乙醇-柴油乳化燃料的实验性研究

第27卷第4期武汉理工大学学报·信息与管理工程版2005 48 JOURNAL OF WUT (INFORMATiON & MANAGEMENT ENGINEERING)Aug.2005文章编号:1007-144X(2005)04-0139-04乙醇柴油乳化燃料的实验性研究陈忠祥,叶盛焱,徐元浩,刘波(武汉理工大学汽车工程学院,湖北武汉430070摘要:通过实验研究了燃用不同乙醇柴油掺混比的乳化燃料对发动机动力性、经济性以及排放特性的影响。实验表明,掺入一定比例的乙醇,对发动机旳动力性影响不是很大,但是却可以改善燃烧,提高燃油经济性,显著降低烟度、HC和CO的排放,但随着乙醇掺混比的增加,NOⅹ的排放呈上升趋势,而且这种乳化燃料存在着一个最佳掺混比关键词:代用燃料;含氧燃料;掺混比;乳化剂;排放特性中图法分类号:U123文献标识码:A国内外对乙醇-柴油乳化燃料的配制及应用已经进行了很多研究。笔者旨在研究乳化燃料的近期全球石油价格的飞涨使人们又想起了前掺混比与发动机动力性、经济性及排放特性的关次的世界能源危机,面对着越来越严峻的能源系问题,人们一直在努力地寻找石油的替代燃料;而同时,随着汽车保有量的逐渐增加环保问题也越2试验用燃料的理化性质来越受到人们的重视,各种排放法规也日益严格实验用柴油为0号标准轻柴油,它是用直馏苛刻清洁低污染的代用燃料也渐渐成为人们研柴油馏分和催化裂化柴油馏分调配精制而成,与究的重点。欧共体标准柴油 Reference fuel CEC RE-03A-84作为一种可再生的含氧燃料,乙醇具有广泛相当。无水乙醇为分析醇,纯度99.8%。标准柴油的来源和大规模生产的潜力。我国是农业大国,利和乙醇的参数指标见表1。本实验所用的燃料为用生物霉解技术和农作物发酵技术可以经济高效Eo0(纯柴油)、E10(含10%体积比的乙醇)、E20地制得工业乙醇。而乙醇在内燃机上的应用,对于E30。其中E10、E20、E30是乙醇、柴油和乳化剂按解决我国的能源问题,对于降低大气环境污染,都一定旳体积比配制的混合燃料,燃料混合采用杋具有很重要的意义械搅拌方式乙醇在汽油机上的应用,在国外,特别是巴西表1标准柴油和乙醇的参数指标和美国,都已经进入了实用阶段。在国内,广东、四0号柴油乙醇川等地都已试点应用。密度(20C)/g·mL0.83790.789乙醇在柴油机上的应用,由于涉及燃料的溶闪点/C解性、机械部件的磨损、发动机燃烧特性的改变等着火温度/C434理论空燃比68.4题,目前都还处在研究阶段。乙醇部分替代柴油十六烷值CN的技术通常分为进气管熏蒸、缸内双喷射、乙醇柴辛烷值RON110油混合燃料、乙醇柴油乳化燃料等4种。其中,采中国煤化工42.84526.778用乙醇柴油乳化燃料混合充分,保持时间长,而且CNMHG0,002无需对柴油机的主要部件进行改动就可以满足实硫含量(质量分数)0.049际使用的要求,因此更是备受关注。氧含量(质量分数)0.02134.73收稿日期:20作者简介:陈忠祥(1979—),男,湖北黄石人,武汉理工大学汽车工程学院硕士研究生140武汉理工大学学报·信息与管理工程版2005年8月3实验设备和实验方法升趋势。但是,随着柴油中乙醇添加量的增加,烟度呈下降趋势。在2600r/min,4kW时,纯柴油试验用发动机为一台R175柴油机,压缩比为的波许烟度为1.25,而E10,E20,E30柴油乙醇乳20.6,标定功率/转速为3.7kW/2200r·min-1,化燃料的波许烟度分别为0.98,0.78,0.61,分别4.5kW/260or·min-1,最大转矩/转速为23.5降低了21.6%,37.6%,51.2%。可见,掺烧乙醇的N·m/1700r·min柴油较纯柴油在烟度排放方面有很大的改善。主试验中用SCJ-1小型水力测功器测功率,用要原因是由于乙醇是一种极易挥发的含氧燃料,天平法测燃油消耗率b,用AVL公司的GEM-110能够改善混合气的形成和促进燃烧,进而减少了型发动机排气分析仪测排气气体成分,用AVL公由于燃烧不充分而产生的碳颗粒。司的AVL415全自动滤纸式烟度计测排气烟度。排气分成2路,一路进入排气分析仪,用于测量排气中NOx、HC和CO的浓度;另一路进入烟度计,用于测量排气烟度2 600 r/min4实验结果与讨论4.1动力特性图1给出了保持排气温度相同时,2种转速下功率随乙醇掺混比的变化规律。由图1可知,在5522.533.544.51700r/min时功率的变化不是很明显,在2600r/min时功率随乙醇摻入量的增加呈下降趋势。这图2不同乙醇掺混比对排气烟度的影响主要是因为乙醇的汽化潜热很大,导致着火过程中滞燃期延长而且乙醇的热值低于柴油加入乙43NOx排放特性醇后使循环放热量减小,同样导致滞燃期延长,火NO3排放特性随发动机功率的变化关系如焰温度降低,故功率岀现降低的现象。但是,由于图3所示。从图3中可以明显看出,NO3的排放随乙醇是含氧燃料,有利于混合燃料充分燃烧,从而着功率的增加而上升,并且更重要的是,随着乙醇使发动机功率略有上升。因此,综合考虑以上2种摻入比例的增加也呈上升趋势。这主要是由于乙因素,燃用E20时的功率略高于燃用E10和E30醇的掺入改善了燃烧,增加了氧的含量,形成了昌(如图1所示)-5。温、富氧的氛围,从而有利于NO的形成。这种趋势在最大功率的85%~90%时达到顶点。之后随着功率的进一步增加,混合气变得更浓,乙醇蒸0发、汽化所吸收的热量也更多,从而破坏了先前形3.530◆◆成的高温、富氧的氛围,使得NO、上升的趋势有兰2.5所下降2.01 700 r/min1.52 600 r/min10000.5排温相同皆2 600 r/min乙醇的掺混比%图1排温相同时2种转速下功率的变化规律中国煤化工4.2烟度特性CNMH碳烟一直是柴油排放的主要污染物之一,特1.522.533.5别是在大负荷和加速时碳烟的排放更加严重。图P/kw2给出了不同乙醇掺混比时柴油机排放烟度与负荷的关系/苗揭知烟度随着负荷的加大呈上图3不同乙醇掺混比对NOx排放的影响第27卷第4期陈忠祥等:乙醇-柴油乳化燃料的实验性研究1414.4HC、CO排放特性行对比,如图7所示。所谓能量消耗率就是根据图4和图5给岀了HC、CO的排放与发动机功燃料的掺混比和各种燃料的热值,将燃料的消耗率的关系。由图4和图5可以看出,随着功率的增加量转换成能量值。高HC、CO的排放有所降低,并且燃烧乙醇柴油式中,hn为燃料的热值;为掺混x×bHC、CO的排放也增加,随着乙醇掺入比例的提BSEC=ha×i1×b+…+h乳化燃料时HC、CO的排放比燃烧纯柴油时有明图7中显示,使用乙醇混合燃料时,在不同工显的降低。燃用纯柴油时,随着负荷的增加,混合气况下的能量消耗率BSEC均有不同程度的改善浓度增加未完全燃烧的燃料也增加了,故HC、CO其中燃用E20时BSEC的改善效果最大,改善效排放呈上升趋势。当掺入乙醇,在低负荷时,由于乙果为7%左右。但因为加入乙醇量较少,因此总体醇蒸汽的冷却作用,使燃烧过程中岀现淬灭层,也来说燃油消耗率变化不大。而且从图η中可以看造成了此时乙醇柴油乳化燃料HC、CO的排放比出,BSEC并不是随乙醇掺入量的递增也呈线性纯柴油稍高一些。而乙醇作为一种含氧燃料,在大增加或减少的,而是存在一个最佳的配比,这个配负荷氧气不足的情况下,有利于改善燃烧,使混合比因不同的发动机燃烧系而不同气充分燃烧,故导致HC、CO排放显著下降。从另一个角度看,目前市面上柴油的价格是3.5元几L,工业乙醇的价格是2.5元/L,因此在燃用E20时,每升燃料就可以节省0.2元,即经济性提高了5.7%2.533.5400Pike图4不同乙醇掺混比对HC排放的影响200图6不同乙醇掺入比对b的影响14002600rmin22.5202 600 rimin1.522.53.54.5P/kW12.5图5不同乙醇摻混比对CO排放的影响101.522.533.54.5燃料经济性的变化图6给出了2600r/min下,不同乙醇掺混比了回了醢比对BSEC的影响中国煤化工时燃油消耗率b的变化规律。由图6可以看出,加CNMHG入乙醇后,由于乙醇的热值低于柴油,使混合柴油燃油消耗率随乙醇掺入量的增加稍有上升。但由(1)在发动机不作任何改动的前提下,乙醇的于乙醇和柴油的热值相差较大,直接采用考察燃掺入比在10%~30%范围内时,燃用乙醇柴油的料经济性是系话适的。为此,引入能量消耗率乳化燃料,发动机的动力性降低幅度不大,而经济BSEC( Brake Specific Energy Consumption)进性却有一定程度的提高142武汉理工大学学报·信息与管理工程版2005年8月2)在本实验条件下,随着乙醇掺混比的增1贾继德,蒋斯平.柴油机燃用乳化燃料研究评述加,烟度、HC和CO的排放有了明显的改善,但L].小型内燃机,1997(2):5-7NOx的排放呈上升趋势。因此,在燃用乙醇柴油2]黄忠水,纪威,鄂卓茂柴油乳化燃料的配制及应乳化燃料时,应采取一定的技术措施来降低NO用[J].柴油机,2002(1):28-31排放[3 Eugene EE, Bechtold R L, Timbario TJ. St-ateof the- art Report on the Use of Alcohol(3)从实验可知,经济性与动力性,以及一些Diesel Engines[J]. SAE paper, 840118.排放物的形成条件都是相互制约的,因此综合考41 Fuijta N, Terao H, Sakata c. The Effect of Gas虑各方面的因素,燃用乙醇柴油乳化燃料时存在Oil- Water- Methanol Emulsified Fuel on Diesel个最佳的掺混比,而这个掺混比又随发动机燃EPerformance [ J. Traof the Ja烧系的不同而不同。对本实验而言,最佳掺混比为Society of Mechanical Engineers(B), 1987(53)20%(体积比)。486-490.5]蒋德明.内燃机燃烧与排放学[M].西安:西安交参考文献:通大学出版社,2001Experimental Study of Ethanol- Diesel Oil Emulsified FuelChen Zhong xiang, Ye shengyan, Xu Yuanhao, Liu boAbstract The influences of emulsified fuel in different mix ratio of ethanol-diesel oil on the dynamical efficiencyeconomical efficiency and the emission of the engine are studied through experiments. The result shows that thedynamical efficiency changes little when the fuel is mixed with a certain proportion of ethanol, but the burning efficiencyis greatly improved and the economical efficiency is enhanced. The emission of smoke, HC and CO is remarkablyreduced. With the increase of ethanol, the emission of NOx increases. This kind of emulsified fuel has an optimal mixratloKey words: substitution fuel oxygenous fuel; mix ratio; emulsification; emission featureChen Zhongxiang: Postgraduate; School of Automotive Engineering, WUT, Wuhan 430070, China编辑:王志全(上接第122页)MMSE Simplification Algorithm in Time-Domain for OFDM Channel EstimationKuang Shaoping, Guo Qingping, Li LiAbstract: In the view of the contradiction of the traditional MMSE channel estimation performance and the realizationcomplexity, a MMSE simplification algorithm in time-dom中国煤化工 ormance Is simulated.heresults show that this algorithm has preferable performanceHabetter referenceCNMHGKey words: OFDM; channel estimation; MMSEKuang Shaoping: Postgraduate; School of Computer Science and Technology, WUT, Wuhan 430063, China编辑:王志全