甲醇柴油燃料的试验研究

新技术新工艺2012年 第12期甲醇柴油燃料的试验研究刘琼琼',王贤军2(1.淮安信息职业技术学院，江苏淮安223003;2. 重庆长安新能源汽车有限公司,重庆40120)摘要:云内 4100QBZL柴油机分别采用MD20、MD10、MD5甲醇柴油与0#柴油时,对其动力性、经济性、排放性等方面进行了研究。试验表明,随着掺烧甲醇添加量的增加，动力性略有下降;采用甲醇柴油在经济性.上要优于柴油;尾气中的CO.HC排放都下降明显;在甲醇添加量超过20%时,出现增加甚至超过柴油工况的情况,而随着甲醇添加量的增加,NOx呈现先增加后减小的趋势。关键词:柴油机;甲醇柴油;动力性;经济性;排放性中图分类号:TK 16文献标志码:AResearch on the Experiment of Performance of the Methanol Diesel FuelLIU Qiongqiong' ,W ANG Xianjun2(1. Huaian Information Vocational Technology College, Huaian 223003 ,China;2. Chongqing Changan New Energy Vehicle Co. , Lid, Chongqing 401 120, China)Abstract:This paper made a research of power performance, fuel efliciency and ernission behavior on the basis of cloud4100 QBZL diesel engine by respectively using MD20，MD10 and MD5 methanol diesel. The Experimental results showedthat with the content increase of adding amount of methanol, power performance declined slightly, methanol in the aspect ofeconomy is better than that of diesel, CO and HC in the exhaust emission were gotten down significantly. But adding a-mount of more than 20% methanol, CO and HC in the exhaust emission will increase even some condition than in the condi-tion of diesel. And along with the increase of adding amount of methanol, NOx will increase, and then decrease.Key words: Diesel engine, Methanol diesel, Power performance, Fuel efficiency, Emission behavior能源是人类生存和发展的最重要因素之一,随能够更加充分地燃烧，从而降低了尾气中CO和着石油储量的减少及生态环境的恶化,能源危机和HC的排放量,同时，甲醇本身含O,从而减少了空环境污染已经成为当今社会最为关注的问题。由于气的使用量,使进人发动机内的N2含量减少,尾气汽车保有量的不断增加,能源危机和环境污染的状中的NOx排放量也相应减少。因此,采用甲醇燃料况变得更加严重。因此,开发汽车替代燃料以及新能有效地控制汽车对大气的污染。目前,甲醇的市能源汽车是能源可持续发展战略的重要方向。场价格为2 300元/t,远远低于柴油的价格;所以，新能源汽车是相对于以汽油.柴油为主要燃料将甲醇作为发动机燃料,在经济方面具有独特的优的传统内燃机汽车而言。与传统汽车不同,我国新势。能源汽车发展与国际基本同步。我国新能源汽车发清洁甲醇柴油是在国标轻柴油中按体积或质量展应该是各种方式并存,替代燃料、混合动力、电动比加人变性燃料甲醇配制而成的一种环保节能燃汽车都需要大力发展。虽然天然气汽车、混合动力料。甲醇柴油的动力性、经济性以及排放性等指标汽车等已经普遍示范和运行,但是作为新型清洁能与其物理化学性质和燃烧特性是紧密相关的。表1源一甲醇柴油汽车的应用领域目前还是空白,所为甲醇和柴油的物理化学特性。以本文就甲醇柴油在柴油车上应用的可行性作了进表1甲醇和柴油的部分物理化学特性一步的试验分析。密度沸黏度汽化潜热/，内点十六烷凝点自燃1甲 醇柴油燃料的特性(20 C)，/M.kg-'(闭)值/CN /C温度/kq.L-1/mPa.s/甲醇燃料是一种新型的替代能源,在产品性能甲110.792 64.5 0.6111. 0883- -97.8 470和实际应用方面都具有很大的优势,相对于石油燃12料,甲醇分子量小、沸点低、雾化性能好、燃烧充分，0.82~ 180~ 3.0~65-10~ 270~0.2845~65可以大大改善发动机的燃烧性能,减少积碳的产生，油0.86 410 8.0810 35大大减少发动机气缸及活塞表面的磨损,延长发动从表1可以看出,甲醇的沸点比柴油要低很多，机的使用寿命。由于甲醇是含氧燃料,在发动机内这说明甲醇蒸发快,有助于燃油空气混合气的快速《新技术新工艺》设计计算与试验研究.试验研究设计计算形成,利于完全燃烧;甲醇的凝点比柴油低得多，所溶的问题,设计原理如图1所示。以在环境温度低时不会出现油路堵塞现象;甲醇的限压阀黏度比柴油低,因此,其破碎和雾化程度也更好,这对以喷射方式供给燃料的内燃机有利;柴油机的着尊|发动火性能受很多因索影响，其中最主要的是燃料的十六烷值及自燃温度;十六烷值是衡量柴油机中着火延迟期的最主要指标,其值越高,在柴油机中压燃着火越快;其值越低,压燃着火就越馒,甲醇的十六烷.值仅为3,约为柴油的1/20,按照国家标准,要想使阿喷油家州发动机-柴油机获得比较稳定的燃烧,要求十六烷值在40以上,由此可见,甲醇在压燃式发动机上使用时的着火图1不使用助溶剂的油箱设计图性能比较差。该方案设计了2个主油箱,即1个甲醇箱和1表2给出了甲醇和柴油燃料的质量、体积低热个柴油箱,使甲醇与柴油分2路进人喷油泵,以更加值以及理论混合气质量、体积低热值。由表2可以精确地控制进人发动机的燃油量。在每条油路.上都看出,甲醇的质量及体积低热值均为柴油质量及体安装有流量计,并采用三通开关控制进人发动机的积低热值的46%左右。虽然甲醇的质量及体积低燃油量,这样可以根据发动机的工作需要选择合适热值较低;但是其在理论空燃比下形成的混合气质的三通开关开度,并根据流量计控制,使进入发动机量低热值却比柴油略小，而理论混合气体积低热值的甲醇和柴油达到要求的比值。同时,改变发动机要高于柴油。这表明柴油发动机用甲醇在理论混合喷油泵附近的油路,使甲醇和柴油分别经过滤清后气下并不会导致较大的发动机功率降低,甚至还有再进人喷油泵,从而可以很容易地改变甲醇与柴油可能增加发动机的功率输出。这主要是因为发动机的配比。每个工作循环发出的功是由每个工作循环气缸内理试验采用云内4100QBZL柴油机,缸径为100论混合气热值转化而来的,也就是说,尽管甲醇的质mm,行程为115 mm,压缩比为17。对调配好的甲量及体积热值比柴油要低;但只要每个循环多加燃醇柴油MD20、MD10、MD5(甲醇与柴油的体积比料,发动机燃用甲醇时依然可以发出与燃用柴油时分别为20%、10% .5%)和0#柴油的动力性、经济同样甚至更大的功率。性、排放性做了比较。试验所用的主要设备见表3。表2甲醇与柴油的几种热值表3发动机台架主要测 仪器及设备理论混合气.理论混合气仪器名称型号规格生产厂家燃料质量低热值体 积低热值质量低热值体积低热值/试验用发动机4100QBZL云内动力/MJ.kg-1 /M].L-1/MJ.kg-’_ MJ.m-3水力测功机ED.30D日本株式会社甲醇19. 9215.732. 663. 75电子秤EX100KG沈阳龙腾电子仪器公司柴油42.5~42.8 34.85~36.81 2. 89~2.913. 54~3.56油耗计FP. 2240H目前,国内在甲醇柴油的调配以及开发应用方空气流量计TOCEIL20N125上海同圆环保科技有面已经取得了重大成果,解决了甲醇与柴油的互溶限公司性及甲醇柴油的闪点低、稳定性差、腐蚀溶胀性等难不透光烟度计AVL400(Dismoke)奥地利AVL公司题;而且通过加人助溶剂,提高了甲醇柴油的十六烷五气分析仪AVL4000L值。动槽水银气压表DYM.1长春气象仪器厂通风干湿温度计DHM2天津气象仪器厂2发动机试验及系统测试温度控制指示仪WM2K. 01上海医用仪表厂2.1油路调整方案9支组石油密度计 650~1 010 g/ ml.通过研究发现,为了实现甲醇和柴油的互溶,通2.2试验结 果及分析常要加入大量的助溶剂,而目前并没有一-种高效的2.2.1动力性分析助溶剂能使甲醇和柴油很好地实现互溶,这就导致发动机燃用MD20、MD10.MD5和柴油后,在甲醇柴油的成本增加。为了能够使用甲醇柴油且降外特性下的功率和转矩对比图如图2、图3所示。低成本,特设计了一种油路,可以解决甲醇与柴油互可以明显看出,发动机燃用甲醇后,功率和转矩都有《新技术新工艺》设计计算与试验研究「41新技术新工艺2012年 第12期了不同程度的下降,掺烧的甲醇量越大,功率和转矩0.04r +柴油←MD529p<、+柴MDS0的下降就更明显。试验过程中发动机一直运转平R 0.033稳。3 0.02|0.01+柴油一MD5MD10 -.*.. MD2025 462545 6s功率/kWt 57e 275250图62 000 r/min时图72 000 r/min时排放CO对比排放HC对比.1600200024002800“i600200024002800宣19004000土Mm。←MD10+-MD20转速/rmin'名1400图2功率对比圊3转矩对比9002.2.2经济性分析40025..... 45456s发动机在外特性下燃用柴油、MD5、MD10、功率/WMD20的有效燃油消耗量比较图如图4所示。由图图8 20000 r/min时围92 000 r/min时4可知，发动机的有效燃油消耗量和小时油耗都有排放NOx对比opac对比不同程度的上升,且甲醇含量越高增长越明显,每条CO在该工况下升高相同的原因外,还有甲醇的高线的升高趋势基本相同。经过计算，在外特性最大汽化潜热值使得缸内温度降低,燃烧速度放慢,进一转速时,MD5、MD10、MD20的有效燃油消耗分别步加剧了壁面的淬熄效应和狭缝效应,导致了HC比柴油上涨了2. 4%、7%、12.8%。排放的进一- 步增高。发动机燃用柴油、MD5、MD10、MD20在负荷燃用MD5的NOx排放量比燃用纯柴油要多，特性2000r/min时的有效燃油消耗量比较图如图.MD10比纯柴油略低,而MD20要比纯柴油下降很5所示。由图5可知,其经济性和外特性相似,即随多。这是因为在低比例时,甲醇的物理性、含氧特性着甲醇含量的增加,油耗也在增加。及“微爆”起主导作用,改善了雾化和燃烧，使得燃烧+柴油+MDS+柴油+MD5温度有所上升,在排气温度中也有所体现;再则，甲10rMD10 - MD20320醇为含氧燃料,本身有自供氧效应,减少了混合气氧9st的需要量,两者共同导致了NOx排放的增加。当甲280-醇含量增加时,NOx排放下降主要是由于甲醇低的十六烷值使得甲醇柴油压燃困难,燃烧变差,缸内温600 2000 2400 2800 200525 45度降低;另外,高的汽化潜热又使得缸内温度进- -步转速/rminr'功率kW降低。此时尽管缸内O2充足;但是由于温度的降图4有效燃油消图52000r/min时有效低,导致NOx排放下降。耗率对比燃油消耗率对比opac用来表示柴油机的烟度，由图9可知,柴2.2.3排放性分析油机燃用柴油时大碳烟(CO2)排放均比燃用甲醇柴发动机在负荷特性2000 r/min时 的CO、HC、油时要高。NOx常规排放以及opac(不透光度)的对比图如图通过试验发现,柴油机燃用甲醇柴油后的动力6~图9所示。由图6~图9可知，与柴油相比,发性小幅度下降。单纯从油耗质量方面来看,经济性动机使用甲醇柴油时CO排放显著下降,这主要是下降不明显,但是考虑到综合经济性,甲醇柴油要好甲醇的物理性和含氧特性所致。甲醇的低沸点和黏于柴油,排放CO、HC都下降明显。而NOx在甲醇度及“微爆”作用改善了混合气的形成和燃烧;同时，添加量较少时排放较高,在甲醇添加量较大时排放由于甲醇是含氧燃料,燃烧时提高了富油区氧的含下降,碳烟的排放大幅度下降。量,有助于减少因缺氧而生成的CO的排放量。3结语HC的排放量也显著下降，在甲醇含量较小时，HC排放降低的原因也是由于甲醇的物理性及含氧本文主要对云内4100QBZL 发动机掺烧甲醇特性改善了混合气的形成和燃烧,减少了HC的排后,随着甲醇添加量的增加进行了试验研究。通过放量。当甲醇含量增高时,HC升高的原因除了与台架试验得出结论:1)动力性下降明显,但是下降.4《新技术新工艺》设计计算与试验研究.试验研究设计计算挤压态AZ61锾合金真空扩散焊接试验研究*林飞,孙路路,孟庆森(太原理工大学材料科学与工程学院,山西太原030024)摘要:采用再结晶退火的方式,细化挤压态 AZ61镁合金晶粒,并将细化后的镁合金进行真空扩散焊接研究。剪切强度试验结果表明，在连接压力为10 MPa和真空度为18 Pa的条件下,扩散温度为470C.、保温时间为90 min时可得到最大剪切强度51. 95 MPa。试验分析表明,扩散温度和保温时间是扩散焊接接头性能的主要影响因素。对扩散焊接头及其周围区城进行显徽硬度测量发现,焊缝处的显微硬度最大,偏离焊缝沿母材方向的显微硬度逐渐减小。关键词:真空扩散连接;AZ61镁合金;再结晶退火;剪切强度中图分类号:TG 457文献标志码:AExperimental Research on Vacuum Diffusion Bonding of As-extruded AZ61 Magnesium AlloyLIN Fei, SUN Lulu, MENG Qingsen(College of Materials Science &. Engineering, Taiyuan University of Technology. Taiyuan 030024，China)Abstract: In this investigation, a study on vacuum diffusion bonding of as-extruded AZ61 magnesium alloy was carriedout according to atomic diffusion theory. The grain size of as- extruded AZ61 magnesium alloys had been refined by recrys-tallization anneal. With the refined AZ61 magnesium alloys, the vacuum diffusion bonding was studied. The results showedthat in a particular situation that bonding pressure and vacuum degree were fixed as 10 MPa and 18 Pa respectively, themaximum shearing strength was 51. 95 MPa with the temperature of 470 C and the holding time of 90 min. It showed thatthe diffusion temperature and holding time have a great effect on the quality of the bonding joints. The micro hardness meas-urement data of diffusion welding joint and base metal showed that the maximum micro hardness was at the welding joint,and the farther from weld joint, the lower the micro hardness value.Key words: Vacuum diffusion bonding, AZ61 magnesium alloy, Recrystallization annealing，Shearing strength镁合金作为金属结构材料,因其密度小、高阻尼接头性能无法得到保证。这主要是由镁合金熔点性、高导热性、高电负性、抗振、抗电磁干扰和易回收低，热导率、热膨胀系数大和易氧化的性质决定的。性等优点”,在各行各业中的应用日益广泛,镁合金镁合金的焊接问题主要是晶粒长大严重、易氧化挥的焊接问题逐渐成为人们研究的热点。采用常规的发、热应力大、焊縫易塌陷、易形成热裂纹等,极大地焊接方法焊接镁合金,焊后容易出现各种缺陷,使其限制了镁合金应用范围的进- -步扩展[2-3]。的的的的的幅度并不成线性关系;2)油耗量下降明显,但是考虑到综合的经济性,甲醇柴油要好于柴油;3)CO、HC[4]汪洋,王静,史春涛,等. 甲醇发动机排放特性的研究排放都下降明显,只有在甲醇添加量超过20%时才[J].内燃机学报，2007 ,25(1):73-76.出现增加，而NOx在甲醇添加量较少时的排放较高,[5]蒋德明,陈长佑,杨嘉林,等.高等车用内燃机原理:下册[M].西安:西安交通大学出版社,2006.甲醇添加量较大时的排放下降,CO2排放- -直下降。[6]张志沛，汽车发动机原理[M].北京:人民交通出版社，参考文献[7]王艳华，郑国璋.甲醇燃料在车用发动机上的应用研究[1]刘生全,马志义,王平福,等.车用甲醇汽油燃料技术性[J].内燃机工程, 2005 ,26(2):22-25.能[J].长安大学学报,2007(4) :88-90.[2]张俊强,卢红兵,王锡斌,等.直喷式柴油机燃用甲醇/柴作者简介:刘琼琼(1985-),女,助教，主要从事汽车新能源，油混合燃料的燃烧及排放特性[J].燃烧科学与技术，2004通信作者:强秀华与节能技术方面的研究工作。(2) :171 -175. .[3]魏远文,田维,黄海波,等.ZS1100柴油机燃用甲醇柴油收稿日期:2012年07月01日.混合燃料的试验研究[J].小型内燃机与摩托车,2007(3) :责任编辑李思文《新技术新工艺》设计计算与试验研究43.