乙醇柴油混合燃料对柴油机排放特性的影响

第34卷第1期中国农机化学报Vol 34 No2013年1月Journal of Chinese Agricultural MechanizationJan.2013Dol:10.3969/sn.,2095-5553.2013.01.023乙醇柴油混合燃料对柴油机排放特性的影响王旭荣,田国芝(山东交通职业学院,山东潍坊,261206摘要:分析了乙醇柴油的理化特性;在493Q柴油机上进行了燃用不同比例乙醇和柴油混合燃料的试验,对比分析了燃用柴油和混合燃料时柴油机的动力性和排放特性。试验结果表明,在柴油机参数和结构不作任何改动的情况下,随着乙醇掺混比例的增大,动力性有所下降,碳烟和CO的排放明显降低,HC和NOx略有增加。关键词:乙醇;柴油机;混合燃料;排放特性中图分类号:U4734:TK42文献标识码:A文章编号:2095-5553(2013)01-0095-04王旭荣,田国芝.乙醇柴油混合燃料对柴油机排放特性的影响[中国农机化学报,2013.34(1):95-97,106Wang Xurong. Tian Guozhi. Effects of diesel/ethanol blend fuel on emission characteristics of diesel engine [J]. Jourmal of Chinese Agricultural Mechanization, 2013, 34(1):95-97, 106表1乙醇和柴油理化特性的对比0引言Tab. 1 Comparation of ethanol and diesel fuel's properties柴油机以其良好的使用性能和动力性能已经成为油品参数单位柴油当今重型道路运输机械、农业机械和工程机械主要动含氧量%力源。近几年来,排放法规的日益严格对柴油机的代密度0.82用燃料和低排放燃烧研究提出新的挑战。发屐新型清洁含氧代用燃料,对改善柴油机的排放性能、降低对粘度(20℃)石化能源的依赖性和保证能源安全具有重大意义。乙低热值MJ/k醇具有辛烷值高、汽化潜热大、热值较低等特点,乙汽化潜热30l醇柴油混合燃料能有效减少柴油机的碳烟和微粒排十六烷值40~55放,同时可有效减少对柴油的需求量,作为一种可再自燃温度200~220生的发动机代用燃料,具有较为广阔的发展前景1-。本文将分析乙醇柴油混合燃料的特点,通过发动闪点℃机台架试验,着重分析在不同负荷条件下,不同配比从表1可以看出,乙醇柴油具有以下特点的乙醇柴油混合燃料对柴油机的动力性、经济性和排l)乙醇的含氧量较高,能改善柴油的燃烧过程放特性的影响规律,为乙醇柴油的推广应用提供试验提高燃烧速率,抑制碳烟的生成;和理论依据。2)乙醇的密度与柴油接近,乙醇的粘度远小于1乙醇柴油的理化特性柴油,掺混到柴油中可降低柴油的粘度,在一定程度上能改善混合燃料的雾化质量;在常温下,纯乙醇能以30%~70%的比例与无水3)乙醇的十六烷值较柴油小很多,随着乙醇掺柴油互溶。由于乙醇容易吸水,当乙醇柴油中混入微混比例的增加,混合燃料的十六烷值迅速下降,将影量的水分时将出现分层现象,一般需要选用合适的助响到混合燃料的着火性能,因而混合燃料中乙醇的比溶剂来解决两者的均匀混合问题。本试验采用正丁醇例不宜过大。为助溶剂。正丁醇属于烷基醇,也可作为代用燃料参4)乙醇的低热值约为柴油的低热值的60%,因与燃烧。表1为乙醇柴油的主要理化性质的对比。而燃用乙醇柴油在理诊上会导致动力性下降。中国煤化工CNMHG收稿日期:2011年11月11日修回日期:2011年12月20日第一作者:王旭荣,男,1973年生,山东安丘人,硕士,副教授;研究方向为内燃机排放与控制。E-mail: wrsd@163com中国农机化学报2013年2试验设备和方案可以看出,与原机相比较,燃用乙醇柴油混合燃料时,柴油机的功率有所下降,在标定转速时下降的试验燃料为市售0#柴油(记为E0)与无水乙醇。幅度最大。随着乙醇掺混比例的增大,燃用E15将乙醇按10%、15%和20%的体积比与柴油混合(分E20时,柴油机的功率较燃用E10时下降的趋势有所别记为E10、E15和E20),加入总体积2%的助溶剂减小。这是因为:一方面乙醇的热值仅为柴油的一半正丁,然后经高速剪切搅拌等工艺,得到乙醇柴油混左右,导致随着乙醇掺混比例的增大,功率的下降愈合燃料。加明显;另一方面,乙醇的十六烷值很低,因而混合试验发动机主要技术参数如表2所示。尾气排放燃料的滞燃期随乙醇添加比例的增大而延长,同时,测试装置为 A VL Digas44000型五气分析仪和 AVL Di乙醇的沸点低、含氧量大,有利于混合燃料的扩散和omke4000型不透光烟度计燃烧,因而随着乙醇比例的增大,燃烧改善程度增按照内燃机台架性能试验方法,在标定转速下进大,因而功率下降的趋势有所下降。行不同配比乙醇柴油混合燃料的发动机负荷特性对比32对柴油机排放特性的影响试验,测量排气烟度、NOx、CO、HC浓度。1)标定转速下燃用不同比例的乙醇柴油混合燃表2试验用发动机的主要技术参数料时碳烟随功率的变化曲线见图2。Tab. 2 Main parameters of diesel engine项目单位参数EOE10型式直列、立式、强制水冷、四冲程E15燃烧室型式直喷ω型×…E201.2缸数缸径0.6冲程mm压缩比18.2:13040P(kW)排量2.771工作顺序1-3-4-2图2标定转速下碳烟排放的负荷特性曲线Fig. 2 Soot emission of different fuels at rated engine speed标定功率转速 kW/r/min57/3600由图2可知,中低负荷时,碳烟排放均较低,这最大扭矩/转速N.m/r/min172≤2200主要是由于中低负荷下柴油机缸内的过量空气系数较大。但当负荷进一步增大后,空燃比下降,碳烟排放3试验结果与分析急剧升高。燃用乙醇柴油混合燃料后,由于乙醇的含31对柴油机动力性的影响氧量较大,具有自供氧能力,且乙醇容易蒸发雾化图1为燃用不同配比乙醇柴油混合燃料时柴油机燃烧状况得到改善,因而随着乙醇掺混比例的增大,的外特性曲线。碳烟排放下降程度增大。2)CO排放随功率变化的曲线见图30.08EIO0E|5×…E200040800130018002300280033003800中国煤化工40506CNMHG图1外特性曲线下cO排放的负荷特性曲线External characteristic curveFig 3 CO emission of different fuels at rated engine speed王旭荣等:乙醇柴油混合燃料对柴油机排放特性的影响可以看岀,CO排放随着功率的增大先增加后大。这是因为低负荷时,乙醇的气化潜热较大,热值减少。小负荷时,CO排放较高。这是因为乙醇的低,气缸内的温度较低,掺混比越大,缸内温度越高汽化潜热导致缸内温度下降,使稀熄火区增大,低,不利于NO,的生成。负荷的增大后,乙醇较高的不利于CO的继续氧化。高负荷时,缸内温度较含氧量一方面能促进燃烧的进行,导致燃烧温度升高,空燃比较小,乙醇的自供氧能力使缸内燃烧状高,另一方面为NO,生成提供氧,从而导致NO排放况得到改善,CO被进一步氧化,从而导致CO排升高。放下降。3)HC排放的负荷特性曲线见图4。可见,燃结论用混合燃料时HC排放较燃用纯柴油略有增加,1)乙醇较高的含氧量,较小的粘度,能改善乙在小负荷时较为明显。这是由于乙醇较高的气化醇柴油混合燃料的燃烧和雾化质量;而其较小的十六潜热和较低的十六烷值导致小负荷下缸内的温度烷值和低热值,会影响到混合燃料的着火性能和发动较低,燃烧着火性变差,甚至出现局部淬熄。此机的动力性能,因而其掺混比例不宜过大。外,乙醇较好的挥发性使稀熄火区增大,特别是2)燃用乙醇柴油混合燃料时,柴油机的功率较小负荷时,过稀和冷激效应更为明显,从而导致燃用纯柴油会有所下降,且下降程度随转速增加而HC排放增加。增大。3)由于乙醇的含氧量较高,柴油掺烧乙醇后18能显著的改善柴油机的碳烟和CO排放,HC排放的765432E10变化不大,仅在小负荷略有升高,而乙醇提供的氧和▲El5较高的燃烧温度会使NO,排放有所升高。参考文献张炜,宋崇林,等.乙醇/柴油混合燃料醛、酮类污染物排放特性的研究内燃机学报,2008,26(3):238~242Zhang Wei, Song Chonglin, et al. Study on carbonyl emissionsfueled with ethanol/diesel blends U图4标定转速下HC排放的负荷特性曲线Transactions of CSICE, 2008, 26(3 238-242Fig. 4 HC emission of different fuels at rated engine speed[2]李冠峰,陈亮,等.柴油机供油提前角对乙醇/柴油混合燃料经济性的影响[农业工程学报,2006.22(12):90~934)NOx排放的负荷特性曲线见图5Li Guanfeng, Chen Liang, et al. Influence of fuel supplyadvance angle on fuel economy of diesel engine with ethanoldiesel blend fuel. Transactions of the Chinese Society of1500Agricultural Engineering, 2006, 22(12): 90-93E|5[3] Huang Jincheng, Wang Yaodong, et aL Experimental investigationon the performance and emissionsof a diesel engine fuelled withethanol-diesel blends [J]. Applied Thermal Engineering, 2009,29(11/12:2484-2490.4]任毅,黄佐华,等.柴油机燃用柴油/乙醇混合燃料的性能与P(kW排放研究[西安交通大学学报,2007,41(3):285-200Ren Yi, Huang Zuohua, et al. Study on the performance and图5标定转速下NO2排放的负荷特性曲线Fig. 5 NO, emission of different fuels at rated engine speedemissions of a direct injection diesel engine fuelled with diesel/ethanol blends. Journal of Xi'an Jiaotong University, 2007, 41可以看出,燃用不同种类的燃料时NO排放均随(3285-290着负荷的增大而增加。这是由于缸内燃烧温度随着负[S]蒋德明,黃佐中国煤化工荷的增大而升高。NO,在低负荷时随乙醇掺混比的增大学出版社CNMHG两安西安交通大而减小,而在高负荷时随乙醇的掺混比越大而增(下转第106页)中国农机化学报2013年术的研究[D]上海:华东理工大学,20055石敏,吴正国,等.基于双小波的短时电压波动信号检Wang Xin. AC AC variable frequency speed control system ofJ]电网技术,2005,29(6):17-21the new control method and the research of fault diagnosisShi Min, Wu Zhengguo, et al. Detection of short duration volt-technology [Doctoral Dissertation]. shanghai: East China Uni-age varlation signal based on double wavelet[J]. Power Systemversity of Science and Technology, 2005Technolo005,29(6):17~212]胥永刚,李凌均,等.近似熵及其在机械设备故障诊断中阿6]洪波,唐庆生,等.近似熵、互近似熵的性质、快速算法及的应用!J信息与控制,2002,31(6):547~551其在脑电与认知研究中的初步应用门信号处理,199,Xu Yonggang, Li Lingjun, et al. Appro ximate Entropy and its(2):100~108applications in mechanical fault diagnosis []. Information andong Doal. 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Experiment and simulation show that, this method has made up the traditional method ofextracting weak feature is insufficient, can be very good for contact fault diagnosis detection, showed the feasibility and effectivenessKeywords: double feature signal extraction; wavelet packet: approximate entropy上接第97页)Effects of diesel/ethanol blend fuel on emission characteristics of diesel engineVang Xurong, Tian Guozhi(Shandong transport Vocational College, Weifang, 261206, China)Abstract: The physical and chemical characteristics of dieselethanol blend fuel have been analyzed. A contrast test on the power perfor-mance and emission characteristics of a 493Q diesel engine fueled with pure diesel fuel and diesel-ethanol blends is conducted. The resulshow that without any change in parameters and basic structure of diesel engine, with theH中国煤化工lended fuel. theengine power becomes slightly lower, the emissions of soot and CO markedly reduce andCNMHGcrease a littleKeywords: ethanol; diesel engine; blend fuel:: emission characteristics