试验。(柴油14.6,乙醇9.0),燃烧需要的空气量相对減少。而发动机负荷特性试验时,稳定发动杋转速2200在大负荷时,燃料的供应量增加,需要的空气量增多,此农业工程学报2006年时乙醇燃烧旳优势得以充分发挥,有助于混合燃料的充耗率平均提高δ.4%。即供油提前角的改变对燃料消耗分燃烧,故燃料消耗率降低。率的影响比较明显,适当减小供油提前角对提高发动机当供油提前角进一步减小至13.4℃CA时,使用的燃油经济性有利。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纯柴油(图3)。且使燃料的闪点和燃点均比纯柴油低,且乙醇的沸点也比用混合燃料时,最大功率下降,到额定负荷(11.03kW)柴油低(柴油180~330C,乙醇78.5C),所以混合燃料时燃料消耗率就明显上升,发动机转速不稳定,无法进的蒸发快,发动机的着火准备期缩短,故供油过早对燃步增加负荷。而在20.4°CA和17.3℃CA时的最大输料的燃烧和能量的转化不利出功率达11.8kW。0020.4°CA13.4°cA02468101214输出功率/w输出功率/kw图5使用EDF12混合燃料不同供油时间的耗油率对比图3供油提前角13.4°CA时使用纯柴油Fig 5 Comparison curve of the consumption at与EDF12混合燃料耗油率对比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结论就使用纯柴油和混合燃料分别对改变提前角的适1)在ZH1100B型柴油机上使用EDF12,改变供油应性来看,使用纯柴油时,在标准供油提前角和提前角会对其燃油经济性产生影响即燃用乙醇柴油混17.3℃A时燃料消耗率差别不大,当供油提前角减小到合燃料的柴油机对供油提前角的变化比较敏感。但改善13.4℃A时,燃料消耗率有增加的趋势,但总的增加量效果并不随供油提前角变化明显递增或递减,而是存在不明显。如在中负荷到全负荷区间(6~11.03kW),燃个最佳值料消耗率平均增加1.8%(图4)。这表明该型号柴油机2)在柴油机上直接使用生物质助溶乙醇柴油混合使用纯柴油时,在一定范围内改变供油提前角,对燃油燃料时适当减小发动机的供油提前角对提高燃油经济经济性的影响不敏感,即该发动机可在较大供油提前角性有利。范围内正常使用。3)对该发动机而言,无论使用纯柴油或乙醇柴油混合燃料,供油提前角大于标准供油提前角后,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机供油提前角改对其它方面的影响有待进一步试验研究。[参考文献]1]李冠峰,胡知,等.柴油一乙醇混合燃料直接在柴油机上02468101214使用的试验研究[].内燃机,2004,110(3):7-10输出功率/k[2]贾元华,于喜顺,等柴油混合X195柴油机燃料性图4不同提前角条件下纯柴油的耗油率对比能试验研究与分析[].佳木斯大学学报,2001,19(3):275Fig 4 Comparison curve of the consumption at differentadvance angle of fuel using diesel fuel3]张润锋,贺泓,等.乙醇柴油混合燃料的制备工艺和废气发动机使用EDF2混合燃料时,供油提前角6的排放特性[1环境科学2002(4):1-6中国煤化工醇混合燃料配制试验研究7.3℃CA时相对标准提前角的燃料消耗率降低、经济性CNMH(3):297-299提高进一步减小提前角至13.4℃CA时,燃料消耗率又[5]张兄浥,与1东忉莛泙,乙脬混合燃料的试验研究[冂].河南化工,2004,(11):18-20明显增加(见图5)。且燃料消耗率的变化在中负荷到全[6吕兴才李德钢,等,柴油机燃用乙醇柴油燃料的燃烧与排负荷区间(6~11.03kW)较大。如在此负荷范围,供油放特性[J].汽车工程,2004,26(2):131-135提前角17数据对于20.4CA时的燃料消耗率平均王建昕,闫小光,等.乙醇柴油混合燃料的燃烧与排放特性降低1.8%;而13.4°CA相对于20.4"CA时的燃料消LJ].内燃机学报,2002,20(3):225-2第12期李冠峰等:柴油杋供油提前角对乙醇/柴油混合燃料经济性的影响38]许锋杜宝国,等.在柴油机上燃用乙醇柴油的试验硏究匚1Ⅰ吉文英,史权,等.乙醇柴油的物化特性硏究匚.炼油技LJ].车用发动机,2003,144(2):24-2术与工程,2005,35(5):39-42⑨陈虎陈文淼,等.柴油机燃用乙醇一柴油含氧燃料时微「12』陈忠祥,叶盛焱,等.乙醇_柴油乳化燃料的实验性硏究粒特性的分析内机学报,2005,23(4)LJ].武汉理工大学学报(信息与管理工程版),2005,27(4):10]章莉娟,陈军,等.微乳化乙醇柴油燃料稳定剂的研制J].精细石油化工,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中国煤化工CNMHG