新技術(shù)新工藝2012年第12甲醇柴油燃料的試驗(yàn)研究劉瓊瓊1,王賢軍2(1.淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇淮安223003;2.重慶長安新能源汽車有限公司,重慶401120)摘要:云內(nèi)4100QBZL柴油機(jī)分別采用MD20、MD10、MD5甲醇柴油與0柴油時,對其動力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性等方面進(jìn)行了研究。試驗(yàn)表明,隨著摻燒甲醇添加量的増加,動力性略有下降;采用甲醇柴油在經(jīng)濟(jì)性上要優(yōu)于柴油;尾氣中的CO、HC排放都下降明顯;在甲醇添加量超過20%時,出現(xiàn)增加甚至超過柴油工況的情況,而隨著甲醇添加量的增加,NOx呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢關(guān)鍵詞:柴油杋;甲醇柴油;動力性;經(jīng)濟(jì)性;排放性中圖分類號:TK16文獻(xiàn)標(biāo)志碼:AResearch on the Experiment of Performance of the Methanol Diesel FuelLIU Qiongqiong, WANG Xianjun2(1. Huaian Information Vocational Technology College, Huaian 223003, China2. Chongqing Changan New Energy Vehicle Co, Ltd, Chongqing 401120, China)Abstract: This paper made a research of power performance, fuel efficiency and emission 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 amount of more than 20% methanol, CO and HC in the exhaust emission will increase even some condition than in the condition of diesel. And along with the increase of adding amount of methanol, NOx will increase, and then decreaseKey words: Diesel engine, Methanol diesel, Power performance, Fuel efficiency, Emission behavior能源是人類生存和發(fā)展的最重要因素之一,隨能夠更加充分地燃燒,從而降低了尾氣中CO和著石油儲量的減少及生態(tài)環(huán)境的惡化,能源危機(jī)和HC的排放量,同時,甲醇本身含O,從而減少了空環(huán)境污染已經(jīng)成為當(dāng)今社會最為關(guān)注的問題。由于氣的使用量,使進(jìn)入發(fā)動機(jī)內(nèi)的N2含量減少,尾氣汽車保有量的不斷增加,能源危機(jī)和環(huán)境污染的狀中的NOx排放量也相應(yīng)減少。因此,采用甲醇燃料況變得更加嚴(yán)重。因此,開發(fā)汽車替代燃料以及新能有效地控制汽車對大氣的污染。目前,甲醇的市能源汽車是能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要方向場價格為2300元/t,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于柴油的價格;所以,新能源汽車是相對于以汽油、柴油為主要燃料將甲醇作為發(fā)動機(jī)燃料,在經(jīng)濟(jì)方面具有獨(dú)特的優(yōu)的傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車而言。與傳統(tǒng)汽車不同,我國新勢。能源汽車發(fā)展與國際基本同步。我國新能源汽車發(fā)清潔甲醇柴油是在國標(biāo)輕柴油中按體積或質(zhì)量展應(yīng)該是各種方式并存,替代燃料、混合動力、電動比加入變性燃料甲醇配制而成的一種環(huán)保節(jié)能燃汽車都需要大力發(fā)展。雖然天然氣汽車、混合動力料。甲醇柴油的動力性、經(jīng)濟(jì)性以及排放性等指標(biāo)汽車等已經(jīng)普遍示范和運(yùn)行,但是作為新型清潔能與其物理化學(xué)性質(zhì)和燃燒特性是緊密相關(guān)的。表1源—甲醇柴油汽車的應(yīng)用領(lǐng)域目前還是空白,所為甲醇和柴油的物理化學(xué)特性以本文就甲醇柴油在柴油車上應(yīng)用的可行性作了進(jìn)表1甲醇和柴油的部分物理化學(xué)特性步的試驗(yàn)分析密度黏度自燃甲醇柴油燃料的特性/k·L/℃2t)汽化潛熱/20℃)(閉)溫度/mPa·s甲醇燃料是一種新型的替代能源,在產(chǎn)品性能和實(shí)際應(yīng)用方面都具有很大的優(yōu)勢,相對于石油燃醇0.79264.50.6113-97.847012料,甲醇分子量小、沸點(diǎn)低、霧化性能好、燃燒充分柴0.82~180~3.010~270~0.2845~65可以大大改善發(fā)動機(jī)的燃燒性能,減少積碳的產(chǎn)生油86中國煤化工大大減少發(fā)動機(jī)氣缸及活塞表面的磨損,延長發(fā)動從表1CNMH使油要低很多,機(jī)的使用壽命。由于甲醇是含氧燃料,在發(fā)動機(jī)內(nèi)這說明甲醇蒸發(fā)快,有助于燃油空氣混合氣的快速《新技術(shù)新工藝》設(shè)計(jì)計(jì)算與試驗(yàn)研究設(shè)計(jì)計(jì)算試驗(yàn)研究形成利于完全燃燒;甲醇的凝點(diǎn)比柴油低得多,所溶的問題,設(shè)計(jì)原理如圖1所示。以在環(huán)境溫度低時不會出現(xiàn)油路堵塞現(xiàn)象;甲醇的限壓黏度比柴油低,因此,其破碎和霧化程度也更好,這對以噴射方式供給燃料的內(nèi)燃機(jī)有利;柴油機(jī)的著流量計(jì)流量計(jì)甲醇箱火性能受很多因素影響,其中最主要的是燃料的十至發(fā)動機(jī)進(jìn)六烷值及自燃溫度;十六烷值是衡量柴油機(jī)中著火延遲期的最主要指標(biāo),其值越高,在柴油機(jī)中壓燃著油濾火越快;其值越低,壓燃著火就越慢,甲醇的十六烷值僅為3,約為柴油的1/20,按照國家標(biāo)準(zhǔn),要想使三通開關(guān)離器噴油泵發(fā)動機(jī)柴油機(jī)獲得比較穩(wěn)定的燃燒,要求十六烷值在40以上,由此可見,甲醇在壓燃式發(fā)動機(jī)上使用時的著火圖1不使用助溶劑的油箱設(shè)計(jì)圖性能比較差。該方案設(shè)計(jì)了2個主油箱,即1個甲醇箱和1表2給出了甲醇和柴油燃料的質(zhì)量、體積低熱個柴油箱使甲醇與柴油分2路進(jìn)入噴油泵,以更加值以及理論混合氣質(zhì)量、體積低熱值。由表2可以精確地控制進(jìn)入發(fā)動機(jī)的燃油量。在每條油路上都看出,甲醇的質(zhì)量及體積低熱值均為柴油質(zhì)量及體安裝有流量計(jì),并采用三通開關(guān)控制進(jìn)人發(fā)動機(jī)的積低熱值的46%左右。雖然甲醇的質(zhì)量及體積低燃油量,這樣可以根據(jù)發(fā)動機(jī)的工作需要選擇合適熱值較低;但是其在理論空燃比下形成的混合氣質(zhì)的三通開關(guān)開度,并根據(jù)流量計(jì)控制,使進(jìn)入發(fā)動機(jī)量低熱值卻比柴油略小,而理論混合氣體積低熱值的甲醇和柴油達(dá)到要求的比值。同時,改變發(fā)動機(jī)要高于柴油。這表明柴油發(fā)動機(jī)用甲醇在理論混合噴油泵附近的油路,使甲醇和柴油分別經(jīng)過濾清后氣下并不會導(dǎo)致較大的發(fā)動機(jī)功率降低,甚至還有再進(jìn)入噴油泵,從而可以很容易地改變甲醇與柴油可能增加發(fā)動機(jī)的功率輸出。這主要是因?yàn)榘l(fā)動機(jī)的配比每個工作循環(huán)發(fā)出的功是由每個工作循環(huán)氣缸內(nèi)理試驗(yàn)采用云內(nèi)4100QBZL柴油機(jī),缸徑為100論混合氣熱值轉(zhuǎn)化而來的,也就是說,盡管甲醇的質(zhì)mm,行程為115mm,壓縮比為17。對調(diào)配好的甲量及體積熱值比柴油要低;但只要每個循環(huán)多加燃醇柴油MD20、MD0、MD5(甲醇與柴油的體積比料,發(fā)動機(jī)燃用甲醇時依然可以發(fā)出與燃用柴油時分別為20%、10%、5%)和0#柴油的動力性、經(jīng)濟(jì)同樣甚至更大的功率性、排放性做了比較。試驗(yàn)所用的主要設(shè)備見表3。表2甲醇與柴油的幾種熱值表3發(fā)動機(jī)臺架主要測量儀器及設(shè)備理論混合氣理論混合氣儀器名稱型號規(guī)格生產(chǎn)廠家繒料質(zhì)量低熱值體積低熱值質(zhì)量低熱值體積低熱值//MJ·kg-1/MJ·L試驗(yàn)用發(fā)動機(jī)云內(nèi)動力/MJ·kg-1MJ·m-3水力測功機(jī)ED 30D日本株式會社甲19.923.75電子秤沈陽龍騰電子儀器公司柴油42.5~42.834.85~36.812.89~2.913.54~3.56油耗計(jì)FP.2240H日本株式會社目前,國內(nèi)在甲醇柴油的調(diào)配以及開發(fā)應(yīng)用方上海同圓環(huán)?？萍加蠺OCEIL20N125面已經(jīng)取得了重大成果,解決了甲醇與柴油的互溶空氣流量計(jì)限公司性及甲醇柴油的閃點(diǎn)低穩(wěn)定性差腐蝕溶脹性等難不透光煙度計(jì)AV4 ooo(Dismal奧地利AML公司題;而且通過加入助溶劑,提高了甲醇柴油的十六烷五氣分析儀AVL40001奧地利AVL公司值動槽水銀氣壓表DYM. I長春氣象儀器廠通風(fēng)干濕溫度計(jì)DHM2天津氣象儀器廠2發(fā)動機(jī)試驗(yàn)及系統(tǒng)測試溫度控制指示儀WM2K,01上海醫(yī)用儀表廠2.1油路調(diào)整方案9支組石油密度計(jì)650~1010g/mt上海醫(yī)用儀表廠通過研究發(fā)現(xiàn),為了實(shí)現(xiàn)甲醇和柴油的互溶,通2.2試驗(yàn)結(jié)果及分析常要加人大量的助溶劑,而目前并沒有一種高效的2.2.1動力性分析助溶劑能使甲醇和柴油很好地實(shí)現(xiàn)互溶,這就導(dǎo)致發(fā)動甲醇柴油的成本增加。為了能夠使用甲醇柴油且降外特性下中國煤化工和柴油后,在、圖3所示。CNMH低成本,特設(shè)計(jì)了一種油路,可以解決甲醇與柴油互可以明顯看山,友機(jī)燃出中辟后,功率和轉(zhuǎn)矩都有《新技術(shù)新工藝》設(shè)計(jì)計(jì)算與試驗(yàn)研究新技術(shù)新工藝2012年第12期了不同程度的下降,摻燒的甲醇量越大,功率和轉(zhuǎn)矩柴油一M柴油MD5一MD10MD2的下降就更明顯。試驗(yàn)過程中發(fā)動機(jī)一直運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)柴油柴油MD10 . MD20MD10一61功率/kW功率/kw圖62000r/min時圖72000r/min時排放CO對比排放HC對比16002000240028001600200024002800819003 -+-MD1O轉(zhuǎn)速/r轉(zhuǎn)速/rmin1MD20-iw-MD20圖2功率對比3轉(zhuǎn)矩對比2.2.2經(jīng)濟(jì)性分析發(fā)動機(jī)在外特性下燃用柴油、MD5、MD10功率/kWMD20的有效燃油消耗量比較圖如圖4所示。由圖圖82000r/min時2000r/min時4可知,發(fā)動機(jī)的有效燃油消耗量和小時油耗都有排放NOx對比opac對比不同程度的上升,且甲醇含量越高增長越明顯,每條CO在該工況下升高相同的原因外,還有甲醇的高線的升高趨勢基本相同。經(jīng)過計(jì)算,在外特性最大汽化潛熱值使得缸內(nèi)溫度降低,燃燒速度放慢,進(jìn)轉(zhuǎn)速時,MD5、MD10、MD20的有效燃油消耗分別步加劇了壁面的淬熄效應(yīng)和狹縫效應(yīng),導(dǎo)致了HC比柴油上漲了2.4%、7%12.8%。排放的進(jìn)一步增高。發(fā)動機(jī)燃用柴油、MD5、MD10、MD20在負(fù)荷燃用MD5的NOx排放量比燃用純柴油要多,特性2000r/min時的有效燃油消耗量比較圖如圖MD10比純柴油略低,而MD20要比純柴油下降很5所示。由圖5可知,其經(jīng)濟(jì)性和外特性相似,即隨多。這是因?yàn)樵诘捅壤龝r,甲醇的物理性、含氧特性著甲醇含量的增加,油耗也在增加。及“微爆”起主導(dǎo)作用,改善了霧化和燃燒,使得燃燒柴油一柴油MD5溫度有所上升,在排氣溫度中也有所體現(xiàn);再則,甲MDIOAD20MDIO -. MD20醇為含氧燃料,本身有自供氧效應(yīng),減少了混合氣氧的需要量,兩者共同導(dǎo)致了NOx排放的增加。當(dāng)甲醇含量增加時,NOx排放下降主要是由于甲醇低的多少1600202402802十六烷值使得甲醇柴油壓燃困難,燃燒變差,缸內(nèi)溫4565度降低;另外,高的汽化潛熱又使得缸內(nèi)溫度進(jìn)一步轉(zhuǎn)速rm功率/kW降低。此時盡管缸內(nèi)O2充足;但是由于溫度的降圖4有效燃油消圖52000r/min時有效低,導(dǎo)致NOx排放下降。耗率對比燃油消耗率對比opac用來表示柴油機(jī)的煙度,由圖9可知,柴2.2.3排放性分析油機(jī)燃用柴油時大碳煙(CO2)排放均比燃用甲醇柴發(fā)動機(jī)在負(fù)荷特性2000r/min時的CO、HC、油時要高。NOx常規(guī)排放以及opac(不透光度)的對比圖如圖通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),柴油機(jī)燃用甲醇柴油后的動力6~圖9所示。由圖6~圖9可知,與柴油相比,發(fā)性小幅度下降。單純從油耗質(zhì)量方面來看,經(jīng)濟(jì)性動機(jī)使用甲醇柴油時CO排放顯著下降,這主要是下降不明顯,但是考慮到綜合經(jīng)濟(jì)性,甲醇柴油要好甲醇的物理性和含氧特性所致。甲醇的低沸點(diǎn)和黏于柴油,排放CO、HC都下降明顯。而NOx在甲醇度及“微爆”作用改善了混合氣的形成和燃燒;同時,添加量較少時排放較高,在甲醇添加量較大時排放由于甲醇是含氧燃料,燃燒時提高了富油區(qū)氧的含下降,碳煙的排放大幅度下降。量,有助于減少因缺氧而生成的CO的排放量HC的排放量也顯著下降,在甲醇含量較小時,3結(jié)語HC排放降低的原因也是由于甲醇的物理性及含氧本文主中國煤化工動機(jī)摻燒甲醇特性改善了混合氣的形成和燃燒,減少了HC的排后,隨著甲CNMHG驗(yàn)研究。通過放量。當(dāng)甲醇含量增高時,HC升高的原因除了與臺架試驗(yàn)得出結(jié)論:動力性卜降明顯,但是下降42《新技術(shù)新工藝》設(shè)計(jì)計(jì)算與試驗(yàn)研究設(shè)計(jì)計(jì)算試驗(yàn)研究擠瓜態(tài)AZ61鍰合金真空擴(kuò)散焊接試驗(yàn)研究林飛,孫路路,孟慶森(太原理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,山西太原030024)摘要:采用再結(jié)晶退火的方式,細(xì)化擠壓態(tài)AZ61鎂合金晶粒,并將細(xì)化后的鎂合金進(jìn)行真空擴(kuò)散焊接研究。剪切強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表明,在連接壓力為10MPa和真空度為18Pa的條件下,擴(kuò)散溫度為470℃、保溫時間為90min時可得到最大剪切強(qiáng)度51.95MPa。試驗(yàn)分析表明,擴(kuò)散溫度和保溫時間是擴(kuò)散焊接接頭性能的主要影響因素。對擴(kuò)散焊接頭及其周圍區(qū)城進(jìn)行顯微硬度測量發(fā)現(xiàn),焊縫處的顯微硬度最大,偏離焊縫沿母材方向的顯微硬度逐漸減小。關(guān)鍵詞:真空擴(kuò)散連接;AZ61鎂合金;再結(jié)晶退火;剪切強(qiáng)度中圖分類號:TG457文獻(xiàn)標(biāo)志碼: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 recrystallization 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, thmaximum 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 hardnessurement data of diffusion welding joint and base metal showed that the maximum micro hardness was at the weldingand the farther from weld joint, the lower the micro hardness value.Key words: Vacuum diffusion bonding, AZ61 magnesium alloy, Recrystallization annealing, Shearing strength鎂合金作為金屬結(jié)構(gòu)材料,因其密度小高阻尼接頭性能無法得到保證。這主要是由鎂合金熔點(diǎn)性、高導(dǎo)熱性、高電負(fù)性、抗振抗電磁干擾和易回收低,熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)大和易氧化的性質(zhì)決定的性等優(yōu)點(diǎn),在各行各業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛,鎂合金鎂合金的焊接問題主要是晶粒長大嚴(yán)重、易氧化揮的焊接問題逐漸成為人們研究的熱點(diǎn)。采用常規(guī)的發(fā)、熱應(yīng)力大、焊縫易塌陷、易形成熱裂紋等,極大地焊接方法焊接鎂合金,焊后容易出現(xiàn)各種缺陷使其限制了鎂合金應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)展23)。AA4s_恰幅度并不成線性關(guān)系;2)油耗量下降明顯,但是考慮1518到綜合的經(jīng)濟(jì)性,甲醇柴油要好于柴油;3)CO、HC[4]汪洋,王靜,史春濤,等,甲醉發(fā)動機(jī)排放特性的研究排放都下降明顯,只有在甲醇添加量超過20%時才LJ].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報,2007,25(1):73-76出現(xiàn)增加,而NOx在甲醇添加量較少時的排放較高,[5]蔣德明陳長佑楊嘉林等.高等車用內(nèi)燃機(jī)原理:下冊M].西安:西安交通大學(xué)出版社,2006甲醇添加量較大時的排放下降,CO2排放一直下降[6]張志沛.汽車發(fā)動機(jī)原理[M].北京:人民交通出版社,參考文獻(xiàn)2002.[冂]王艷華,鄭國章.甲醇燃料在車用發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用研究[]劉生全,馬志義,王平福,等,車用甲醇汽油燃料技術(shù)性.內(nèi)燃機(jī)工程,2005,26(2):22-25能[J.長安大學(xué)學(xué)報,2007(4):88-90[2]張俊強(qiáng),盧紅兵,王錫斌,等.直噴式柴油機(jī)燃用甲醇柴作者簡介:劉瓊瓊(1985-),女,助教,主要從事汽車新能源油混合燃料的燃燒及排放特性[].燃燒科學(xué)與技術(shù),2004與節(jié)能技術(shù)方面的研究工作。(2):171-175.通信作者:強(qiáng)H中國煤化工[3]魏遠(yuǎn)文,田維,黃海波,等.ZS1100柴油機(jī)燃用甲醇柴油收稿日期:201CNMHG混合燃料的試驗(yàn)研究[J].小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車,2007(3):責(zé)任編輯李思文《新技術(shù)新工藝》設(shè)計(jì)計(jì)算與試驗(yàn)研究