2005年2月農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)第36卷第2期乙醇混合燃料壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的性能李德鋼呂興才張武高黃震【摘要】進(jìn)行了單缸柴油杋燃用乙醇、柴油混合燃料的試驗(yàn),試驗(yàn)燃料為10%、15%乙醇混合燃料和柴油。試驗(yàn)測(cè)試了不同負(fù)荷、不同速度下各種燃料的燃油消耗率、熱效率及排放等指標(biāo)。結(jié)果顯示混合燃料與柴油相比,燃油消耗率有所提髙,HC排放略有增加;但其熱效率提高,煙度和CO、NO,排放有較大幅度降低關(guān)鍵詞:柴油機(jī)乙醇混合燃料性能中圖分類號(hào):TK46+4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A引言發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷特性以及速度特性根據(jù)國標(biāo)GB3743-84《內(nèi)燃機(jī)臺(tái)架測(cè)試方法》進(jìn)行測(cè)量。速度代用燃料的使用不但可以節(jié)約有限的石油資特性的測(cè)量點(diǎn)分別是1200r/min、1400r/min、源,而且可以有效地改善柴油機(jī)的排放。本文進(jìn)行單1600r/min、1760r/min、2000r/min、2200r/min。缸柴油機(jī)燃用乙醇、柴油混合燃料的試驗(yàn),并研究不測(cè)量負(fù)荷特性是在最大扭矩轉(zhuǎn)速1760r/mi和最同比例混合燃料對(duì)發(fā)動(dòng)?xùn)i動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能及有大轉(zhuǎn)速2200r/min下進(jìn)行的。負(fù)荷分別為25%害物排放的影響。50%、75%、90%和100%1試驗(yàn)設(shè)備和方法試驗(yàn)中數(shù)據(jù)的采集根據(jù)國標(biāo)GB3743-84有關(guān)準(zhǔn)則取得,包括:功率、轉(zhuǎn)速、扭矩、燃油消耗率、煙試驗(yàn)用ZS1100型單缸柴油機(jī),其參數(shù)如表1度、排氣溫度、水溫、機(jī)油溫度以及NO2、HC、CO的所示。試驗(yàn)設(shè)備有弈科水力測(cè)功機(jī),弈科FCM油耗體積分?jǐn)?shù)等。儀,FQD-102 Bosch煙度測(cè)試儀, AVL CEB系列氣體排放測(cè)試儀。試驗(yàn)數(shù)據(jù)由弈科試驗(yàn)控制和數(shù)據(jù)采2試驗(yàn)結(jié)果與討論集系統(tǒng)獲得2.1燃油消耗率表1試驗(yàn)用ZS1100型柴油機(jī)的主要參數(shù)圖1是燃用不同配比混合燃料時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油類型單缸、4沖程、直噴消耗率,從圖中可以看出:無論是負(fù)荷特性還是速度額定功率(轉(zhuǎn)速)/kW(r·min-1)12.1(2200)特性,混合燃料的燃油消耗率在變化趨勢(shì)上與柴油最大扭矩(轉(zhuǎn)速)/N·m(r·min-1)58.9(1760)是很相似的直徑×沖程/mm×mm100×115最大扭矩(轉(zhuǎn)速1760r/min,75%負(fù)荷)時(shí),所排量/L有燃料達(dá)到最小燃油消耗率。但是在相同負(fù)荷下的壓縮比燃油消耗率隨混合燃料中乙醇含量的增加而增加,吸氣自然吸氣其中 EthIoN的最小燃油消耗率比柴油高4.1%左冷卻水冷強(qiáng)制潤滑右,而Ethl5D的柴油要高5.6%左右。在額定轉(zhuǎn)速(2200r/min)時(shí),所有燃料在90%油料以θ號(hào)柴油作為基準(zhǔn),分別配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)負(fù)荷處岀現(xiàn)最低燃油消耗率。同樣,相同負(fù)荷下的燃為10%、15%的乙醇混合燃料(以下簡(jiǎn)稱混合燃油消耗率隨著乙醇含量的增加而增加。 Ethnol最料),即 EthIoN、Ethl5D其中所用乙醇為99.7%的小燃油消耗率比柴油提高了1.8%左右,而EthI5D分析級(jí)乙醇H中國煤化工提高4.5%左右CNMHG收稿日期:2003-05-2國家自然科學(xué)資金資助項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):5012216李德鋼上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院博土生,20030上海市呂興才上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院博士生張武高月序數(shù)學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院副教黃震上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院教授博士生導(dǎo)師136農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)2005年不同燃料的燃油消耗率與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系如發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系如圖2c所示。圖lc所示混合燃料和柴油的燃油消耗率的變化規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1200~2200r/min的所有燃料的熱效律十分相似。所有燃料燃油消耗率,轉(zhuǎn)速在1200率變動(dòng)并不大。所有燃料有效熱效率的變化趨勢(shì)是oor/min的變化都不大。在相同轉(zhuǎn)速下,燃油消類似的,不過在相同轉(zhuǎn)速下,燃料的熱效率隨乙醇含耗率隨乙醇含量的增加而増加。所有燃料的最低燃量的增加而增加。油消耗率出現(xiàn)在最大扭矩轉(zhuǎn)速1760r/min附近,EthlωD的最小燃油消耗率比柴油提高了1%左右eEthlSD而Ethl5D的則比柴油提高2.8%左右。H Diese- EthIoNEthIsDIp/%不同燃料的熱效率曲線)全負(fù)荷總體來說,相同負(fù)荷下燃料的熱效率隨乙醇含20014001600180020002200量的增加而增加;當(dāng)轉(zhuǎn)速一定的時(shí)候,熱效率也隨燃料中乙醇含量的增加而增加。這是因?yàn)楫?dāng)乙醇加入柴油以后,混合燃料的能量利用率都得到了提高,混圖1不同燃料的燃油消耗率曲線合燃料的熱效率也就優(yōu)于柴油。燃料中添加乙醇后(a)1760r/min(b)2200r/min(c)全負(fù)荷能夠提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率的原因是乙醇中含有較多的綜上所述,在相同條件下,燃油消耗率隨燃料中氧,氧元素在燃料燃燒過程中起了助燃作用,特別是乙醇含量的增加而増加?；旌先剂蠈?dǎo)致發(fā)動(dòng)?xùn)i燃油在噴霧核心以及周圍旳髙濃度燃料區(qū)域,燃料本身消耗率上升的原因在于燃料添加乙醇后,由于乙醇含的氧使空燃比提高,燃燒過程中的氧更加充足,另的熱值低造成混合燃料的熱值要比柴油低。所以要外乙醇的存在使混合燃料的霧化水平提高,燃料與達(dá)到相同的功率,混合燃料的燃油消耗率要比柴油空氣更好的混合,這些都使燃料可以比較充分的燃略有提高燒。所以乙醇混合燃料的熱效率比柴油有所提高2.2熱效率2.3煙度發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率與負(fù)荷之間的關(guān)系如圖2a、b所所有燃料在負(fù)荷特性和速度特性下的煙度排放示。所有燃料的熱效率的變化趨勢(shì)都是一致的,負(fù)荷測(cè)試結(jié)果如圖3所示。從圖中可以看到,乙醇混合燃特性都是一開始燃料熱效率隨發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷增加而料的煙度比柴油總體上要有下降?；旧想S乙醇含增加,當(dāng)?shù)竭_(dá)最大值后,隨負(fù)荷增加熱效率略有下量的增高,煙度的減少也越大降。燃料在相同負(fù)荷下的熱效率是隨燃料中乙醇含疸涅合榭N低煙度排放的原因是:乙中國煤化工量的增加而增加的。發(fā)動(dòng)機(jī)在最大扭矩時(shí),各種燃料醇CNMHG34.8%,在燃燒過程中達(dá)到最大熱效率。其中Eth1oD的最大熱效率比柴可以飲↓多以氧,兇屺低了燃料濃混合區(qū)缺氧油高1.4%左右,Ethl5D的比柴油高2%左右。在發(fā)的程度,也就在一定程度上抑制了碳煙的生成;另外動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí),各種燃料在9%負(fù)荷時(shí)達(dá)到最大乙醇的沸點(diǎn)比較低,這樣乙醇在氣缸內(nèi)比柴油更容熱效率。數(shù)捃的最大熱效率比柴油高2.2%左易蒸發(fā)霧化,更有利于燃料與空氣的混合,降低了缸右,而Eth15D比柴油高1.5%左右。內(nèi)空燃比的不均勻性,從而降低了碳煙的排放。第2期李德鋼等:乙醇混合燃料壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的性能1372 200r/miDiesel日Eth15DDiesel 2200 r/minbEthethod2 200 r/min圖3不同燃料的煙度曲線(a)1 760 r/min (b)2 200 r/min圖4不同燃料的有害物排放曲線2.4有害物排放(a)HC排放(b)CO排放(c)NO排放各種燃料在不同負(fù)荷下的HC、CO、NO,的排放由圖4給出。圖中可以看出HC排放柴油最低,混所下降?；旌先剂螻O排放比柴油低的原因可能是合燃料都比柴油高。CO排放中,中低負(fù)荷時(shí)柴油最由于混合燃料的十六烷值低,著火延遲增加,從而使低大負(fù)荷時(shí)混合燃料的(O排放比柴油有所降低。滯燃期內(nèi)噴入氣缸的燃油量增加,預(yù)混燃燒增多,至于NO排放,柴油總體上最高,混合燃料中NO,NO排放有增加的趨勢(shì),但同時(shí)由于乙醇的汽化潛排放略有減少熱比柴油高,使缸內(nèi)最高燃燒溫度下降,因此總體上混合燃料HC排放有所升高的原因,可能是由還是有利于NO排放的降低,所以乙醇混合燃料的于混合燃料中乙醇的霧化比較好,因此噴霧中的稀NO排放比柴油降低。薄的區(qū)域比純柴油多,火焰無法傳播到活塞頂岸與3結(jié)束語氣缸壁之間的間隙以及氣缸壁對(duì)火焰的淬熄作用使得間隙中以及壁面附近混合氣中的部分燃料分子根據(jù)試驗(yàn)比較與分析可以看岀,除了混合燃料不能完全燃燒,因此HC排放有所升高。至于CO的燃油消耗率有所提高、HC排放增加以外,發(fā)動(dòng)機(jī)排放,在中低負(fù)荷時(shí)混合燃料燃燒期間稀薄的混合的熱效率反而有所提高,煙度較大幅度下降,CO、氣在著火過程中出現(xiàn)局部火焰窒息,發(fā)生不完全氧NO排放也有所改善。因此,混合燃料適合壓燃式化反應(yīng)生成大量CO;而在大負(fù)荷時(shí)由于混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī),而發(fā)動(dòng)機(jī)本身不需要作任何的改動(dòng)。的燃燒比較充分,所以混合燃料CO排放比柴油有參考文獻(xiàn)杜德興.混合甲醇和乙醇改善柴油機(jī)碳煙排放.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2001,21(6):759~7622王賀武.直噴式柴油機(jī)燃用二甲醚排放特性的研究.內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào),2000,18(1):6~103 P Satge de Caro, Mouloungui Z. Interest of combining an additive with diesel-ethanol blends for use in diesel engineF4 Ajay E A, Bachchan Singh, Bhattacharya T K. Performance of a stationary diesel engine using vapourized ethanol assupplementary fuel. Biomass and Bioernergy,1998,15(6):493~5025 Jeewon Lee. Biological conversion of lignocellulosic biomass中國煤化工 holo,199,56:1-246 Hsieh W D, Chen R H. Engine performance and pollutantHC N MH Gg ethanol-gasoline blendedfuels. Atmospheric Environment, 2002, 36: 403-410