陳紅羅闊趙新夏長明:燃料乙醇在榮油機上應(yīng)用研究的進展燃料乙醇在柴油機上應(yīng)用研究的進展Application Research Progress of Fuel Ethanol in Diesel Engine陳紅1羅闊2趙新2夏長明3(1肇慶工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院2華南農(nóng)業(yè)大學(xué)3廣東金橋技工學(xué)校)〔摘要〕分析了乙醇的理化特性和作為柴油機代用燃料的可行性,介紹了乙醇在柴油機應(yīng)用研究的進展情況,結(jié)合目前燃料乙醇在柴油機應(yīng)用的研究成果,從機理上闡述了摻燒乙醇對柴油機性能的影響?！碴P(guān)鍵詞〕乙醇柴油機應(yīng)用研究柴油機具有熱效率髙、經(jīng)濟性好等優(yōu)點,越實驗研究發(fā)現(xiàn),影響柴油、乙醇混合燃料互來越廣泛的應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各領(lǐng)域,成為汽車、溶性的主要因素是柴油組成、含水量及環(huán)境溫度。工程機械、農(nóng)用機械等領(lǐng)域的主要動力源。但是表1乙醇、柴油的主要理化性質(zhì)柴油機燃燒所產(chǎn)生的NOx、碳煙等有害排放物,理化性質(zhì)柴油已成為大氣的主要污染源之一,而且兩者此消彼低熱值(N/kg42.5漲的互斥關(guān)系,一直是困擾柴油機發(fā)展的難題。同時石油資源的有限性促使人們尋找有效的替代含氧量/%34.8能源。燃料乙醇是一種新型可再生、清潔燃料,密度(g!mL)而且含氧量高,燃燒迅速,燃燒后產(chǎn)生的有害排十六烷值放物低。另外,乙醇替代柴油,可節(jié)省石油資源自燃溫度/℃有利于內(nèi)燃機長期發(fā)展,因此,燃料乙醇在發(fā)動機上的應(yīng)用一直是國內(nèi)外內(nèi)燃機界研究的熱門課當(dāng)量空燃比9.0題沸點/℃180-370燃料乙醇的特性閃點/℃65~8813-14醇類是烴基與羥基(-O組成的化合物,這粘度(20℃yP,3.0-80就從本質(zhì)上決定了醇類可以作為內(nèi)燃機的代用燃蒸發(fā)值/(kJ/kg)料。而羥基的存在又決定了它有很多不同于石油系燃料的特性,如表1叫所示。當(dāng)含水量超過0.2%(V)時混合燃料發(fā)生分2燃料乙醇應(yīng)用方法層現(xiàn)象不能在柴油內(nèi)燃機中直接摻燒。為了在不乙醇難溶于柴油、易溶于汽油的特性,決定改變柴油內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上使用乙醇柴油混合了乙醇應(yīng)用在柴油機上要比應(yīng)用在汽油機上復(fù)雜,燃料通常需要添加助溶劑。采用助溶劑使乙醇與方法和形式也多樣化。目前主要方法有乙醇柴油柴油形成均相、穩(wěn)定的混合燃料,可供柴油機使混合法、柴油/乙醇雙噴射、柴油引燃進氣吸入的用。助溶劑的研究國內(nèi)外學(xué)者都做了大量的工作乙醇混合氣、電熱塞或電火花點燃乙醇混合氣及美中國煤化工anol”添加劑,瑞典A乙醇均質(zhì)壓燃(HCCD等方法。CNMHG“ Braid”,英國的AAE料抆公句也這萬的報道。國內(nèi)天冠公21乙醇柴油混合法司已開發(fā)出一種性能穩(wěn)定、乳化效果明顯的助溶內(nèi)燃機與配件2010年第5期劑“T℃”,中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心開發(fā)了缺點是容易在進氣管喉口處節(jié)流甚至結(jié)冰堵塞。種新型助溶劑助溶劑的主要成分為A+B+C(A24電熱塞點燃乙醇混合氣等方法為不飽和酸B為高分子聚合物,C為卵磷脂),在內(nèi)乙醇有很強的熾熱著火傾向,它們的蒸氣在燃機實驗中煙度、NOx都有一定程度的降低。此熾熱點的高溫誘發(fā)下可以立即著火。利用這一特外還可以采用乳化法混合,就是將水、乙醇和柴點,可以在裝有電熱塞的柴油機上燃用乙醇。實油按一定比例在外界動力的作用下使其乳化,這是現(xiàn)本法的關(guān)鍵是選擇合適的電熱塞供電量、通電種簡單易行的方式可以不變動內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)用時間和電熱塞的位置。該方法不僅需要改動發(fā)動較簡單的技術(shù)措施和較低的經(jīng)濟代價實現(xiàn)柴油與機,同時存在電熱塞壽命的問題乙醇的互溶,既節(jié)約了柴油又可降低城市污染。25乙醇HCC|方式柴油乙醇混合法不用改變柴油機結(jié)構(gòu),就可均質(zhì)充量壓縮著火(HCCI)燃燒模式是一種以直接燃用乙醇,方法簡單,但是也存在一些問新型的燃燒方式,有著不同于傳統(tǒng)汽油機及柴油題有待解決,例如乳化燃料不穩(wěn)定、易分層;加機的燃燒過程。工作于HCCI燃燒模式的發(fā)動機在入的助溶劑、表面活性劑等多是硝基化合物的十進氣和壓縮行程中形成均質(zhì)混合氣,當(dāng)活塞到達(dá)六烷值改進劑,會增加發(fā)動機的碳煙和NOx排放,上止點附近時均質(zhì)混合氣被壓縮自燃著火。因此同時增加使用成本。HCCI燃燒模式同時具備了汽油機的低NOx和顆粒22柴油/乙醇雙噴射物的排放及柴油機熱效率高的優(yōu)點,被認(rèn)為是內(nèi)該方法是在柴油機氣缸蓋上再安裝一個噴油燃機發(fā)展史上的一次技術(shù)飛躍。乙醇作為可再生器由該噴油器按一定提前角和壓力噴射乙醇在燃含氧燃料,具有揮發(fā)性好、辛烷值高、抗爆性好燒室內(nèi)與柴油混合燃燒采用這種方法的柴油機必等特點,因此成為HCCI發(fā)動機的理想燃料之一。須較大,否則因氣缸蓋太緊湊而無法安裝噴醇嘴。吉林大學(xué)郭英男等人在一臺單缸試驗機上進行了德國道依茨公司用該方法在載重汽車柴油機上試乙醇燃料均質(zhì)壓燃HCI試驗研究取得了良好的驗,證明功率可以達(dá)到原機水平,扭矩儲備系數(shù)研究結(jié)果。增加。這種方法的優(yōu)點是它可以使用含水(一定量)乙醇,也可以使用常含水分和其他雜烴或雜3燃料乙醇對壓燃發(fā)動機性能影響醇的工業(yè)副產(chǎn)品乙醇。這樣的醇類價格便宜,來乙醇是一種含氧燃料,其氧含量為347%,而源廣泛,而且可以就地取材,運輸費少。本方法柴油的氧含量幾乎為零,所以柴油中加入乙醇后的缺點是雙噴射不僅需要改動缸蓋,而且由于乙的燃燒性質(zhì)和排放性質(zhì)與柴油有很大不同。燃料醇的粘度很低,易加劇噴油偶件的磨損,存在乙乙醇加人柴油對發(fā)動機特性影響主要體現(xiàn)在以下醇噴射系統(tǒng)的壽命和可靠性問題幾個方面:23柴油引燃進氣吸入的乙醇混合氣3.1功率采用該方法是通過在進氣道加裝化醇器(類在發(fā)動機其他條件相同的情況下,動力性決定似化油器)或噴嘴形成混合氣,噴油器噴入引燃于可燃混合氣的熱值。雖然醇類的熱值明顯低于柴油進行燃燒。只是噴油量隨著摻醇率的增加而烴油的熱值,乙醇的低熱值只有柴油的628%,但減少,摻醇率可達(dá)80%,即從以柴油為主,直到是醇類是含氧燃料,它們的理論混合氣熱值與烴以醇類為主,柴油僅作引燃燃料。噴嘴方式與化油相仿,乙醇這一比值是1019%,超過汽油和柴醇器方式相比,由于沒有化醇器對進氣的節(jié)流損油的相應(yīng)值。這就是說,只要在柴油機中增加水平(因醇在進氣管內(nèi)吸熱降低了進氣溫度,增可以超過。許多研究試驗都證明的這點。甚至失,從而使充量系數(shù)達(dá)到甚至超過一般柴油機的定的供醇量,原機的功率和扭矩可以達(dá)到加了進氣密度),這樣發(fā)動機的最大功率和扭矩提32燃油消耗率高。另外,這種方法可以使進氣管、氣缸蓋內(nèi)的中國煤化工總熱值降低,所進氣道、進氣門壁上的熱量被醇類因氣化需要而以在術(shù)CNMHG用乙醇柴油的油吸收部分熱量。這是利用余熱,有利于提高發(fā)動耗較使用純柴油的油耗高,且乙醇含量越高,油機的熱效率,同時降低了氣缸蓋和進氣門的溫度。耗也越高。發(fā)動機實驗結(jié)果顯示,10%和20%的乙陳紅羅闊趙新夏長明:燃料乙醇在柴油機上應(yīng)用研究的進展19醇柴油油耗率分別上升3%和7%。但是折合成能時E30燃料可降低煙度60%以上,研究結(jié)果也表耗率計算,則柴油中加入乙醇后能耗率有所降低,明,隨乙醇摻混比的提高排氣煙度明顯下降在中且能耗率降低值隨乙醇含量的變化有一個最大值。高負(fù)荷時尤其顯著。王建昕等人的研究結(jié)果表明,含醇10%、20%、4結(jié)束語30%三種乙醇柴油中,20%乙醇柴油的能耗率降低乙醇作為一種取之不盡,用之不竭的可再生綠幅度最大達(dá)10%。色植物能源,作為柴油機替代燃料,不但能緩解33熱效率柴油供應(yīng)緊張的矛盾,還能在基本不損失功率同乙醇是含氧燃料,在燃燒過程中有自供氧效的條件下,顯著降低有害物質(zhì)的排放。隨著對柴應(yīng),這就使內(nèi)燃機中的燃燒較均勻,局部富氧和油機環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高和節(jié)約替代石油資源的需要,局部缺氧的概率減少,空燃比減小,燃嬈熱效率將乙醇和柴油混合作為柴油機的燃料,會越來越提高。有關(guān)試驗結(jié)果顯示,15%、20%乙醇柴油的引起重視。目前研究表明,乙醇燃料有可能成為熱效率分別提高了36%和54%岡。種極為重要的代用燃料,其應(yīng)用前景較為廣闊。34排放性能參考文獻醇類是含氧燃料,在燃燒過程有自供氧效應(yīng),何學(xué)良,詹永厚,李硫松內(nèi)燃機燃料北京:中國石化出這就使內(nèi)燃機機中的燃燒相對較為均勻,使局部版社,199富氧和局部缺氧的幾率減小,燃燒趨于完善,使[2] Christensen M. Johansson PEB. Homogeneous Chargec0和HC的生成量和排放量較低,對改善擴散燃 Compression Ignition(HCcI) Using Isooctane, Ethanol and燒時由于油氣混合不均勻而生成碳煙和微粒應(yīng)該 Natural Gas Comparison With Spark- -Ignition Operation有積極的作用。上海交通大學(xué)李德鋼等人,在SAEPaper 997Z5100型柴油機上,進行了10%、15%乙醇混合3] Oakley a, Zhao H and La dommatos Nodulation Efects on燃料和柴油的試驗,試驗結(jié)果表明乙醇混合燃料the Controlled Auto -Ignition CAI) Combustion ofHydrocarbon and AlcoholFuels SAEPaper, 2001的煙度比柴油總體上要有下降基本上隨乙醇含量間4劉金山郭英男譚滿志,等,乙醇燃料均質(zhì)壓燃(HC)的增高煙度的減少也越大。清華大學(xué)王建昕等燃燒邊界燃燒科學(xué)與技術(shù),20014):369-372人在一臺非增壓直噴式295型柴油機,進行了(5]李德鋼呂興才張武高黃震,乙醇混合燃料壓燃式發(fā)E10、E20、E30和柴油的試驗。在標(biāo)定工況點20動機的性能農(nóng)業(yè)機械學(xué)報,2005,36(2)kW2200rmin時純柴油的排氣煙度為27BSU,6劉曉輝.乙醇柴油混合燃料發(fā)動機特性研究U.湖北而E10、E20、E30燃料分別為23BSU、10BSU汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報06BSU分別降低了15%、60%、80%;在最大轉(zhuǎn)矩上接9頁[8]劉永長內(nèi)燃機原理[M]武漢:華中理工大學(xué)出版社,[4]張志沛汽車發(fā)動機原理[M].北京:人民交通出版,2007[5]劉吉善.內(nèi)燃機大行業(yè)國際技術(shù)交流基本情況匯編[C].[9MC瓦赫汽車發(fā)動機[M北京:人民交通出版社,上海:機械電子部內(nèi)燃機大行業(yè)規(guī)劃辦公室,上海中行印刷1985.廠常熟分廠,1992[10]劉玉梅汽車節(jié)能技術(shù)與原理[M]北京:機械工業(yè)出版[6]李躍平CNC汽車的試驗研究[J汽車技術(shù),200,(1):社,2008YHE化學(xué)原理「M1北京:北京大學(xué)出版社,[7]嚴(yán)家騄工程熱力學(xué)[M]北京:高等教育出版社,2007中國煤化工CNMHG