路與汽運(yùn)Highways & Automotive applications總第164期單缸柴油杋燃用油酸甲酯乙醇混合燃料的性能劉紅梅,趙旭毅,李江,楊璐(長安大學(xué)汽車學(xué)院,陜西西安710064)摘要:為了研究油酸甲酯乙醇混合燃料在柴油機(jī)上的應(yīng)用,在一臺單缸直噴柴油機(jī)上進(jìn)行100%油酸甲酯(YSME)和5%無水乙醇十95%油酸甲酯(E5)燃燒特性、經(jīng)濟(jì)性與排放特性對比試驗(yàn),分析了柴油機(jī)燃用兩種燃料時(shí)的燃燒壓力、放熱率、經(jīng)濟(jì)性和排放特性。結(jié)果表明,與YSME相比,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n為1500r/min、負(fù)荷P。為0.531MPa時(shí),E5最大然燒壓力和最大燃燒放熱率均有所增加;在小負(fù)荷時(shí),E5有效燃油消耗率和有效能量消耗率増加,在中等負(fù)荷時(shí)接近,在大負(fù)荷時(shí)略有減少;NO,與HC排放增加;碳煙與CO排放明顯降低。關(guān)鍵詞:汽車;直噴式柴油機(jī);生物柴油;燃燒壓力;放熱率;有效燃油消耗率;有效能耗率;排放特性中圖分類號:U473.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號:1671-2668(2014)05-0018-04隨著石油資源的日益枯竭,人們意識到應(yīng)擴(kuò)展于以價(jià)格為主的多方面原因,純生物柴油應(yīng)用較少,對可再生能源的探索。生物柴油是指以種植或野生大多是以一定的比例和礦物柴油混合形成生物柴油油料作物提煉的植物油脂及各類動(dòng)物油脂、廢棄餐與礦物柴油的混合燃料飲油等為原料油,通過酯交換工藝制成的甲酯或乙目前國內(nèi)外專家學(xué)者對各種原料生物柴油的燃酯燃料。由于生物柴油與普通礦物柴油的理化特性燒特性和排放特性進(jìn)行了深人研究。生物柴油是由比較接近,大量試驗(yàn)證明,可供內(nèi)燃機(jī)使用。目前由各種脂肪酸甲酯組成的,一般生物柴油都含有棕櫚幸來幸衤幸衤幸詟幸衤幸素幸衤臺幸幸幸幸來淼來衤幸幸衤幸幸幸詟幸幸幸幸幸幸幸來幸來素來來幸幸*素幸素幸幸幸辛幸來幸素幸幸幸幸幸幸幸素業(yè)研究,2010(5)6結(jié)語2]陳虹.上汽自主品牌產(chǎn)品開發(fā)的架構(gòu)策略[J].汽車工A-SUV是基于架構(gòu)思想,在現(xiàn)有轎車平臺基程,2010,32(6)礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展,進(jìn)行正向設(shè)計(jì)的結(jié)果,由此完成的3]李瑞源.美式冒險(xiǎn)主義:SUV[J.汽車實(shí)用技術(shù),2005某小型SU車型已成功上市,以此為基礎(chǔ)申報(bào)的設(shè)計(jì)項(xiàng)目在中國(無錫)國際工業(yè)設(shè)計(jì)博覽會(huì)上獲得4]唐波,趙曉紅越野型SUV與城市型SUv的博弈]最佳創(chuàng)意獎(jiǎng)汽車與配件,2012(18)A-SUⅴ是兩廂轎車平臺的擴(kuò)展和延伸,設(shè)計(jì)]徐維新,林鶴雄,郭平爾.現(xiàn)代汽車新技術(shù):設(shè)計(jì)·能過程中相對于兩廂轎車作了大量更改,相關(guān)的性能源·環(huán)境[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,19996]GB/T19234-2003,乘用車尺寸代碼[S]設(shè)計(jì)、分析校核必須同步進(jìn)行,以確保設(shè)計(jì)質(zhì)量、降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn);零部件設(shè)計(jì)中也需根據(jù)總體設(shè)計(jì)方案7]黃金陵.汽車車身設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,進(jìn)行細(xì)化完善,確保總體設(shè)計(jì)方案的最終實(shí)現(xiàn)8]余志生.汽車?yán)碚揫M].第5版.北京:機(jī)械工業(yè)出版鑒于兩廂轎車與SUⅤ之間在車型上存在的較社,2009大差異,采用在兩廂轎車(H30值通常較小)基礎(chǔ)上[9]劉惟信汽車設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2001.直接通過加大輪胎增大離地間隙實(shí)現(xiàn)SUV設(shè)計(jì)的10]中國創(chuàng)新設(shè)計(jì)獎(jiǎng)評委會(huì)2012創(chuàng)新盛典中國創(chuàng)新設(shè)技術(shù)路線顯然是不合適的,這樣設(shè)計(jì)出來的車只能Ht中國煤化工P;wd-exp是一種跨界車CNMHG=20120604000參考文獻(xiàn)[1]王常友.SUV市場:高速增長格局多樣[J.汽車收稿日期:2014-05-052014年第5期劉紅梅,等:單缸柴油機(jī)燃用油酸甲酯♂醇混合燃料的性能樹甲酯、油酸甲酯、亞油酸甲酯、亞麻酸甲酯等,其中分別為100%油酸甲酯(YSME)、5%無水乙醇十油酸甲酯是各種原料生物柴油的主要組分之一。該95%油酸甲酯(E5,為體積百分比)。文在油酸甲酯中摻入乙醇形成混合燃料,對比兩種燃料的燃燒特性、經(jīng)濟(jì)性與排放特性,為豐富柴油機(jī)2試驗(yàn)結(jié)果與性能研究替代燃料提供一定的思路。2.1燃燒特性試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與測試儀器燃燒特性試驗(yàn)在單缸柴油機(jī)上進(jìn)行。在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n為1500r/min、負(fù)荷P為0.531MPa條燃燒特性試驗(yàn)所用發(fā)動(dòng)機(jī)及相關(guān)測試儀器見表件下,YSME和E5的燃燒壓力對比和放熱率對比1和表2,兩種燃料的主要特性見表3。試驗(yàn)用燃料分別見圖1和圖2。表1試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)參數(shù)名稱參數(shù)值8發(fā)動(dòng)機(jī)型號zH1105W單缸直噴柴油機(jī)三6缸徑/mm活塞行程/出職2YSME壓縮比排量/L0.99620-100標(biāo)定功率/kW11.03曲軸轉(zhuǎn)角/℃CA噴油提前角上止點(diǎn)前22°最大扭矩對應(yīng)轉(zhuǎn)速/(r·minl500圖1n為1500r/min、Pm為0.531MPa條件下兩種燃料燃燒壓力對比表2試驗(yàn)用測試儀器測試儀器名稱燃燒分析儀CB566YSME電荷放大器0.10壓力傳感器Kistler0.05光電傳感器0.00曲軸轉(zhuǎn)角發(fā)生器發(fā)動(dòng)機(jī)排氣分析儀奧地利 AVL Digas4000部分流不透光煙度計(jì)奧地利 AVI Dismoke40000曲軸轉(zhuǎn)角/℃CA表3燃料的主要特性2n為1500r/min、Pm為0.531MPa條件下乙醇兩種燃料燃燒放熱率對比指標(biāo)油酸甲酯分子式Clg H36 OH OH從圖1、圖2可看出:E5(95%油酸甲酯+5%乙分子量醇)的壓力、壓力升高率和放熱率的變化趨勢與油酸熔點(diǎn)/℃117.3甲酯(YSME)一致。與YSME相比,E5峰值燃燒沸點(diǎn)/℃218.5壓力和峰值瞬時(shí)燃燒放熱率增加,分別增加3.91%質(zhì)量低熱值/(MJ·kg1)和29.32%。這是因?yàn)橐掖己趿扛?導(dǎo)致混合燃27.2料氧含量增加講而加快了怏燒速度,改善了局部缺密度/(g·cm-3)0.789氧條件中國煤化工一方面,乙醇汽化水分/%吸熱導(dǎo)CNMH然燒準(zhǔn)備期內(nèi)形成氧含量/%34.8的可燃混合氣數(shù)量增加。兩方面的因素共同導(dǎo)致酸值/( meKon·g-1)E5的相應(yīng)指標(biāo)全部增加。公路與汽運(yùn)2014年9月2.2經(jīng)濟(jì)性對比圖3、圖4分別為n為1500r/min時(shí),不同負(fù)l000荷下燃用E5和YSME的有效燃油消耗率對比和有效能量消耗率對比600EH YSME5n為1500r/min時(shí)的負(fù)荷特性NO4排放對比2000.00.10.20.3040.50.6缸內(nèi)燃燒溫度増加的趨勢。兩方面的因素共同導(dǎo)致P./MPaNO排放在富氧條件下增多圖3n為1500r/min時(shí)不同負(fù)荷下兩種燃料比油耗對比2.3.2碳煙排放圖6為轉(zhuǎn)速n為1500r/min時(shí)的負(fù)荷特性碳煙排放對比T YSME口E5HYSME0.00.10.30.40.50.6P/MPa0.1圖4n為500r/min時(shí)不同負(fù)荷下兩種燃料比能耗對比0.00.10.20.30.40.50.60.7從圖3、圖4可看出:小負(fù)荷時(shí),與燃用YSMEP/MPa時(shí)相比,燃用E5時(shí)的有效燃油消耗率明顯增加,這圖6n為1500r/min時(shí)的負(fù)荷特性碳煙排放對比是由于一方面小負(fù)荷時(shí)氣缸內(nèi)的熱力狀態(tài)差,乙醇從圖6可以看出:與燃用YSME時(shí)相比,燃用著火性差的特點(diǎn)相對強(qiáng)化;另一方面乙醇熱值低,需E5時(shí)的碳煙排放在整個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi)明顯降低。小要噴入更多的燃油以保證發(fā)出相同的功率。在中等負(fù)荷工況時(shí),兩種燃料的碳煙排放基本相同,其絕對負(fù)荷時(shí),兩者的比油耗和比能耗接近,E5仍略高于值都很低;在中、高負(fù)荷工況時(shí),E5的碳煙排放大幅YSME這是因?yàn)楦變?nèi)熱力狀態(tài)加強(qiáng),乙醇著火性差度降低。這主要是因?yàn)镋5含氧量高,燃料中的氧的特點(diǎn)相對弱化,而乙醇含氧量高,促進(jìn)燃燒完全的原子在燃料燃燒過程中起到助燃作用。特別是在大作用相對強(qiáng)化。在高負(fù)荷時(shí),E5的比油耗和比能耗負(fù)荷工況時(shí),過量空氣系數(shù)較小,較濃的混合氣在燃均略低于YSME此時(shí)乙醇對燃燒的促進(jìn)作用起到燒過程中可以部分自給氧,克服了柴油燃燒過程中主導(dǎo)作用,放熱集中,熱功轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)勢相對強(qiáng)因缺氧而形成的大量碳煙排放化;乙醇熱值低的作用相對弱化2.3.3HC排放2.3排放特性圖7為轉(zhuǎn)速n為1500r/min時(shí)的負(fù)荷特性2.3.1NO排放HC排放對比圖5為轉(zhuǎn)速n為1500r/min時(shí)的負(fù)荷特性從圖7可以看出:在中、小負(fù)荷下,與YSME相NO2排放對比比,E具為中、小負(fù)荷時(shí),混從圖5可以看出:相比于YSME,E5混合燃料合氣稀中國煤化工燒條件差;同時(shí)乙NO,排放明顯增加。這是因?yàn)橐掖己趿繛榇嫉氖瓹NMH而增加了局部熄火34.78%,提高了混合燃料的氧含量;另一方面,由燃造成的HC排放。進(jìn)入大負(fù)荷工況后,HC排放降燒特性可知,E5混合燃料燃燒放熱更加集中,有使低,這是因?yàn)榇筘?fù)荷下,柴油機(jī)噴油量增加,缸內(nèi)溫2014年第5期劉紅梅,等:單缸柴油機(jī)燃用油酸甲酯♂醇混合燃料的性能21度與壓力明顯增加,混合氣局部熄火的情況得以改J].長安大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2006,26(5)善,燃燒相對充分,HC排放降低。2]陳昊,祁東輝,邊耀璋.柴油機(jī)燃用生物柴油一乙醇水微乳化燃料性能研究[.內(nèi)燃機(jī)工程,2010,31(1)3]樓狄明,石健,趙杰,等.共軌柴油機(jī)燃用不同配比生物YSME柴油的性能與排放特性[].內(nèi)燃機(jī)工程,2009,30(6)4]王永紅,劉泉山,周旭光,生物柴油排放性能的研究J].潤滑油與燃料,2009(5/6)L5 Gaurav Dwivedi, Siddharth Jain, M P Sharma. Impactanalysis of biodiesel on engine performance: a review0.00.10.20.3040.50.60.7LJ. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2011圖7n為1500r/min時(shí)的負(fù)荷特性HC排放對比[6] Jinlin Xue, Tony E Grift, Alan C Hansen. Effect ofbiodiesel on engine perf2.3.4CO排放Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2011, 15圖8為轉(zhuǎn)速n為1500r/min時(shí)的負(fù)荷特性CO排放對比L7 D H Qi. H Chen, D Matthews, et al. Combustion andmission characteristics of ethanol-biodiesel-water mi-一口E5cro-emulsions used in a direct injection compressionYSMEnition engine[J].Fuel, 2010, 89(5)[8 Kang-Shin Chen, Yuan-Chung Lin, Kuo-Hsiang Hsu0.10et al. Improving biodiesel yields from waste cooking oiby using sodium methoxide and a microwave heating0.00system[J. Energy, 2012, 38(1)0.00.10.20.3040.50.60.7[9] Yage Di, C S Cheung, Zuohua Huang Experimental inP /MPavestigation on regulated and unregulated emissions of a圖8n為1500r/min時(shí)的負(fù)荷特性CO排放對比尾氣中,有害氣體CO是一種不完全燃燒的產(chǎn)ence of the Total environment, 2009, 407(2)物,其生成主要受混合氣濃度的影響。從圖8可以[10] R A Candela, MCDSilva, J R Carvalho Filho,eta.看出:與YSME相比,E5的CO排放在整個(gè)負(fù)荷范Influence of soybean biodiesel content on basic pro圍內(nèi)降低,其原因主要是乙醇含氧可以促進(jìn)燃燒,從erties of biodiesel-diesel blends[J]. Fuel. 2009, 88(4)而使參與燃燒的燃料燃燒更加完全1]陸克久,葛強(qiáng)林,徐寅生.電控高壓共軌柴油機(jī)燃用生物柴油的試驗(yàn)研究[J].車用發(fā)動(dòng)機(jī),2010(2)3結(jié)論12]仇世侃.生物柴油與柴油排放對比研究[].北京汽油酸甲酯作為生物柴油的主要組分,是柴油機(jī)車,2008(3)潛在的替代燃料。與YSME相比,轉(zhuǎn)速n為150013]耿莉敏,邊耀璋,張春化,等.直噴式柴油機(jī)燃用生物柴油的試驗(yàn)研究[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào):工學(xué)版,2007,28r/min、負(fù)荷P。為0.531MPa時(shí),E5的峰值燃燒壓力和峰值燃燒放熱率有所增加;E5可有效降低CO和碳煙排放,但NO排放和HC排放略有增14]陳吳,張春化,邊耀璋,等,直噴式柴油機(jī)燃用生物柴油的性能與排放[].長安大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版加。通過在油酸甲酯中添加乙醇可使燃料燃燒更加2007,27(5)完全,尤其在中、高負(fù)荷時(shí),其降煙和降CO排放的15效果明顯,但油耗和能耗在一定程度上有所增加中國煤化工機(jī)燃用生物柴油與柴CNMHG機(jī)與摩托車,2008,參考文獻(xiàn)1]司利增,邊耀璋,蔡永江.柴油機(jī)燃用生物柴油的特性收稿日期:2014-05-15