第34卷第1期中國農(nóng)機化學報Vol 34 No2013年1月Journal of Chinese Agricultural MechanizationJan.2013Dol:10.3969/sn.,2095-5553.2013.01.023乙醇柴油混合燃料對柴油機排放特性的影響王旭榮,田國芝(山東交通職業(yè)學院,山東濰坊,261206摘要:分析了乙醇柴油的理化特性;在493Q柴油機上進行了燃用不同比例乙醇和柴油混合燃料的試驗,對比分析了燃用柴油和混合燃料時柴油機的動力性和排放特性。試驗結(jié)果表明,在柴油機參數(shù)和結(jié)構(gòu)不作任何改動的情況下,隨著乙醇摻混比例的增大,動力性有所下降,碳煙和CO的排放明顯降低,HC和NOx略有增加。關(guān)鍵詞:乙醇;柴油機;混合燃料;排放特性中圖分類號:U4734:TK42文獻標識碼:A文章編號:2095-5553(2013)01-0095-04王旭榮,田國芝.乙醇柴油混合燃料對柴油機排放特性的影響[中國農(nóng)機化學報,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對比0引言Tab. 1 Comparation of ethanol and diesel fuel's properties柴油機以其良好的使用性能和動力性能已經(jīng)成為油品參數(shù)單位柴油當今重型道路運輸機械、農(nóng)業(yè)機械和工程機械主要動含氧量%力源。近幾年來,排放法規(guī)的日益嚴格對柴油機的代密度0.82用燃料和低排放燃燒研究提出新的挑戰(zhàn)。發(fā)屐新型清潔含氧代用燃料,對改善柴油機的排放性能、降低對粘度(20℃)石化能源的依賴性和保證能源安全具有重大意義。乙低熱值MJ/k醇具有辛烷值高、汽化潛熱大、熱值較低等特點,乙汽化潛熱30l醇柴油混合燃料能有效減少柴油機的碳煙和微粒排十六烷值40~55放,同時可有效減少對柴油的需求量,作為一種可再自燃溫度200~220生的發(fā)動機代用燃料,具有較為廣闊的發(fā)展前景1-。本文將分析乙醇柴油混合燃料的特點,通過發(fā)動閃點℃機臺架試驗,著重分析在不同負荷條件下,不同配比從表1可以看出,乙醇柴油具有以下特點的乙醇柴油混合燃料對柴油機的動力性、經(jīng)濟性和排l)乙醇的含氧量較高,能改善柴油的燃燒過程放特性的影響規(guī)律,為乙醇柴油的推廣應用提供試驗提高燃燒速率,抑制碳煙的生成;和理論依據(jù)。2)乙醇的密度與柴油接近,乙醇的粘度遠小于1乙醇柴油的理化特性柴油,摻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霧化質(zhì)量;在常溫下,純乙醇能以30%~70%的比例與無水3)乙醇的十六烷值較柴油小很多,隨著乙醇摻柴油互溶。由于乙醇容易吸水,當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,將影量的水分時將出現(xiàn)分層現(xiàn)象,一般需要選用合適的助響到混合燃料的著火性能,因而混合燃料中乙醇的比溶劑來解決兩者的均勻混合問題。本試驗采用正丁醇例不宜過大。為助溶劑。正丁醇屬于烷基醇,也可作為代用燃料參4)乙醇的低熱值約為柴油的低熱值的60%,因與燃燒。表1為乙醇柴油的主要理化性質(zhì)的對比。而燃用乙醇柴油在理診上會導致動力性下降。中國煤化工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:王旭榮,男,1973年生,山東安丘人,碩士,副教授;研究方向為內(nèi)燃機排放與控制。E-mail: wrsd@163com中國農(nóng)機化學報2013年2試驗設(shè)備和方案可以看出,與原機相比較,燃用乙醇柴油混合燃料時,柴油機的功率有所下降,在標定轉(zhuǎn)速時下降的試驗燃料為市售0#柴油(記為E0)與無水乙醇。幅度最大。隨著乙醇摻混比例的增大,燃用E15將乙醇按10%、15%和20%的體積比與柴油混合(分E20時,柴油機的功率較燃用E10時下降的趨勢有所別記為E10、E15和E20),加入總體積2%的助溶劑減小。這是因為:一方面乙醇的熱值僅為柴油的一半正丁,然后經(jīng)高速剪切攪拌等工藝,得到乙醇柴油混左右,導致隨著乙醇摻混比例的增大,功率的下降愈合燃料。加明顯;另一方面,乙醇的十六烷值很低,因而混合試驗發(fā)動機主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。尾氣排放燃料的滯燃期隨乙醇添加比例的增大而延長,同時,測試裝置為 A VL Digas44000型五氣分析儀和 AVL Di乙醇的沸點低、含氧量大,有利于混合燃料的擴散和omke4000型不透光煙度計燃燒,因而隨著乙醇比例的增大,燃燒改善程度增按照內(nèi)燃機臺架性能試驗方法,在標定轉(zhuǎn)速下進大,因而功率下降的趨勢有所下降。行不同配比乙醇柴油混合燃料的發(fā)動機負荷特性對比32對柴油機排放特性的影響試驗,測量排氣煙度、NOx、CO、HC濃度。1)標定轉(zhuǎn)速下燃用不同比例的乙醇柴油混合燃表2試驗用發(fā)動機的主要技術(shù)參數(shù)料時碳煙隨功率的變化曲線見圖2。Tab. 2 Main parameters of diesel engine項目單位參數(shù)EOE10型式直列、立式、強制水冷、四沖程E15燃燒室型式直噴ω型×…E201.2缸數(shù)缸徑0.6沖程mm壓縮比18.2:13040P(kW)排量2.771工作順序1-3-4-2圖2標定轉(zhuǎn)速下碳煙排放的負荷特性曲線Fig. 2 Soot emission of different fuels at rated engine speed標定功率轉(zhuǎn)速 kW/r/min57/3600由圖2可知,中低負荷時,碳煙排放均較低,這最大扭矩/轉(zhuǎn)速N.m/r/min172≤2200主要是由于中低負荷下柴油機缸內(nèi)的過量空氣系數(shù)較大。但當負荷進一步增大后,空燃比下降,碳煙排放3試驗結(jié)果與分析急劇升高。燃用乙醇柴油混合燃料后,由于乙醇的含31對柴油機動力性的影響氧量較大,具有自供氧能力,且乙醇容易蒸發(fā)霧化圖1為燃用不同配比乙醇柴油混合燃料時柴油機燃燒狀況得到改善,因而隨著乙醇摻混比例的增大,的外特性曲線。碳煙排放下降程度增大。2)CO排放隨功率變化的曲線見圖30.08EIO0E|5×…E200040800130018002300280033003800中國煤化工40506CNMHG圖1外特性曲線下cO排放的負荷特性曲線External characteristic curveFig 3 CO emission of different fuels at rated engine speed王旭榮等:乙醇柴油混合燃料對柴油機排放特性的影響可以看岀,CO排放隨著功率的增大先增加后大。這是因為低負荷時,乙醇的氣化潛熱較大,熱值減少。小負荷時,CO排放較高。這是因為乙醇的低,氣缸內(nèi)的溫度較低,摻混比越大,缸內(nèi)溫度越高汽化潛熱導致缸內(nèi)溫度下降,使稀熄火區(qū)增大,低,不利于NO,的生成。負荷的增大后,乙醇較高的不利于CO的繼續(xù)氧化。高負荷時,缸內(nèi)溫度較含氧量一方面能促進燃燒的進行,導致燃燒溫度升高,空燃比較小,乙醇的自供氧能力使缸內(nèi)燃燒狀高,另一方面為NO,生成提供氧,從而導致NO排放況得到改善,CO被進一步氧化,從而導致CO排升高。放下降。3)HC排放的負荷特性曲線見圖4?？梢?燃結(jié)論用混合燃料時HC排放較燃用純柴油略有增加,1)乙醇較高的含氧量,較小的粘度,能改善乙在小負荷時較為明顯。這是由于乙醇較高的氣化醇柴油混合燃料的燃燒和霧化質(zhì)量;而其較小的十六潛熱和較低的十六烷值導致小負荷下缸內(nèi)的溫度烷值和低熱值,會影響到混合燃料的著火性能和發(fā)動較低,燃燒著火性變差,甚至出現(xiàn)局部淬熄。此機的動力性能,因而其摻混比例不宜過大。外,乙醇較好的揮發(fā)性使稀熄火區(qū)增大,特別是2)燃用乙醇柴油混合燃料時,柴油機的功率較小負荷時,過稀和冷激效應更為明顯,從而導致燃用純柴油會有所下降,且下降程度隨轉(zhuǎn)速增加而HC排放增加。增大。3)由于乙醇的含氧量較高,柴油摻燒乙醇后18能顯著的改善柴油機的碳煙和CO排放,HC排放的765432E10變化不大,僅在小負荷略有升高,而乙醇提供的氧和▲El5較高的燃燒溫度會使NO,排放有所升高。參考文獻張煒,宋崇林,等.乙醇/柴油混合燃料醛、酮類污染物排放特性的研究內(nèi)燃機學報,2008,26(3):238~242Zhang Wei, Song Chonglin, et al. Study on carbonyl emissionsfueled with ethanol/diesel blends U圖4標定轉(zhuǎn)速下HC排放的負荷特性曲線Transactions of CSICE, 2008, 26(3 238-242Fig. 4 HC emission of different fuels at rated engine speed[2]李冠峰,陳亮,等.柴油機供油提前角對乙醇/柴油混合燃料經(jīng)濟性的影響[農(nóng)業(yè)工程學報,2006.22(12):90~934)NOx排放的負荷特性曲線見圖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,黃佐華,等.柴油機燃用柴油/乙醇混合燃料的性能與P(kW排放研究[西安交通大學學報,2007,41(3):285-200Ren Yi, Huang Zuohua, et al. Study on the performance and圖5標定轉(zhuǎn)速下NO2排放的負荷特性曲線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,燃用不同種類的燃料時NO排放均隨(3285-290著負荷的增大而增加。這是由于缸內(nèi)燃燒溫度隨著負[S]蔣德明,黃佐中國煤化工荷的增大而升高。NO,在低負荷時隨乙醇摻混比的增大學出版社CNMHG兩安西安交通大而減小,而在高負荷時隨乙醇的摻混比越大而增(下轉(zhuǎn)第106頁)中國農(nóng)機化學報2013年術(shù)的研究[D]上海:華東理工大學,20055石敏,吳正國,等.基于雙小波的短時電壓波動信號檢Wang Xin. AC AC variable frequency speed control system ofJ]電網(wǎng)技術(shù),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]. 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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頁)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中國煤化工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