第13卷第5期v.13N.520年10月Jourmal of Combustion Science and Technologyot.2007乙醇/柴油不同摻醇途徑的性能對比申立中,顏文勝,畢玉華,雷基林(昆明理工大學(xué)交通工程學(xué)院,昆明65022摘要:為了對乙醇柴油混合燃料的應(yīng)用和研究獲取更全面的認(rèn)識,在增壓柴油機(jī)上對比了燃用純柴油時與泵摻法(高壓油泵摻醇)化醇法和蒸氣法(進(jìn)氣道摻醇)對排放性能的影響研究結(jié)果表明,泵摻法的當(dāng)量燃油消耗率優(yōu)于原機(jī);化醇法和蒸氣法在低、中負(fù)荷范圍內(nèi)的當(dāng)量燃油消耗率增大在中、大負(fù)荷范圍內(nèi)接近原機(jī)水平泵摻法的HC排放較原機(jī)有一定的增加;0排放在小負(fù)荷工況略有上升大負(fù)荷時明顯低于原機(jī);NO排放有所下降,排氣煙度顯著降低化醇法和蒸氣法與原機(jī)比較,在所有工況的HC、OO排放均大幅上升;NO排放降低的幅度不大排氣煙度有一定的降低高壓油泵摻醇方式對增壓柴油機(jī)性能的改善效果明顯優(yōu)于進(jìn)氣道摻醇方式關(guān)鍵詞:柴油機(jī);乙醇;摻醇方式;排放中圖分類號:TK464文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號:10058740(2007)05038904Performance Comparison of Ethanol/Diesel Blends Mixedin Different Methods of Diesel EngineSHEN Li-zhong, YAN Wen-sheng, BI Yu-hua, LEI Ji-linFaculty of Transportation Engineering, Kunming Uriversity of Science and Technology, Kunmming 650224, China)Abstract: For a more comprehensive understanding of ethanol/diesel blends application, the comparison experiments of emissionwere caried out on a turbo-charged to study the effects on performance of diesel engine of supplying pure diesel oil and dieselethanol blends mixed by high preseure pump, carburetor and evaporator(ethanol mixed through intake pipe). The results show thatequivalent oil consumption rate by using pump is better than that of the original engine, and that the equivalent oil consumptionrate by using carburetor and evaporator rises at low and medium loads, and is cloee to that o the original engine ad the full loadcondition. By using pump, the emission of HC has a little increase compared with that of the orginal engine; Co dischargeslightly rise at low load conditions, and are obviously lower than that of the original machine at high load conditions: NO, is de-creased to a certain agree and exhaust smoke is reduced notably. By using carburetor and evaporator, HC and co rise sharplycompared with the use of the original machine at all operating conditions: NO, emission is only decreased slightly, and exhaustsmoke is reduced to the extent. Therefore, supplying ethanol through high-pressure oil pump is obviously superior to that through inimproving the discharge performance of dieselKeywords: diesel engine; ethanol; supplying ethanol method; emission能源節(jié)約與資源綜合利用是中國經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展生的清潔燃料已成為具有發(fā)展前景的汽車代用燃料之的一項(xiàng)長遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針.節(jié)約和替代燃料將有利于加快由于柴油機(jī)具有熱效率高及污染排放低等優(yōu)點(diǎn),許我國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整和促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,是促進(jìn)多從事于內(nèi)燃機(jī)的科技工作者長期致力于開展乙醇燃經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的有效途徑之一乙醇作為可再料在裝油機(jī)上的應(yīng)用研2中國煤化工收稿日期:20612-11CNMHG基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(04600云南省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)百(xDo作者簡介:申立中(19),男碩土教授通識作者;申立中,bhn@ public如m,cm科學(xué)與技術(shù)第13卷第5期排放法規(guī)逐漸嚴(yán)格,對減少柴油機(jī)有害排放物提出了進(jìn)一步的要求目前國內(nèi)外在柴油機(jī)上摻燒醇燃2試驗(yàn)結(jié)果與分析料的途徑為通過高壓油泵摻醇和進(jìn)氣道摻醇方式郭英男、許滄粟、何邦全、劉朋和許鋒等在柴圖1為2200mmin負(fù)荷特性時3種摻燒方法的對油機(jī)上以不同方式進(jìn)行了醇燃料與柴油混合摻燒的性比圖1(a)中,3種摻燒方法的有效燃油消耗率b均高能試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果表明,釆用柴油機(jī)高壓油泵摻醇的方于原機(jī),泵摻法優(yōu)于化醇法和蒸氣法圖1(b)為當(dāng)量式,碳煙、微粒(PM排放均明顯改善,NO,排放有所降燃油消耗率b(將乙醇的熱值按純柴油的63%折合低,HC排放增加,CO排放的變化與負(fù)荷有關(guān);采用通為純柴油的燃油消耗率)與負(fù)荷的關(guān)系曲線泵摻法在過柴油機(jī)進(jìn)氣道摻醇的方式碳煙微粒(PM)均明顯改負(fù)荷特性中的當(dāng)量燃油消耗率均優(yōu)于原機(jī),中大負(fù)荷善,NO,有所降低,HC和CO均增加范圍內(nèi)更為明顯;化醇法和蒸氣法在低、中負(fù)荷范圍內(nèi)的當(dāng)量燃油消耗率上升,在中、大負(fù)荷范圍內(nèi)的當(dāng)量燃1試驗(yàn)方法和試驗(yàn)設(shè)備油消耗率接近原機(jī)水平試驗(yàn)用發(fā)動機(jī)為4100Z廢氣渦輪增壓直噴式柴油機(jī)(簡稱原機(jī)),標(biāo)定功率轉(zhuǎn)速為64kW(3200r一日泵化醉mn),最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速為230N·m/(2200rmin),壓縮蒸氣比為175,增壓壓比為22,供油提前角13°CA試驗(yàn)所用主要測試設(shè)備有奧地利AⅥ公司產(chǎn)的 AFA Drive250/48交流電力測功機(jī)、 AVL CEBⅡ直采式廢氣分析儀、AV733連續(xù)油耗儀、AⅥ439濾紙式煙度儀等試驗(yàn)地點(diǎn)的海拔高度為1912m,大氣壓力81負(fù)荷/CN·m)kPa,相對濕度40%-60%,氣溫18-21℃,試驗(yàn)數(shù)據(jù)(a)有效燃油消耗率為實(shí)測數(shù)據(jù)試驗(yàn)用燃油為0號柴油,乙醇為95%濃度的含水乙醇為保證不同摻燒方式獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)一原機(jī)的可比性,在試驗(yàn)過程中,乙醇柴油混合摻比控制在分35015%試驗(yàn)期間未對增壓柴油機(jī)進(jìn)行任何調(diào)整,未添加化醇?xì)馊榛瘎┖捅砻婊钚詣榱松钊肓私庖掖?柴油混合燃料摻燒方式的影響規(guī)律,在廢氣渦輪增壓柴油機(jī)上進(jìn)行了高壓油泵摻醇法(簡稱泵摻法)化醇法和蒸氣法等3種摻醇方式的試驗(yàn)研究,以燃用純柴油為基礎(chǔ),對比了不同摻醇途負(fù)荷/N·m)徑對柴油機(jī)性能的影響因素(b)當(dāng)量燃油消耗率(1)泵摻法是在柴油機(jī)的高壓油泵上安裝一個液圖1負(fù)荷特性的燃油消耗率對比力振動乳化裝置輸送乙醇柴油混合燃料,乙醇與柴油經(jīng)乳化裝置乳化后由泵一管一嘴噴入氣缸內(nèi)燃燒該圖2為外特性時3種摻燒方法的當(dāng)量燃油消耗率裝置具有自主知識產(chǎn)權(quán)其技術(shù)特點(diǎn)是:不對柴油機(jī)結(jié)b對比試驗(yàn)曲線,泵摻法的當(dāng)量燃油消耗率優(yōu)于原構(gòu)進(jìn)行任何調(diào)整,試驗(yàn)過程中可隨時在不停機(jī)的狀態(tài)機(jī);化醇法和蒸氣法的當(dāng)量燃油消耗率接近原機(jī)水平下進(jìn)行摻燒乙醇或燃用純柴油的切換該技術(shù)不要求可以看出泵摻法在摻燒乙醇柴油混合燃料后,在中使用變性燃料乙醇可使用含水乙醇大負(fù)荷區(qū)域的當(dāng)量燃油消耗率得到較好改善的主要原(2)化醇法是在增壓器壓氣機(jī)前安裝化油器,乙因是乙醇為含氧燃料,乙醇的表面張力和黏度低燃料醇通過化油器化醇后經(jīng)增壓器至進(jìn)氣道進(jìn)入氣缸燃噴射中國煤化工料的霧化及可燃混合燒試驗(yàn)期間對化油器適當(dāng)加熱,以提高化醇效果氣CNMHG濃度的混合氣區(qū)域(3)蒸氣法是利用排氣余熱加熱嵌套在柴油機(jī)排而提高太雙平.出丁化胖達(dá)和蒸氣法摻醇是經(jīng)進(jìn)氣氣管上的蒸發(fā)器,乙醇通過蒸發(fā)器氣化后由進(jìn)氣道進(jìn)道進(jìn)入氣缸,各缸乙醇混合氣不均勻過量空氣系數(shù)入氣缸內(nèi)燃燒中下降在低中負(fù)荷范圍內(nèi)會有較多的乙醇混合氣以2007年10月申立中等:乙醇柴油不同摻醇途徑的性能對比末燃醇、HC、CO的形式排出機(jī)外,導(dǎo)致當(dāng)量燃油消耗致HC排放量的大幅上升是難以解決的關(guān)鍵問題.率上升圖3為2200r/min負(fù)荷特性時3種摻燒方法1200的排氣溫度對比曲線化醇法、泵摻法和蒸氣法的排氣口原機(jī)■泵排溫度均低于原機(jī),化醇法更為明顯化醇S蒸氣原泵化蒸負(fù)荷/·m)圖4HC排放對比18002200260030003400轉(zhuǎn)速(·min')蒸氣法摻醇后進(jìn)入氣缸的路徑與化醇法相同,因圖2外特性的當(dāng)量燃油消耗率對比此HC排放的產(chǎn)生原因、規(guī)律和試驗(yàn)結(jié)果與化醇法相似,HC排放均比化醇法有一定的改善,但仍遠(yuǎn)高于泵摻法原機(jī)圖5為3種摻燒方法的CO排放對比圖5表明日泵摻2200r/min時3種摻燒方法的CO排放有較大差異化醇500一蒸氣化醇法和蒸氣法所有工況的CO排放與原機(jī)比較均大幅上升,主要存在幾個方面因素的影響:①在進(jìn)氣道內(nèi)的乙醇蒸氣占據(jù)了一定的氣體容積,柴油機(jī)的過量空氣系數(shù)下降;②乙醇蒸氣預(yù)先充滿氣缸后,缸內(nèi)溫度下降,不利于Co的氧化反應(yīng)過程負(fù)荷/N→m圖3負(fù)荷特性排氣溫度對比口原機(jī)口化醇■泵排囚蒸氣圖4為3種摻燒方法的HC排放對比圖4表明2200rmin時3種摻燒方法的HC排放均比原機(jī)的HC排放有所增加,但出現(xiàn)了明顯的差異性泵摻法時,大、中、小負(fù)荷工況的HC排放較原機(jī)均有一定上升,增加范圍在27%~57%主要原因是摻燒乙醇后柴油機(jī)缸內(nèi)溫度低,乙醇?xì)饣瘽摕岽?缸內(nèi)溫度進(jìn)一步下降及壁面激冷等因素導(dǎo)致HC排放升圖5co排放對比高化醇法時小負(fù)荷工況的HC排放較原機(jī)均有大泵摻法由于乙醇/柴油混合較均勻,并同時噴入燃幅上升增加范圍為39~8倍主要原因是除小負(fù)荷燒室內(nèi),解決了化醇法和蒸氣法不可避免的問題與原工況時缸內(nèi)溫度低、乙醇?xì)饣瘽摕岽蠛妥匀紲囟雀咄?機(jī)比較摻醇后小負(fù)荷工況C排放受缸內(nèi)溫度下降關(guān)鍵是摻人乙醇的途徑是通過進(jìn)氣道進(jìn)人氣缸內(nèi),在的影響均略有上升,中等負(fù)荷工況的c0排放變化不壓縮過程中部分乙醇蒸氣被擠人活塞活塞環(huán)和氣缸大大負(fù)荷工況的CO排放均明顯低于原機(jī)燃用純柴壁構(gòu)成的間隙內(nèi)(狹隙效應(yīng)),柴油噴射時乙醇不能油的水平與柴油均勻混合,在排氣過程中部分以未燃醇和HC中國煤化工放對比圖6表明的形式排出機(jī)外另一方面由于乙醇通過進(jìn)氣歧管進(jìn)20的NO,排放均比人氣缸,還存在各缸乙醇混合不均勻的問題因此化原機(jī)利CNMH種摻燒方式與原機(jī)醇法和蒸氣法與點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)HC排放高的部分特征NO排放的規(guī)律基本一致,表明乙醇的氣化潛熱作用相似乙醇通過進(jìn)氣道進(jìn)人氣缸內(nèi)進(jìn)行摻燒的方法導(dǎo)在燃燒過程中會降低燃燒溫度,能減少NO,的產(chǎn)生燃燒科學(xué)與技術(shù)第13卷第5期(3)化醇法和蒸氣法控制有害排放物的效果基本接近,所有工況的HC、C0排放與原機(jī)比較均大幅上升;NO排放降低幅度不大,排氣煙度有一定降低(4)高壓油泵摻醇方式對增壓柴油機(jī)性能的改善效果明顯優(yōu)于進(jìn)氣道摻醇方式參考文獻(xiàn):負(fù)荷/0N·m[1]周龍保.內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005Zhou Longbao. Internal- Combustion Engine Study [M].Bei圖6NO2排放對比jing: China Machine Press, 2005(in Chinese[2]何學(xué)良,詹永厚,李疏松.內(nèi)燃機(jī)燃料[M].北京:中國圖7為3種摻燒方法的煙度對比圖7表明2200石化出版社,1999rmin時3種摻燒方式和原機(jī)煙度的規(guī)律有一定的差He Xueliang, Zhan Yonghou, Ii Shusong. Fued of internal異,小負(fù)荷時,蒸氣法和化醇法有一定的降煙效果,泵Combustion Engine [M]. Beijing: China Petro-Chemical Pub-摻法具有較明顯的降煙效果;中負(fù)荷時泵摻法的煙度[3]郭英男,譚滿志,劉金山自然吸氣直噴壓燃式發(fā)動機(jī)降幅約為23%~42%,化醇法約為8%~21%,蒸氣法燃用柴油醇的性能和排放[]內(nèi)燃機(jī)學(xué)報,205,23(1)約為10%~12%;大負(fù)荷時,泵摻法的煙度降幅約為52-5732%~38%,化醇法約為0~21%,蒸氣法約為1%Guo Yingnan, Tan Manzhi, Liu Jinshan. The performanoe and17%由于蒸氣法產(chǎn)生的乙醇蒸氣有較高的溫度,降低discharges of firewood ethyl alcohol with the type of nature in了對進(jìn)氣溫度的吸熱能力,又占據(jù)了較多的氣體容積spires straight spurts Compression burning engine [J].Transac柴油機(jī)的過量空氣系數(shù)下降,導(dǎo)致蒸氣法在各種工況tions f CSICE, 2005, 23(1): 52-57 (in Chinese)下的降煙效果相對較弱試驗(yàn)結(jié)果表明,泵摻法的降煙[4]許滄粟,杜得興.含水乙醇在內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用[].內(nèi)燃機(jī)效果明顯優(yōu)于化醇法和蒸氣法工程,2004,25(4);4649Xu Cangshu, Du Dexing. The application of ethyl alcohol口原機(jī)25}■泵排bustion Engine Projedt, 2004, 25(4): 4649(in Chinese)[5]何邦全,王建昕,郝及明.著火改進(jìn)劑對乙醇柴油燃料排放特性的影響[].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報,2003,21(6):419422.He yangquan, Wang Jiamin, Hao Jiming. The fire improvementdicinal influence to the diesel oil fuel discharges characteristic[]. Transactions of CS/CE, 2003, 21(6): 419-422(in Ch負(fù)荷/N·m)6]劉朋,宋崇林,張延鋒,等,乙醇柴油混合燃料對柴圖7煙度排放對比油機(jī)性能及排放的影響[門.內(nèi)燃機(jī)學(xué)報,2003,9(4)3結(jié)論of ethyl alcohol diesel oil blended fuel to the diesel engine per-(1)泵摻法的當(dāng)量燃油消耗率優(yōu)于原機(jī),中、大負(fù)formance[J]. Transactions of CSICE, 2003, 9(4): 300-305(in荷范圍內(nèi)更為明顯;化醇法和蒸氣法在低、中負(fù)荷范圍內(nèi)的當(dāng)量燃油消耗率上升,在中、大負(fù)荷范圍內(nèi)接近原[7]許鋒,楊曉英,杜寶國,等.柴油機(jī)燃用乙醇復(fù)合柴機(jī)水平實(shí)驗(yàn)研究[J.大連理工大學(xué)學(xué)報,2003,43(5):60613(2)泵摻法的HC排放均較原機(jī)有所上升;小負(fù)荷Xu Feng, Yang Xiaoying, Du Boog, a al. The experimental shady工況的Co排放略有上升,中負(fù)荷工況的CO排放變化中國煤化工 t campound deed a[r]不大大負(fù)荷工況的CO排放均明顯低于原機(jī);NO排,200,4B(5):6)63iCNMHG放有一定的降低排氣煙度降低明顯