柴油机燃用柴油/乙醇混合燃料的燃烧与排放特性

2007年5月农机化研究柴油机燃用柴油/乙醇混合燃料的燃烧与排放特性吴小江(江苏大学,江苏镇江212013)摘要:用醇类燃料作为石油的替代燃料是我国解决能源问题的一个重要途径。为此,重点硏究了掺混10%和15%两种不同比例乙醇的乙醇柴油混合燃料的主要理化特性,对燃用多种比例乙醇/柴油的柴油机燃烧与排放特性进行了试验研究。试验结果表明:混合燃料燃油消耗率较高,对经济性影响不大,加入十六烷改进剂后,C0和NO排放量进一步降低,但总碳氢排放量进一步升高。关键词:能源与动力工程;乙醇/柴油;试验;柴油机;燃烧;排放中图分类号:TK428.9文献标识码:B文章编号:1003-188X(2007)05-0172-02燃料十六烷值直接影响着柴油机的着火性能0引言较高的十六烷值能够改善发动机的冷起动性、降低进入21世纪以来,能源问题一直困扰着整个燃烧噪声等。♂醇的十六烷值很低,因此柴油在加世界,因此寻找石油替代燃料越来越引起了广泛的入乙醇后,混合燃料的十六烷值会随着♂醇掺混比重视。根据我国生物质资源丰富的特点及乙醇的物例的增大而逐渐降低。理化学特性,用醇类燃料作为石油的替代燃料将成1.3混合燃料的粘度和润滑性我国能源规划的重心。目前,各国对乙醇在汽油机柴油机的高压喷射系统要求燃料具有良好的上的研究已有很多,也比较成熟;但是在柴油机上润滑性,否则会加剧高压油泵的偶件磨损,粘度在的研究并不多。定程度上反映了燃料的润滑性。由于乙醇的粘度乙醇与柴油很难直接互溶。随着科技的不断进很低,仅为柴油的1/3左右,因此乙醇柴油混合燃步,各国相继开发出低成本添加剂,解决了柴油与料的粘度也有所降低,并且随着乙醇掺混比例的增乙醇的互溶性、润滑性、腐蚀性等问题,使乙醇柴加粘度也逐渐下降。油混合燃料的大量应用成为可能。为此,着重研究1.4混合燃料的闪点了掺混10%(E10)和15%(E15)两种不同比例乙醇闪点指燃料挥发的蒸汽与空气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烧混合源能够闪燃的最低温度,用于衡量燃油的挥发性及易燃料对发动机动力性、经济性和排放特性的影响燃程度,它影响燃料的运输、存放和使用过程的安全1混合燃料的性质性。乙醇的闪点相当低,柴油的闪点较高,在柴油中加入乙醇后,混合燃料的闪点立即降低,与乙醇闪点1.Ⅰ混合燃料的相溶特性相当接近,它给混合燃料提出了较严格的防火要求纯乙醇在常温下理论上能够以一定比例与无1.5混合燃料的表面张力水柴油互溶;但由于乙醇极强的亲水性,当乙醇柴燃料的表面张力影响到燃料的流动性、喷射特油中水含量超过一定比例时混合液很容易分层,而性和雾化质量。由于乙醇的表面张力比较小,因此且当温度降低后乙醇与柴油的互溶性也会变差。在乙醇柴油混合燃料的表面张力随乙醇掺混比例的増配制10%和15%乙醇柴油混合燃料时,加入了2%的加而减小,有利于改善燃料的喷射雾化效果。助燃剂后,发现助溶效果明显,并使混合燃料的分1.6混合燃料的密度层温度下降了5~~13℃,因此采用助溶剂是解决乙密度是燃料最重要的参数之一,通常可提供醇柴油互溶问题的可行途径些很有用的关于燃油组分、点火质量、功率输出、1.2混合燃料的十六烷值排放烟度等信息。燃油密度越大燃油里的碳原子数收稿日期:2060-21目越多,意味着输出功率越大,同时产生碳烟微粒作者简介:吴小江(1958-),女,江苏海安人,高级工程师,(E-的可能性也增中国煤化工低,因此混合mail)justxlz@ujs.edu.cn燃料的密度随HHCNMHG绉势。1722007年5月农机化研究2发动机性能试验较大,着火性差,且在中小负荷范围内,发动机气缸温度较低,空燃比较大,从而导致混合燃料的燃2.1对发动机动力性的影响烧差。所以,随着掺混比例的增加,燃料的能量消发动杋燃用两种不同掺混比例的乙醇柴油混合耗率逐渐恶化;但随着负荷的逐渐増加,缸内温度燃料后,其扭矩都有不同程度的下降。随着掺混比的升髙,空燃比的下降,混合燃料的燃烧得到改善例的增大,扭矩下降愈明显。E10和E15最大扭矩较原机下降了2.6%和5.0%(如图1所示)。这主要是n=1700r/m一E0由于混合燃料的热值低,E10和El5燃料的热值分别为纯柴油的96.4%和94.2%,在没有提高循环供油量的情况下,发动机的动力必然有一定程度的下降。30040050430T/(N·m)负荷特性90●-E10图2乙醇掺混比例对经济性的影响E152.3发动机的排放特性1000150025003000燃用乙醇柴油时时各种负荷下的气体排放物,如图3所示。从图3中可以看出柴油机在燃用乙醇图1乙醇掺混比例对动力性的影响柴油时,在中低负荷C0排放增加,而在75%和100%2.2对发动机经济性的影响负荷显著降低,特别是E10在100%负荷时降低了乙醇与柴油的热值相差较大,直接采用燃油消48.9%,E15在100%负荷时降低了30%以上;NOκ在耗率来考察燃料的经济性是不合适的,为此引用能中低负荷降低,特别是50%负荷时最明显,但在100%量消耗率Bsec进行对比。燃用E10燃料的Bsec在负荷稍有增加;加入了十六烷改进剂后,CO和NO整个负荷范围内和原机相当;燃用E15燃料时Bsec排放在所有负荷下都有所下降;THC在各种负荷下在低负荷工况下较原机恶化,在中高负荷和原机相都升高了,尤其在10%负荷增加了近1倍。当〔如图2所示)。这是由于乙醇混合燃料汽化潜热日ADiesel口1200旦 Diesel12007E15-D口E0-D区E15-DZE 15-D600200负荷/%负荷/%负荷/%图3燃用乙醇柴油时各种负荷下的气体排放物3结论了十六烷改进剂后,C0和NO进一步降低,分别降低21%和7%,但总碳氢排放进一步升高。1)乙醇加入到柴油中,混合燃料的表面张力、参考文献粘度有一定降低;沸点与乙醇相近;十六烷值会有[1]何学良,詹永厚,李疏松.内燃机燃料[M].北京:中所损失;加入少量助溶剂可以得到稳定的混合燃料。国石化出版社,19992)乙醇的热值只有柴油的2/3,因此乙醇柴油[2]周保龙.内燃机学[M].北京:机械工业出版社,1999的燃油消耗率升高,尤其在低负荷时。燃料的十六40-90烷值对燃油的经济性影响不大。[3]崔建伟中国煤化工用燃料的应用3)燃用E15时C0可降低5.8%,NO3降低4.2%,分析[J]THCNMHG02,12(3):100但总碳氢却升高了40%以上;而在乙醇柴油中加入