柴油燃料

柴油燃料（通用8篇）

柴油燃料 篇1

0 引言

当今世界,能源和环境问题成为人类面临的两大课题。一方面,石油作为不可再生的化石燃料,经过近100年人类工业文明的大发展,目前正在接近开采产量巅峰。而我国在20世纪90年代已成为石油纯进口国,进口依赖度随着国内汽车保有量的不断上升而增大。另一方面,燃用石油等化石燃料所造成的环境污染问题,也愈来愈严重。当今,汽车尾气排放已经成为最主要的城市污染,一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物以及碳烟微粒,严重影响人们的健康[1]。

目前,世界各国的相关研究机构都逐渐将研究重点转移至石油的清洁替代燃料,并且不改变柴油机的各项结构,由于乙醇与生物柴油在部分性质上存在互补性,乙醇—生物柴油—柴油混合燃料应运而生[2,3]。为此,介绍了新燃料的部分理化性质,然后通过发动机台架试验对比研究了新燃料和柴油的动力性、经济性以及排放性能。

1 试验简介

1.1 试验装置

发动机台架由常州柴油机厂生产的S195单缸柴油机和凯迈机电生产的CW50型电涡流测功机组成;使用南华仪器公司生产的NHA-503废气分析仪检测发动机尾气中的气态成分;使用AVL-DISMOKE-4000不透光式烟度计检测发动机排气烟度。

1.2 试验材料

乙醇—生物柴油—柴油混合燃料(EBD)采用3种原料:石化柴油(D)、生物柴油(B)和95%的工业乙醇。其中,石化柴油为市售0#柴油;生物柴油以豆油为原料,国内某生物能源有限公司提供;选择正丁醇和异辛醇作为助溶剂。

1.3 试验内容

发动机使用参数和结构参数在试验中未做任何改动和调整。先对柴油与新燃料的运动粘度、闭口闪点、蒸发性、凝点、十六烷值等进行了测定和计算,并进行了对比和分析;再对比两种燃料的外特性以及负荷特性;最后分析两种燃料的常规污染物排放特性。

2 燃料的理化性质

乙醇—生物柴油—柴油混合燃料与柴油理化性质的比较如表1所示。

1)混合燃料的密度、运动粘度和表面张力与0#柴油接近,这是由于掺混比例较高的生物柴油对工业乙醇起到了补偿作用。

2)混合燃料的凝点与0#柴油接近,这是由于工业乙醇较好的低温流动性对生物柴油起到了补偿作用。

3)由于工业乙醇的掺混,导致混合燃料的闭口闪点较低,仅为0#柴油26.32%,同时使得混合燃料具有较大的低温蒸发性,因此该混合燃料在生产、贮存和输送过程中要有保证安全措施。

4)混合燃料的低热值和十六烷值,较0#柴油分别下降了12.95%,15.51%,会对混合燃料的动力性、经济性和排放性能产生一定影响。

3 发动机特性的比较

3.1 外特性比较

S195柴油机分别燃用0#柴油和乙醇-生物柴油-柴油混合燃料两种燃油时的外特性曲线,如图1所示。由图1可知:柴油机燃用两种燃油时的外特性曲线变化趋势基本保持一致。从定量角度观察,混合燃料的功率和转矩整体上相对柴油小幅度上升了0～2.84%,在最高转速下降低至与柴油基本持平。

混合燃料在外特性下动力性整体较柴油小幅上升,最高转速下降并与柴油基本持平的主要原因是混合燃料的密度大于0#柴油,在不改变发动机参数(如油泵齿条位置),且混合燃料的运动粘度和表面张力与柴油接近的情况下,使得每循环喷油量上升,一定程度上弥补了燃料的低热值;由于混合燃料的十六烷值降低,且工业乙醇汽化潜热大,使得滞燃期延长,产生的可燃混合气增多,预混燃烧阶段的放热率上升[6];乙醇沸点较低,利于燃料汽化,改善雾化质量,且含水的工业乙醇的掺混扩大了混合燃料在燃烧过程中的微爆效应[7]。由此可见,适当的掺混比例可以促进燃烧,提高燃烧压力,虽然燃烧滞后,但预混和扩散燃烧速度相比柴油均有提高,燃烧持续期缩短,终点与柴油接近[8]。

3.2 负荷特性比较

图2和图3是柴油机分别燃用两种燃油在最大功率转速2 000r/min和最大转矩转速1 700r/min下的负荷特性曲线。

由图3可知,负荷特性下柴油机燃用两种燃油时各性能指标变化趋势保持一致,并且乙醇—生物柴油—柴油混合燃料的油耗率和油耗量分别有所上升。在2 000r/min转速时,增幅分别为11.26%～12.14%和7.69%～34.69%。在1 700r/min转速时,增幅分别为11.86%～12.48%和5.18%～19.28%。

4 常规污染物排放特性

4.1 CO排放特性

图4所示为六工况试验循环下D和EBD的CO排放浓度对比情况。随着负荷提高,两种燃料的CO排放浓度呈先下降再增加的趋势。这是由于柴油机在低负荷工作时,乙醇的高汽化潜热和低十六烷值,使得缸内燃烧温度低,混合燃料的CO排放浓度大,较0#柴油上升了200%～433%。在中间负荷下,两种燃料的CO排放浓度下降且基本相同。进入大负荷工作状态后,过量空气系数较小,导致CO浓度再度上升。此时混合燃料中的氧恰好在一定程度上补偿了过量空气系数,提高了燃烧效率,因而进入大负荷后混合燃料的CO排放浓度虽然上升,但远小于柴油,下降了83.3%。

4.2 HC排放特性

图5所示为六工况试验循环下D和EBD的HC排放浓度对比情况。与其他污染物相比,柴油机HC的排放影响因素较多,既有油束雾化的影响,又有缸内燃烧温度和过量空气系数的影响,生成机理复杂[9]。一般在低负荷时,由于喷油量少,混合气较稀,缸内温度低,HC主要产生在稀燃火焰熄灭区。此时,乙醇较高的汽化潜热、较好的低温蒸发性和较差的着火性能都使得混合燃料的HC排放浓度更高,较柴油提高了140%～300%。随着负荷升高,混合气变浓,缸内温度升高,HC主要产生在油束心部、油束尾部和后喷部及壁面油膜处[10]。此时混合燃料的含氧优势随之凸显,其HC排放浓度趋势基本随负荷的提高而减小,并低于柴油,在最高负荷时相较柴油降低了85.7%。

4.3 NOx排放特性

图6所示为六工况试验循环下D和EBD的NOx排放浓度对比情况。两种燃料NOx排放浓度随负荷变化趋势一致。由图6可知NOx的排放浓度基本上随着负荷的提高而增大,因为NOx在燃烧完全、供氧充分及温度较高的稀燃火焰区及油束心部产生较多[10]。当负荷提高,循环喷油量增加,最高燃烧温度升高,导致NOx排放上升。因此,由于混合燃料含氧、小负荷下缸内燃烧温度低的特点,使得NOx排放在中低负荷下,混合燃料的NOx排放浓度低于柴油,下降了13.7%～92.9%;在最大负荷下,混合燃料的富氧作用导致NOx排放浓度高于柴油,升高了12.5%。

4.4 烟度排放特性

图7所示为六工况试验循环下D和EBD的排放烟度的对比情况,以不透光度表征其排放特性。碳烟产生于高负荷时的油束心部、尾部和后喷部氧浓度低的区域,在这些区域混合气温度高,燃油分子容易发生高温裂解而形成碳烟[11]。混合燃料的烟度排放中高负荷低于柴油,尤其大负荷,不透光度下降了69.6%。这是由于混合燃料的含氧作用,改善了燃料浓混合区的缺氧情况,加上乙醇较好的蒸发性,使其在中高负荷下燃烧比较充分,导致排放烟度降低。

5 结论

1)由于生物柴油的补偿作用,EBD的密度、运动粘度、凝点和表面张力与D接近;由于乙醇的补偿作用,EBD的凝点与D接近;EBD具有较大的低温蒸发性,其闭口闪点相较于D下降了73.68%,在实际生产、贮存和输送过程中需要保证安全;EBD的十六烷值和低热值相较于D分别下降了15%和25%,对燃料的动力、经济和排放性能都存在一定程度的影响。

2)台架试验发现:外特性下,S195柴油机燃用EBD的功率和转矩整体上相对D呈现很小幅度的上升。负荷特性下,EBD油耗量和油耗率都有较大幅度的上升,在2 000r/min转速时,增幅分别为11.26%～12.14%,7.69%～34.69%;在1700 r/min转速时,增幅分别为11.86%～12.48%,5.18%～19.28%。这说明, 由于工业乙醇较低的十六烷值和热值等原因,使得发动机在燃用混合燃料时,要达到与柴油相同的动力输出,需要消耗更多的燃料。

3)常规排放试验发现:EBD的含氧特性、较低的十六烷值,加之其中工业乙醇较好的低温蒸发性,使其在CO,HC和碳烟减排方面的优势主要体现在中高负荷下,而在的减排方面的优势则主要体现在中小负荷的情况下。

摘要：先对0#柴油(D)和乙醇-生物柴油-柴油混合燃料(EBD)的部分理化性质进行了试验、计算和对比;再基于柴油发动机台架,研究了柴油机燃用替代燃料后,其动力特性、经济特性和常规排放特性的变化。研究结果表明:在外特性下,柴油机燃用EBD的功率和转矩相对D有0～2.84%的小幅度上升;在负荷特性下,EBD的油耗量和油耗率相对D有较大幅度的上升,在2 000r/min转速时,增幅分别为11.26%～12.14%和7.69%～34.69%,在1 700 r/min转速时,增幅分别为11.86%～12.48%和5.18%～19.28%;在发动机六工况循环下的常规排放中,EBD在CO,HC和碳烟减排方面的优势主要体现在中高负荷下,而在NOx减排方面的优势则主要体现在中小负荷的情况下。

关键词：乙醇-生物柴油-柴油混合燃料,理化性质,柴油机,排放特性

参考文献

[1]AMS-FRL-6924-1-2001,Federal register 40 CFRparts 80,control of emission of hazardous air pollutants frommobile sources[S].

[2]杨培兰.替代燃料的现状与发展趋势[J].上海化工,2009,34(5):25-32.

[3]霍国华.浅析石油替代燃料的开发[J].中外能源,2009,(1):22-26.

[4]张润铎,贺泓,张长斌,等.乙醇柴油混合燃料的制备工艺和废气的排放特性[J].环境科学,2006,24(4):1-6.

[5]高寒,崔勇,郑晋军,等.生物柴油与石化柴油的性能对比研究[J].内燃机,2009,(3):35-37.

[6]余红东,黄锦成,李双定,等.乙醇-柴油混合燃料的燃烧特性研究[J].小型内燃机与摩托车,2009,38(4):72-75.

[7]刘晓辉.乙醇柴油混合燃料发动机特性研究[J].湖北汽车工业学院学报,2008,22(3):17-22.

[8]符太军.乙醇-生物柴油-柴油混合燃料的应用研究[D].北京:中国农业大学,2006.

[9]陆小明.生物柴油发动机燃烧过程与PAHs排放特性研究[D].北京:北京理工大学,2006.

[10]蒋德明.内燃机燃烧与排放学[M].西安:西安交通大学出版社,2002

[11]Sergio Machado Correa,Graciela Arbilla.Carbonyl Emis-sions in Diesel and Biodiesel Exhaust[J].Atmospheric En-vieonment,2008,42(4):769-775.

柴油燃料 篇2

水烃液体燃料是用烃质类一些易购化工原料加入水合成，成本不足2元／公斤，以低成本、热值高，环保节能淘汰了传统的醇基燃料和生物醇油，使用时不需钢瓶，用塑料(铁)桶装，燃烧时香味四溢，可驱蚊蝇，原有灶具略加改造仍可电子打火，最近研制的全气化灶具使用比液化气还好，比烧煤、油、电、气都便宜，环保安全，适合家庭、饭店、锅炉使用，三口之家日耗一元多钱，深受用户欢迎。

他研究的汽、柴油多种配方均是几种化工原料手工配制而成，成本4800-元／吨左右，可生产O#、i0#、-20#柴油和90#、93#、97#汽油，加工出来的汽油、柴油从颜色、味道、发热量、耗油量等指标均同市场汽、柴油一样，可单独用也可混用，不需改造车上任何部件，对车无任何损伤，而且排烟量减少20％以上。

据了解他发明的水烃燃料、复合汽、柴油多年来已有多家媒体记者亲临现场考察采访报到过，己在《生意经》、《安徽科技报》、《现代营销》、《新财路》、《大众投资指南》、《商界城乡致富》等二十多家媒体多次报道过，消息传开后，已有周边一些县城及来自全国三十多个省市、自治区前来的商户与他签约独家加盟协议，他表示要在5-7年内让全国2700多个县都用上这种价廉环保的水烃燃料和复合汽、柴油，单位申请的“清大源”商标品牌可授权给加盟商免费使用。

单缸柴油机燃料的研究 篇3

液化石油气 (LPG) 作为柴油机的代用燃料, 可以有效的降低发动机的工作噪声、改善发动机的排放性能并调整能源结构, 因此LPG在车用发动机上的应用得到了迅速的发展。但LPG在单缸柴油机上的应用研究还较少, 我国是单缸柴油机的生产和使用大国, 据统计, 2001年以来全国单缸柴油机的年产量为720多万台, 用途广泛。但由于该类产品成本的限制, 无法使用现代发动机的新技术, 使得该类产品的排放、工作噪声等性能都较差, 国家对江湖、内河水污染方面已提出治理的要求, 船舶动力的配套用户也提出了需求, 迫切需要性能优良、满足环保的动力装置。对于这些问题, 结合国内人们的购买力, 在目前的情况下, 使用代用燃料是有效和实际可行的选择: (1) 使用代用燃料在对原机改动不大的情况下, 就可以实现较好的排放性能、燃气经济性和降低工作噪声, 可以有效的控制发动机的制造成本; (2) 可以调节能源结构, 缓解能源危机。

本文在单缸直喷柴油机的基础上, 开发设计了LPG单缸发动机, 对LPG在小型单缸柴油机上的应用以及单缸发动机对LPG的适应性进行了初步的研究, 通过结构设计和参数优化, 发动机的各项性能优良。

2.单缸LPG发动机的开发及性能试验

为了在ZS1100单缸柴油机的基础上, 优化设计出全部使用LPG的燃气发动机, 考虑到LPG的物化性能及着火、燃烧特性, 对柴油机的改造设计主要从以下方面着手:增加了LPG燃气供给系统, 优化设计了LPG混合器, 去掉了原柴油机的燃油供给和调节系统;增加了一套点火提前角可随转速变化的电子控制点火装置;为了与LPG的燃烧特性相匹配, 在不改变原气缸盖进气道的情况下, 对原柴油机的燃烧系统进行了改进设计, 采用了浅盆形燃烧室, 调整压缩比到12, 设计目标是降低燃烧室内的气流运动强度, 使之与液化石油气的点火燃烧相匹配。LPG燃气发动机样机完成后, 对其进行了性能试验。性能试验结果表明, 所开发的单缸LPG发动机取得了较好的动力性和较低的整机噪声, 怠速运转稳定, 从消耗燃料的热值可以看出, 该机经济性与国内已有的多缸LPG发动机相当, 这表明该机燃烧过程是合理的。但由于LPG发动机受燃料特性、燃烧方式的限制, 压缩比较低, 因此, LPG发动机的热效率低于原柴油机, 但从燃料运行费用来看它们是相当的。由于燃气发动机的压缩比较小, LPG发动机的排气温度较原柴油机是升高的, 这也从一个侧面说明:LPG发动机的热负荷是较大的, 因此消声器用材等方面应重新设计, 以保证发动机工作的可靠性。

3.单缸LPG发动机的工作过程分析

示功图分析是研究内燃机工作过程和优化发动机性能的重要方法, 示功图数据是研究内燃机工作过程不可缺少的重要数据。通过示功图不仅可以直观的看出发动机燃烧的情况, 并可以进行一系列的模拟计算, 从而获得更多表征发动机工作过程的有关参数, 可以让研究者对发动机的燃烧过程以及发动机性能的各种影响因素有一个全面和深刻的认识, 从而指导优化发动机的工作过程。

点火提前角对点燃式发动机的性能有很大的影响, 在该LPG发动机的研制过程中, 以标定工况调整点火提前角, 不用点火提前角调整装置, 在外特性低速运行 (1050～1500r/min) 时, 发动机出现爆震无法正常工作, 而以低速工况调整点火提前角时, 在发动机的工作范围内各转速下都能正常燃烧, 但标定工况发动机功率降低, 耗气量大。为了具体的研究点火提前角对LPG燃气发动机的影响, 实测了全负荷2000r/min工况时不同点火提前角。比较可以看出, 点火提前角减小后出现了明显的双形, 这是因为点火提前角减小后, 发动机着火滞后, 所以气缸内燃气的最大爆发压力从3.89MPa降低到2.74MPa, 出现的相位也相应的从—E止点后27～℃A滞后到37.5～℃A。因此点火提前角减小, 对LPG发动机的动力性和经济性有较大的影响, 因此燃气发动机中设置自动点火提前调整装置是必要的。

从样机 (装有点火提前角调整装置) 在全负荷速度特性上1050r/min和1500r/min工况点示功图的测量结果可以看出, 转速从1050r/min升高到1500r/mm时, 气缸内燃气的最大爆发压力降低, 出现的相位滞后, 这说明在高速工况下, 发动机的点火提前角仍有增大的可能, 发动机的动力性和经济性还可以进一步的提高;从示功图的分析可以看出, LPG发动机出现的最大压力升高率的数值是较小的, 仅为0.134MPa/℃A, 比原柴油机的0.510MPa/℃A小的多, 而且燃气发动机在外特性上的最大爆发压力都在4MPa左右, 而一般柴油机的爆发压力达到7.5～8.5MPa, 所以燃气发动机的整机噪声得到了有效的降低。

4.结论

以柴油机ZS1100为基本机型进行LPG燃气发动机的开发, 通过性能试验和示功图的测量和分析, 可以得到以下结论:

(1) 在柴油机的基础上进行LPG发动机的开发是可行的, 通过合理的结构设计和优化参数, 可使LPG发动机取得较高的动力性, 较低的整机噪声, 并且显著的改善柴油机的碳烟排放。

(2) 点火提前角对点燃式LPG发动机的动力性、经济性和排放性能都有重要影响, 为优化综合性能, 必须使用点火提前角自动调整装置。

柴油燃料 篇4

随着能源危机的加剧和全社会环保意识的增强,世界各国纷纷加大对石化柴油代用燃料的研究力度[1]。生物柴油具有芳香烃和硫含量低、含氧、可再生、十六烷值较高等特点,是优质的石化柴油代用品[2];但生物柴油与石化柴油相比粘度和冷凝点高,影响了其在冬季的使用。乙醇作为另一种含氧可再生能源,具有粘度和沸点低的特点,可改善燃料的雾化特性从而降低柴油机排放[3]。本文通过对比的方法,研究了乙醇与大豆生物柴油(以大豆油渣为原料生产的酸化油)以不同比例混合燃烧对柴油机动力性能、经济性及碳烟排放的影响。

1 试验仪器、燃料

1.1 试验仪器

试验用发动机为R4105T型柴油机(潍坊华丰动力有限公司生产),一切技术参数均为出厂设置,供油提前角为17℃A。其它主要技术参数:

汽缸数:4

缸径/mm:105

活塞行程/mm:105

排量/L:3.6

标定油耗率/g·(k W·h)-1:≤239

额定功率/kW:55

额定转速/r·min-1:2 000

其它主要试验仪器有:天津圣威科技发展有限公司生产的SV～2LZ型滤纸式烟度计;湖南湘仪动力测试仪器有限公司生产的GW100型电涡流测功机、FC2000型发动机测控仪、FC2020型数据采集仪、FC2210Z智能油耗仪。

1.2 试验燃料

本试验所用燃料为由德州齐河齐翔化工有限公司,以大豆油渣为原料生产的生物柴油,与乙醇以不同体积比例掺混的乙醇/生物柴油混合燃料。混合燃料中乙醇所占体积比分别为5%,10%,20%,为方便分别简称为B95E5,B90E10,B80E20;纯生物柴油记为B100。生物柴油、乙醇主要理化特性如表1所示。

2 试验结果及分析

试验时,在柴油机分别燃用B100,B95E5,B90E10,B80E20时做出其外特性曲线,研究了全负荷下以不同比例掺混的乙醇/生物柴油混合燃料对柴油机动力性、经济性及碳烟排放特性的影响。柴油机燃用乙醇/生物柴油不同掺混比的外特性曲线,如图1～图3所示。

2.1 动力性比较

柴油机使用不同掺混比乙醇/生物柴油燃料时的功率对比曲线如图1所示。由图1可以看出:乙醇/生物柴油混合燃料动力性能随其中乙醇比例的不同而呈现不同的变化趋势。柴油机燃用B95E5、转速在1 700r/min以下时,与使用B100相比功率有所提高;当转速超过1 700r/min与使用B100时功率基本相等;额定转速(2 000r/min)以下时功率分别为49.9,50.1kW。出现这种现象是因为乙醇含氧量大于生物柴油,所以生物柴油与乙醇混合后可以使燃料燃烧更加充分;同时因为乙醇粘度较低,与生物柴油混合后降低了混合燃料的粘度,使得B95E5比B100雾化质量更好,有助于低速下混合气的燃烧,提高了B95E5的动力性能。与B100比,柴油机使用B90E10,B80E20时动力性能有所下降,在2 000r/min时功率分别为48.7,48.5 kW,降幅约为2.8%;但B90E10,B80E20二者相比差别微小。这是因为乙醇热值要低于生物柴油,B90E10,B80E20因为加入乙醇比例较大所以与B100相比动力性呈现下降趋势。

2.2 经济性比较

图2为柴油机使用不同掺混比的乙醇/生物柴油混合燃料时的耗油率对比曲线。与动力性相似,柴油机分别燃用B95E5,B90E10,B80E20时油耗率情况与燃用B100相比随乙醇比例不同变化规律不同。从整体来看,B90E10,B80E20全部转速范围内耗油率均高于B100并且变化较为均匀,升幅约为1.14%,1.86%。而B95E5在2 000r/min时油耗率略高于B100,其余转速范围内均低于B100。在柴油机转速为1 000r/min时B95E5油耗率为249.2g/k W·h,B100油耗率为263.9 g/kW·h,此时下降幅度最大值为5.6%;降幅随着转速升高而减小,柴油机转速为2 000r/min时,B95E5耗油率高于B100,但差别很小。B95E5最低油耗率为240.8g/kW·h,出现在1 400r/min处;B100最低油耗率为247.1g/kW·h,出现在1 700r/min处。由于乙醇热值低于生物柴油,当乙醇比例较大时将明显降低混合燃料的热值。所以,柴油机燃用B90E10,B80E20与燃用B100相比油耗率上升;而B95E5混合燃料中乙醇比例较小则燃料热值下降较小,但粘度却可以得到明显改善,即改善了燃料的流动性能以及雾化性能,促进了缸内混合气的均匀分布,从而降低了油耗率。

2.3 烟度比较

柴油机使用不同掺混比的乙醇/生物柴油时的烟度对比如图3所示。

由图3中可以看出,柴油机燃用乙醇/生物柴油混合燃料时烟度随着乙醇比例的加大而降低。烟度先是随着转速升高而逐渐降低,然后又随着转速升高而升高,最低点均出现在1 700～1 800r/min之间。这是因为在低转速范围内(转速在1 700r/min以下时),空气涡流作用较弱而造成空气与燃料混合不充分、燃料燃烧不完全。随着转速逐渐升高空气涡流逐渐加强使得混合气质量越来越好,在1 700～1 800r/min之间时混合气的质量最好,燃烧充分排烟低。随着转速的提高充气效率开始下降,混合气形成条件恶化,所以烟度曲线呈上升趋势。与燃用B100相比,柴油机燃用B95E5,B90E10,B80E20时烟度分别平均降低了22.6%,35%,55%,即混合燃料中乙醇比例越大,则该燃料燃烧时烟度就越低。其原因有两点:一是乙醇也是含氧燃料,且其氧含量大于生物柴油。因此,乙醇比例越大,过量空气系数越大,即氧气越充足,则碳烟排放量降低[4]。二是乙醇的沸点、粘度都比较低,乙醇比例越大,燃料越容易蒸发雾化,所形成的可燃混合气质量就越好、燃烧就越充分,从而降低了碳烟的排放。

3 结论

柴油机使用各种掺混比的乙醇/生物柴油混合燃料时运转状况良好,与燃用B100相比有以下特点:

1)动力性随混合燃料中乙醇比例的变化而呈现不同的变化规律。柴油机在1 700r/min时,与使用B100相比,使用B95E5时功率有所提高,当转速超过1 700r/min使时功率基本相等。与B100相比,柴油机在使用B90E10,B80E20时动力性均有所下降,其在2 000r/min时功率约为2.8%。

2)油耗率随混合燃料中乙醇比例不同出现不同的变化趋势。使用B90E10,B80E20时油耗率上升,但平均升幅较小,在整个实验的转速范围内分别约为1.14%,1.86%。而使用B95E5时下降,在1 000 r/min时下降幅度最大为5.6%。

3)碳烟排放量均呈下降趋势,且下降幅度分别随着乙醇比例的增大而增大。其中,柴油机燃用B80E20时最大下降幅度可达55%。

综合柴油机动力性、经济性、碳烟排放量3个方面来考虑,乙醇与大豆生物柴油掺混配制混合燃料时最佳比例应在B95E5左右。

参考文献

[1]吕兴才,马骏骏,吉丽斌,等.乙醇/生物柴油双燃料发动机燃烧过程与排放特性的研究[J].内燃机学报,2008,26(2):140-146.

[1]忻耀年.生物柴油的生产及应用[J].中国油脂,2001,26(5):73-74.

[1]何建宏,袁晓东,郭和军,等.生物油/乙醇/柴油混合燃料在柴油机上的应用[J].拖拉机与农用运输车,2008,35(1):10-11.

柴油燃料 篇5

传统能源日益枯竭, 研究并发展可再生能源无疑成为维持人类生存必由之路。在所有替代燃料中, 生物柴油的热值最高, 且具有良好的兼容性[1]。近年来, 各国研究人员对生物柴油在发动机的实际应用上进行了广泛的研究[2,3,4]。发展生物柴油对国民经济的可持续发展, 减轻环境压力, 控制由汽车尾气引起的大气污染具有重要的战略意义。为了充分了解生物柴油对柴油机性能和排放物的影响, 本研究对柴油机燃用掺入不同比例生物柴油的混合燃料动力性能, 经济性能和排放性能进行了试验研究和分析。

利用石化柴油和生物质燃油的不同配比生成含0%生物柴油的生物柴油混合燃料B0, 10%生物柴油的生物柴油混合燃料B10、含20%生物柴油的生物柴油混合燃料B20、含50%生物柴油混合燃料的生物柴油B50、含100%生物柴油的生物柴油B100, 应用B0, B10, B20, B50, B100在台架上对发动机进行台架试验, 并对发动机的CO, HC, NOX排放, 不透光烟度, 燃料消耗率, 转矩、功率变化进行了对比。

1 试验装置

1.1 实验燃料

本实验所使用的柴油为市售0#柴油, 生物柴油由华中农业大学食品科技学院生物柴油课题组提供, 以菜子油为原料制备。

1.2 发动机性能参数

本文改装用柴油机为295T型立式、水冷、四冲程柴油机, 其主要性能参数:

柴油机型:立式、四冲程、水冷

燃烧室型式:涡流式

气缸数:2

缸径/行程/mm:95/115

压缩比:19.5

标定功率/kW:17.7

标定转速/r·min-1:2 000

最大转矩/N·m:97.1

最大转速/r·min-1:1 500

供油提前角:上止点前17.5°

1.3 主要测试仪器

主要测试设备关键测试精度, 如表1所示。

1.4 试验方案

发动机未做任何改动和调整, 分别燃用5种不同的混合燃料, 5种燃料分别为基准柴油及占体积10%, 20%, 50%, 100%的生物柴油混合物, 分别记作B0, B10, B20, B50和B100。试验前配制各种燃油, 静置3天后观察没有分层现象, 说明燃油充分混合。发动机更换燃油时, 燃油管路均用试验燃油冲洗。记录数据前, 发动机在中等负荷和转速下运行约30 min, 以便置换原来的燃油。试验按国家标准GB17691-2001规定的测量方法和全负荷速度特性以及不同转速下的负荷特性进行。

2 试验结果与分析

在相同的条件下, 发动机不做任何改动, 分别燃用B0, B10, B20, B50和B100, 并在相同的每一工况下进行外特性和负荷特性试验。

2.1 发动机外特性对比

2.1.1 外特性下转矩和功率对比

图1为外特性下发动机燃用B0, B10, B20, B50和B100时功率和转矩的对比。图1表明, 在所有转速范围内, 发动机燃用不同配比的生物柴油时, 转矩随着生物柴油百分比含量的增加略有降低, 相应的功率也略有降低。其中, 发动机燃用100%生物柴油时, 转矩和功率下降最大。转矩和功率的下降主要原因是生物柴油低热值比石化柴油低热值略低, 这是导致发动机转矩和功率略为下降的主要原因。

由图1可以看出, 如果把生物柴油和石化柴油适当混合, 发动机的动力性能基本不变。由此可见, 在不改变发动机任何参数的情形下, 可以掺烧部分生物柴油。

2.1.2 外特性下燃油消耗率的对比

图2为发动机燃用B0, B10, B20, B50和B100时燃油消耗率对比。图2表明, 发动机燃用不同配比的生物柴油时, 燃油消耗率随着生物柴油百分比含量的增加而增加。燃油消耗率的增加主要是因为生物柴油低热值比石化柴油低热值低, 这是导致发动机燃用生物柴油燃油消耗率增加的直接原因。

2.2 发动机负荷特性尾气温度对比

图3为最大转矩转速时发动机燃用不同配比生物柴油的尾气温度随负荷率变化的对比曲线。从图3中可以看出, 中低负荷阶段, 发动机掺烧生物柴油尾气温度变化不大;在高负荷阶段发动机掺烧生物柴油尾气温度比纯柴油时显著降低, 但都在发动机正常温度范围内, 表明双燃料发动机热状态正常。排气温度降低的主要原因是生物柴油的十六烷值比柴油的高, 滞燃期短, 着火落后期内积存的燃料较少。此外生物柴油含氧, 使燃烧更完全, 缸内温度增加, 从而使排气温度有所增加, 温度的变化是两者综合作用的结果。

2.3 发动机负荷特性排放性能对比

图4给出了最大转矩转速时发动机燃用不同配比生物柴油的排放量随负荷率变化的对比曲线, 其中图4 (a) , (b) , (c) , (d) 分别给出了CO, NOX, HC、烟度 (PM) 各排放物对比情况。

从图4 (a) 中可以看出, 最大转矩转速时发动机燃用不同配比生物柴油的CO排放量, 在低负荷时发动机CO排放量和生物柴油配比没有关系, 在高负荷及满负荷阶段随着发动机负荷增加, CO排放量明显减少, 表明燃用生物柴油可以减少CO排放。其主要是发动机滞燃期缩短、放热率峰值下降和缸内最高温度降低 (如图3所示) 密切相关。

从图4 (b) 中可以看出, 最大转矩转速时发动机燃用不同配比生物柴油的NOX排放量随生物柴油百分比含量的增加而增加, 表明掺烧生物柴油会增加NOx排放量。生物柴油自含氧10%左右, 相对供氧的富余使得NOX排放量增加。

从图4 (c) 中可以看出, 最大转矩转速时发动机燃用不同配比生物柴油的HC排放量随生物柴油百分比含量的增加而减少, 表明燃用生物柴油HC排放量显著下降。生物柴油自含氧10%左右, 有助于缓解燃油喷雾中高浓度区域的缺氧燃烧, 使得不完全燃烧的产物HC排放量下降。

从图4 (d) 中可以看出, 中低负荷阶段, 发动机燃用不同配比生物柴油烟度排放量差异不显著, 在高负荷阶段, 发动机烟度排放量随混合燃料中生物柴油的百分比含量的增加而显著减少。其主要原因是生物柴油中含芳香烃的量比较少, 含十六烷值较高。由于芳香烃的碳氢质量比 (C/H) 远大于烷烃, 因此一般芳香烃含量高的油, 其烟度愈大, 而烷烃含量愈多的油, 其烟度愈小, 因此混合燃料的碳烟排放随混合燃料中生物柴油的百分比含量的增加而显著减少。

3 结论

1) 发动机不经过改动掺烧生物柴油对油耗及排放的影响较大, 因生物柴油燃料热值的下降使得燃油消耗率增加, 掺烧生物柴油发动动机转矩和功率略有下降。

2) 随着掺烧生物柴油比例的增加, HC排放量下降, NOx比排放量略有增加, CO、烟度在中低负荷阶段无显著变化, 在高负荷阶段CO、碳烟排放随混合燃料中生物柴油的百分比含量的增加而显著减少。

3) 生物柴油是含氧燃料, 它有利于燃油完全燃烧, 对改善发动机高负荷时排放性能有利。

参考文献

[1]成晓北, 陈德良, 鞠洪玲.柴油机燃用生物柴油的排放特性试验研究[J].汽车技术, 2008 (1) :46-49.

[2]Mustafa Balat, Havva Balat.A critical review of bio-diesel as a vehicular fuel[J].Energy Conversion and Management, 2008, 49:2727-2741.

[3]C.D.Rakopoulos.Performance and emissions of bus engine using blends of diesel fuel with bio-diesel of sunflower or cottonseed oils derived from Greek feedstock[J].Fuel, 2008, 87:14-157.

柴油燃料 篇6

近年来,由于汽车数量的急剧增加以及石油资源的日益匮乏,车用燃油的节能化与清洁化已成为21世纪燃油工业所面临的主要课题之一。乙醇是一种可再生燃料,在柴油中掺入乙醇可以起到优化燃烧和降低排放(尤其是碳烟)的作用,所以在柴油机上应用乙醇柴油具有很重要的现实意义。本文利用数码摄像拍摄了乙醇柴油混合燃料喷雾的图像,研究分析了柴油中乙醇的掺入对喷雾特性的影响。

1 试验系统与研究方法

图1为试验系统组成示意图。试验通过微型计算机调整闪光控制装置,使得闪光时刻与某时的喷雾同步,拍摄每幅图像时闪光灯的闪光持续时间为0.1ms。为使所拍摄的图像具有可比性,用泵端压力传感器获取的压力信号为基准信号[1],通过调整相对于基准信号的时间获取有一定时间间隔的喷雾图像,从中可以观察空间的燃油雾化过程。图2为试验中拍摄的油束生长过程图像。

由于所拍摄的图像来自不同循环相对于同一基准信号的不同时间间隔,并非来自同一循环过程,因而可能出现随机误差。本试验通过在不同循环中相对于基准信号的相同间隔每次拍4~6幅,每次拍摄选同一中心按像素值进行平均,消除不确定因素,进而减小随机误差。试验所用的燃料为乙醇柴油,按乙醇体积的掺入比例分为纯柴油E0(0%),5%乙醇柴油E5,10%乙醇柴油E10(含1%TG1助溶剂)以及15%乙醇柴油E15(含1.5%TG1助溶剂)。

2 试验结果与分析

应用计算机图像处理技术对采集的喷雾图像进行提取、过滤与拟合[2],最后得出喷雾的锥角与贯穿距。边界的提取如图3所示。相同工况下不同燃油喷雾图像的对比如图4所示,所取工况为油泵转速600r/min,供油量8mL/200次,针阀开启压力为8MPa。本文采用取某时刻喷雾贯穿距的60%为测量基准的方法来计算喷雾锥角,如图5所示[3]。

2.1 喷雾形态

由图4可以看出:在乙醇柴油喷雾形态中,初始阶段油束下游形状较钝,而柴油头部较尖,乙醇柴油喷雾在周向上分布比柴油广;在相同的条件下,乙醇柴油喷雾锥角比柴油有所增大,而贯穿距则要略小于柴油;尤其是在喷射破碎期结束后,喷雾体速度出现明显的衰减,乙醇比例越高喷射速度衰减就越快。其原因如下:

1)乙醇的蒸汽压力要比柴油大很多,粘性和表面张力比柴油小,导致乙醇柴油在喷雾过程中更容易破碎和蒸发,与空气交互比较明显,因而空间分布比柴油大。

2)乙醇的密度小于柴油,喷雾的惯性力小于柴油,从喷孔喷出后表现为贯穿距小,蒸发速度快,与空气交互作用强,其喷雾锥角就大。

3)乙醇蒸汽的浓度远远大于柴油蒸气的浓度,比柴油高两个数量级。因此,乙醇柴油在喷雾过程中更易破碎成小液滴,蒸发速度大于柴油,其形态分布也更大,与空气的混合效果好于柴油[4]。

2.2 喷雾锥角

乙醇含量对不同工况下喷雾锥角的影响如图6所示。由图6可知:含醇柴油的喷雾锥角均大于纯柴油的喷雾锥角,含醇量越大,喷雾锥角越大;当针阀静态开启压力为6MPa时,加入乙醇对喷雾锥角的影响比开启压力为8MPa时大,这主要是由于随着针阀开启压力提高,喷油压力相应提高,使喷油的雾化质量改善,乙醇对雾化改善的影响相对减弱,所以表现为启喷压力较低时乙醇对喷雾锥角增大的影响幅度要大于较高的启喷压力;油泵转速也会影响喷油压力,低转速时喷油压力低,此时乙醇对喷雾质量的改善作用较明显;当针阀静态开启压力相同,且喷油泵转速为350r/min时,喷雾锥角随乙醇含量增加而增大的幅度大于喷油泵转速800r/min时的增大幅度。

2.3 贯穿长度

乙醇含量对不同工况下贯穿长度的影响如图7所示。由图7可知:由于乙醇可使燃油在喷雾过程中更容易破碎和蒸发,导致油滴速度出现明显的衰减,使油束穿透能力减弱,乙醇柴油的油束贯穿长度均小于纯柴油的贯穿长度;含醇量越大,贯穿长度越小;随着开启压力的提高,燃油中含乙醇量的增加而导致油束贯穿长度减小的幅度减小;随着油泵转速的提高,乙醇的加入量对燃油油束贯穿长度影响也会相对减弱,这是因为针阀静态开启压力提高和油泵转速提高,都会使燃油喷射压力提高。喷射压力提高一方面可以改善雾化质量,另一方面也会使油束的贯穿长度增加。尽管乙醇的加入可以改善雾化质量,但会导致贯穿长度的减小。综合喷射压力和乙醇含量对油束贯穿长度的影响,在喷油压力提高时,乙醇含量对贯穿长度的影响会有所减弱。

3 结论

1)利用数码相机拍摄的喷雾图像可以比高速摄像获得更高的分辨率,同时应用计算机图像处理技术对采集到的喷雾图像进行处理,是一种对燃油喷射过程进行研究分析的有效方法。采用这种方法可以定量地给出柴油机喷雾的锥角与射程。

2)试验结果表明:随着乙醇的掺入,在相同的条件下,燃料喷雾锥角变大,贯穿距离变短;在喷射破碎期结束后,喷雾体速度出现明显的衰减,乙醇比例越高喷射速度衰减就越快。

3)综合喷射压力与乙醇含量对喷雾锥角和油束贯穿长度的影响,在低油泵转速和低针阀开启压力时,由于喷油压力低,乙醇含量对喷雾锥角和贯穿长度的影响较为明显。随着油泵转速和针阀开启压力的提高,由于喷油压力提高,乙醇含量对喷雾锥角和贯穿长度的影响相对减弱。

参考文献

[1]李聪,刘建新,杜慧勇.柴油机喷油嘴参数对燃油喷雾特性的影响[J].拖拉机与农用运输车,2003,30(2):24-26.

[2]肖会,刘建新,赵致和.基于计算机图像识别的柴油机喷油嘴渗漏检测方法[J].洛阳工学院学报,2000,21(4):58-60.

[3]J Seneschal,B Maurin J C Champoussin C Ducottet.A fully automatic system for the morphology characterization of high pressure diesel sprays[J].SAE World Congress,2004(3):8-11.

[4]陈虎,王建昕,帅石金.含乙醇燃料喷雾的实验研究与数值模拟[C]//2005年学术年会暨APC2005年联合学术年会论文集.北京:中国内燃机学会,2005:341-346.

柴油燃料 篇7

近年来,清洁代用燃料的研究已成为发动机研究的一个主要方面。乙醇以其来源广泛、具有可再生性等优点,受到了普遍关注。大量的研究表明[1,2,3],在柴油机上燃用乙醇/柴油混合燃料可降低CO和碳烟的排放;另外,如采用燃料机外混合,还可在基本不改变原机结构的情况下,实现乙醇/柴油混合燃料的清洁燃烧。

众所周知,燃油喷射雾化的浓度、粒度分布对柴油机缸内混合气的形成及其燃烧具有十分重要的影响。正因如此,许多研究者对不同燃料喷雾的粒度分布进行了研究,但对乙醇/柴油混合燃料喷雾粒度分布的研究甚少。本文采用激光粒度分析仪,对室温条件下的乙醇/柴油混合燃料喷雾的空间粒度分布特性进行了试验测量,并就不同喷油压力、喷孔直径对乙醇、柴油及乙醇/柴油混合燃料稳态自由喷雾粒度分布的影响进行了对比研究。

1 试验装置及方法

1.1 试验装置

燃油喷雾粒度测试装置如图1所示。整个试验装置包括燃油喷射系统、激光粒度测试仪(LSA)以及数据采集和处理系统三大部分。在自行设计的高压燃油供给系统中,为了保证持续、稳定的供油,在泵端和嘴端分别设置了由一根高压油管连通的两个高压油腔,每个圆柱形高压油腔的容积为Ф65mm×60mm,其中一个高压油腔与6105型高压油泵的6个出油孔相连,另一个高压油腔与喷嘴相连;高压油腔的燃油压力(即燃油喷射压力)可通过调节喷油泵试验台的转速以及油泵的油门进行灵活控制。试验中所用的激光粒度测试仪为天津大学现代光学仪器研究所研制的LSA-Ⅲ型激光粒度仪。激光粒度仪的基本工作原理是利用光的散射法来测量粒子尺寸分布。在固定的激光波长下,通过测量散射光在前向某个小角度范围内的空间角度分布来获得粒度分布。LSA-Ⅲ型激光粒度仪根据选用的傅里叶物镜焦距的不同,可测量5~2000μm范围内的粒径。本试验测量过程中,参考了其他研究者的试验结果[4,5],选用物镜焦距f=500的透镜镜头,其喷雾SMD的测量范围为9~975μm。

1.2 试验方法

为了分析乙醇和柴油掺混比例对喷雾粒度分布的影响,分别对纯乙醇、25%乙醇柴油(E25,即乙醇的质量掺混比为25%)、75%乙醇柴油(E75,即乙醇的质量掺混比为75%)及纯柴油这4种燃料的自由稳态喷雾粒径分布进行了研究,所用喷油器为单孔喷油器,喷孔直径分别为0.18mm和0.25mm;稳态喷射压力分别为6、10和14 MPa,喷射背压为大气压。激光粒度仪的测点布置如图2所示。

2 试验结果及分析

2.1 纯柴油喷雾粒度分布

图3为不同喷油压力对纯柴油喷雾粒度的影响。试验所用的喷孔直径为0.18 mm,可以看出,低喷射压力下,柴油稳态自由喷射的SMD在20~40μm的范围内变化;在一定的喷油压力下,随着距喷孔出口距离的增大,喷雾液滴的粒径逐渐减小;特别是在低喷油压力时,在距喷孔出口3~10 cm的区域内,喷雾断面的SMD急剧变小,然后变化趋于平稳。但在喷射压力为14 MPa时,这一变化趋势不太明显。由此可见,在喷油压力较低时,空气动力干扰对射流的分裂及液滴破碎起主要作用;当喷油压力进一步提高时,射流本身的湍流扰动对射流的雾化起主要作用,使得柴油在离开喷嘴时就雾化成较小直径的液滴。同时还注意到,在远离喷孔处的下游区域,喷雾液滴的粒度反而有变大的趋势。这是因为在喷雾场的下游区域内,随着液滴本身动能的耗散,空气动力干扰作用减弱,使得液滴难以再次破碎。由图3还可知,随着喷油压力的提高,喷雾滴径呈减小趋势,试验结果再一次证实了提高喷油压力是改善雾化效果的有力手段。

图4为喷油压力为6MPa时不同喷孔直径对喷雾SMD的影响。由图4可知,在低喷射压力时,喷孔直径对粒度的影响较小。

图5为不同轴向位置处的径向粒度分布情况。因为试验中采用的是单孔喷油嘴,且为垂直向下自由喷射,喷雾场具有轴对称的特点,故只选取其轴对称的一半喷雾场进行径向粒度分布的测量。由图5可以看出,在距喷孔出口较近的区域内(L=3 cm),径向粒径变化较大,SMD从轴中心线位置的41μm减小到喷雾场边缘的26μm;随着距喷孔出口距离L的增大,喷雾场粒径的分布趋于一致。由此可见,在喷雾场中,射流的一次雾化对喷雾雾化效果具有极为重要的影响。

2.2 纯乙醇喷雾粒度分布

为了便于不同燃油喷雾粒度的对比分析,在本文的其他研究部分将只取喷孔直径为0.18mm的试验结果,着重分析研究喷油压力对不同燃料喷雾轴向及径向粒度分布的影响。

图6为乙醇在不同喷射压力下的轴向粒度分布。其轴向粒径分布变化趋势与柴油的相同,但从其SMD的轴向变化中发现,在相同的喷油压力下,乙醇喷雾的SMD在各个相同的轴向位置上要比柴油的小7~10μm。与图3的结果相比较还可发现,乙醇在喷射压力为10 MPa时就可达到柴油在14MPa喷射压力下的粒径水平。由此可见,燃料的物性参数,如表面张力和黏度等对其雾化质量具有重要的影响。

图7为距喷孔出口10cm处,喷射压力分别为6MPa和10MPa时,纯乙醇喷雾场径向粒度的分布情况。从图7可以看出,在低喷射压力下,随着距中心轴线径向距离的增大,液滴粒径变小。而当喷射压力达到10MPa时,其径向粒度的分布趋于一致。由此可见,对于低表面张力和低黏度的燃料而言,在较低的喷油压力下,即可得到雾化更好、粒径更小、粒径分布更为均匀的喷雾场。

2.3 乙醇/柴油混合燃料喷雾粒度分布

试验对E25、E75两种混合比的乙醇/柴油混合燃料进行了喷雾粒度分布的研究,试验喷油嘴的喷孔直径为0.18mm,喷油压力分别为6、10和14MPa。图8为喷油压力为6MPa时,乙醇/柴油混合燃料不同混合比对喷雾轴向SMD变化的影响。由试验结果可知,随着乙醇掺混比的提高,喷雾的粒径变小;且在喷雾的上游区域就可形成粒径较小的液滴,整个喷雾场内液滴粒径分布更为均匀,从而更有利于均匀混合气的形成。

图9为不同喷油压力下E25、E75的喷雾轴向SMD分布。由图9可知,不同混合比的乙醇/柴油燃料均呈现出液滴粒径随喷油压力增大而减小的趋势。当混合比较大(如E75)时,混合燃料可在较低的喷油压力下形成滴径更小、液滴分布更均匀的喷雾场。

图10为喷射压力6MPa时,E25、E75两种混合燃料分别在距喷孔出口10 cm和16 cm处的径向滴径分布情况。从图中可以看出,乙醇混合比较大的燃料喷雾,其径向滴径的分布较为均匀;而在远离喷嘴的喷雾下游,其径向滴径分布也更为均匀。

2.4 乙醇/柴油混合燃料稳态喷雾形态

为了判断喷油压力及乙醇/柴油混合燃料成分变化对其稳态喷雾形态的影响,试验中采用高分辨率的数码相机对各种混合燃料的喷雾形态进行了摄影记录。图11为喷孔直径0.18 mm、不同喷射压力下纯柴油的稳态喷雾照片。可以看出,随着喷油压力的提高,柴油喷雾锥角随之增大,且喷雾中连续液核的长度也随之变短。图12为柴油、E25、E75和乙醇4种燃料的稳态喷雾照片(喷孔直径为0.18 mm,喷油压力为6MPa)。由图12可见,在喷油参数相同的情况下,随着混合燃料中乙醇含量的增加,喷雾中连续液核的长度随之逐渐减少直至消失,且喷雾锥角也随之逐渐增大。

3 结论

(1)各种燃料喷雾索特平均直径(SMD)沿喷雾轴线均呈逐渐减小趋势,空间分布更为均匀;纯柴油在低压、稳态自由喷射条件下,其SMD在20~40μm范围内变化;随着喷油压力的提高,SMD随之减小,且其空间分布更趋均匀。

(2)由于乙醇具有较小的表面张力和黏度,因此,在相同的喷油条件下,其喷雾的SMD比柴油小,且空间分布也较柴油喷雾更均匀。

(3)随着乙醇混合比的增加,乙醇/柴油混合燃料喷雾的SMD随之减小,空间分布的均匀性随之提高;证明了在柴油中添加乙醇,有利于改善喷雾的雾化混合过程,降低喷雾质量对高喷油压力的依赖程度。

摘要：采用激光粒度分析仪对乙醇/柴油混合燃料稳态自由喷雾粒度分布进行了试验研究,并就不同喷油压力、喷孔直径对乙醇、柴油及乙醇/柴油混合燃料稳态自由喷雾粒度分布的影响进行了对比研究。试验结果表明:各种燃料喷雾索特平均直径(SMD)的空间分布沿喷雾轴线均呈逐渐减小的趋势,其中柴油喷雾的SMD在20～40μm范围内变化,乙醇喷雾较柴油喷雾具有更小的SMD,且其空间分布较为均匀;随着乙醇含量的增加,乙醇/柴油混合燃料喷雾的SMD不断减小,其SMD大小和空间分布均匀性介于柴油喷雾和乙醇喷雾之间。

关键词：内燃机,乙醇,柴油,燃料喷雾,粒度分布,索特平均直径

参考文献

[1]任毅,黄佐华,李蔚,等.柴油机燃用柴油/乙醇混合燃料的性能与排放研究[J].西安交通大学学报,2007,41(3):285-290.Ren Y,Huang Z H,Li W,et al.Study on the performanceand emissions of a direct injection diesel engine fuelled withdiesel/ethanol blends[J].Journal of Xi'an Jiaotong University,2007,41(3):285-290.

[2]Rakopoulos D C,Rakopoulos C D,Kakaras E C,et al.Effectsof ethanol diesel fuel blends on the performance and exhaust e-missions of heavy duty DI diesel engine[J].Energy Conversionand Management,2008,49(11):3155-3162.

[3]Huang J C,Wang Y D,Li S D,et al.Experi mental investiga-tion on the performance and emissions of a diesel engine fuelledwith ethanol-diesel blends[J].Applied Thermal Engineering,2009,29(11):2484-2490.

[4]段树林,冯林,宋永臣.应用激光全息术测量柴油机喷雾场粒度分布的实验研究律[J].大连铁道学院学报,1999,20(1):33-37.Duan S L,Feng L,Song Y C.The experi mental study on themeasurement of the droplet distribution of the fuel spray by ho-lography[J].Journal of Dalian Rail way Institute,1999,20(1):33-37.

二甲醚做柴油机代用燃料的研究 篇8

关键词：二甲醚,发动机,应用

1、二甲醚 (D M E) 的物理化学特性

1.1 二甲醚的物理特性

二甲醚的物理特性如表1所示。

在常温常下, 二甲醚是一种带有淡淡香味的无色无毒气体。尽管大多数塑性橡胶制品同D M E接触时会溶化, 但D M E却不会腐蚀金属。另外, DME在光化学反应中不会产生甲醛, 因而不会破坏臭氧层, 是一种环保燃料。从表1中可以看出, DME的诸多特性决定了它适合于做压燃式发动机的燃料。首先, D M E的十六烷值较高 (55~60) , 自燃温度 (235℃) 比柴油 (250℃) 还低, 这决定了二甲醚可用于压燃式发动机的燃料;其次, 由于DME的蒸发压力低 (530k Pa) , 使得它容易液化, 这一点同LPG极为相似, 这就表明DME适于贮存、运输, 因此同C N G相比, D M E在车用发动机上使用是大有前途的。

1.2 二甲醚的化学特性及燃料特性

二甲醚的化学结构式为CH3-O-CH3, 它是最简单的一种醚结构, 其中不含C-C键, 氧气质量分数为34.8%, 这使得DME的燃烧十分充分, 燃烧后的排放特性十分优异。在燃烧中, 减少了微粒的生成, 几乎是无烟燃烧, 同时, 尾气中NO2也比较少。

二甲醚作柴油发动机代用燃料的主要优势为:

(1) 二甲醚分子结构中没有C-C键, 只有C-O键和C-H键, 且含有34.8%的氧, 因此, 燃烧后生成的CO、CH和微粒少, 发动机能承受较高的废气再循环率以降低NOx的生成与排放。

(2) 二甲醚的十六烷值高于柴油, 自燃温度低, 滞燃期比柴油短, NOX排放与燃烧噪音比柴油低。

(3) 二甲醚的低热值为柴油的64.9%, 为了达到与柴油相当的动力水平, 必须增大每循环供油量。二甲醚理论混合气热值为3066.7KJ/Kg, 而柴油的理论混合气热值为2911KJ/Kg。因此柴油机燃用二甲醚的升功率不仅不会降低, 反而会升高。

(4) 二甲醚的汽化潜热为柴油的1.64倍, 如果按等放热量计算, 二甲醚的汽化潜热为柴油的2.53倍, 因此会大幅度降低柴油机最高燃烧温度, 减少NOX的排放量。

(5) 低沸点的特点使得二甲醚在喷入汽缸后即可汽化, 其油束的雾化特性将明显优于柴油, 有可能在低喷射压力下就能满足燃烧要求。

(6) 二甲醚可以从来源丰富的煤、天然气和生物质中提炼, 如大规模生产时其成本低于柴油。

2、柴油机用二甲醚燃料的性能和排放特性

经台架实验表明柴油机燃用二甲醚在中小负荷时的效率高于燃用柴油, 而在大负荷时稍低于燃用柴油, 这是由于大负荷时循环喷油量增加的缘故。

燃用二甲醚的排放特性与燃烧特性有关。其放热规律与燃用柴油时有明显区别。燃用二甲醚时着火延迟期明显短于柴油, 初始燃烧速率及放热峰值低于柴油,

整个燃烧持续期和柴油相当。发动机缸内温度比燃用柴油时低, NOX排放量可降低50%。二甲醚含氧, 快速的扩散燃烧抑制了碳烟的生成, 在任何工况下, 柴油机燃用二甲醚都可实现无烟燃烧。其C O、H C和CO2的排放量比柴油低, 这与二甲醚含氧、低沸点、易蒸发混合等特性有关。

二甲醚较适合使用共轨式喷射系统, 因为共轨系统对二甲醚分子的高弹性不敏感。

3、二甲醚在使用过程中有待解决的问题

尽管柴油机燃用DME有很多优势, 但要推广使用仍然有许多工作要做, 其中特别是以下的几个问题有待解决。

(1) DME在常温常压下为气态, 它的蒸汽压力随温度的升高而升高, 为使低压供油系统内部始终保持液态、防止管路内产生气阻, 低压供油系统需要保持2MPa以上的压力, 这样才能保证柴油机低压供油系统在各种环境下正常工作。

(2) DME的热值较低, 只有柴油的64.9%, 理论空燃比低, 如果单独作为燃料用在传统柴油机上, 就必须加大油箱的容积。否则就会减少汽车的持续行驶里程。

(3) DME的粘度小, 只有柴油的0.05~0.1倍, 这就使得柴油机上依靠燃油润滑的柱塞副、出油阀与出油阀座、针阀与针阀体三大偶件润滑效果很差, 极易因润滑不良而造成严重的磨损和泄漏。因此, 当DME用作柴油机燃料时需要加润滑剂。

(4) DME是一种很强的溶剂, 虽然对金属没有腐蚀性, 但是却能溶解多种橡胶材料。传统柴油机如果不经改造直接使用DME, 其燃油供给系统的橡胶部件, 发动机中的各种橡胶油封、垫片会因溶胀而损坏。

(5) 在常温常压状态下, DME在空气中的爆炸极限范围广, 在空气中的含量为3%—17%时即可能引起爆炸, 其闪点温度极低 (-41℃) , 因此, 在DME的使用过程中, 要注意防止DME蒸汽的逸出, 保证良好的通风。

4、结论