混燃乙醇改善柴油机碳烟排放的试验研究

2007年2月农机化研究第2期混燃乙醇改善柴油机碳烟排放的试验研究叶忠慧,韦志康(广西大学,南宁530004)摘要:在πY295D柴油机上,以乙醇作为预混合燃料与喷入的柴油组成部分预混旳复合燃烧,利用先进的计算机硬件技术和虚拟仪器LABMⅥEW软件技术,设计双燃料喷射系统,并进行性能试验。结果表明,柴油机烟度大幅度下降,发动机燃油消耗率优于原柴油机,排气温度也有所降低关键词:动力机械工程;柴油杋废气排放;试验研究;碳烟;双燃料;乙醇中图分类号:TK428.9文献标识码:A文章编号:1003-188X(2007)02-0203-040引言加温室气体CQ,是一种可再生能源;同时,乙醇容易汽化,与空气形成预混合气,该预混合气在引入柴油机凭借其热效率高及α¤,κC和αo排放低气缸时利用喷入的柴油引发燃烧,且组成预混合燃烧的特点而得到了日益广泛的应用,并且是发动机发和扩散燃烧同时进行的复合燃烧展的方向。但由于柴油机具有较高的No和碳烟颗粒排放,因此减少柴油机碳烟颗粒排放以保护环境.1试验方法和试验装置尽快寻找可再生燃料替代从石油中提炼的柴油,是柴试验装置布置示意图如图1所示,双燃料计算油机的重要研究课题。现已有研究结果表明,若用乙机控制试验系统的功能框图如图2所示醇作为预混合燃料,将提高燃烧速度,不生烟和不增双燃料计算机控制系统U型进气压力计柴油卜油耗仪供醇正时及TY295D柴油机水力测功器转速传感器转速计型排气排气烟度计压力计图1试验装置布置示意图数据采集卡键盘、鼠标及水力测功机位置传感器AD耗油仪、废气分析仪及传感器烟度计等机低庄酒精机喷射系统图2双燃料计算机控制试验系统功能框图枚稿日期:2006-0409基金项目:广西大学科研基金资助项目(X032005)在本试验中所采用的TY295D柴油机为立式、四作者简介:叶忠慧(1964),女,广西浦北人,讲师,(Emai) xyz冲程和水冷直中国煤化工为18.4kW标a26. com定转速为230CNMHG.6N·m最大2007年2月农机化研究第2期转速为1750r·mn能耗率均有不同程度的改善。其中,E25的能耗双燃料计算机控制试验系统是在发动杋基础率最低,较纯柴油下降了15″右。这说明,能上改造而成的,并采用了在LabⅥEw伻平台上开发的PC耗率的改善效果并不是随乙醇掺烧比的变化单调总线-插卡式虚拟仪器系统。系统中,供油拉杄位置传递增或减小,而是存在一个最佳值,这个最佳值感器和转速传感器将喷油泵的供油拉杆位置信号和转随发动机的结构参数的不同而有所变化。速信号转换成电信号后,输入数据采集卡并由采集卡一20对信号进行AD转换;计算机利用软件编程对AD转纯柴油换后的拉杆位置信号和转速信号进行计算处理,得出柴油的循环喷油量,再根据所设定的柴油/乙醇比例,果E10≥10控制数据采集卡发出一定宽度的脉冲,从而实现控E25制低压乙醇喷射系统按比例将乙醇喷入进气流的迅速汽化后与进入的空气形成一定浓度的预混合气20406080100试验中的其他主要设备有:D150水力测功机,精度负荷百分比/%为±1.5%FCM4瞬态油耗测量仪,精度为±1%a)不同乙醇掺烧比时的能耗率变化FBY-201型全自动烟度计,精度为±3%±0.3BSU;18厂DYM型水银气压表;SZMB-9磁电转速传感器;V508B型湿度表;XM-101数字温度显示仪;P02B型转速数字显示仪。试验的整个过程在发动机一个工作循环内完成,以便于设置不同的柴油/乙醇比例进%抛图E25行实验,从而测出在不同的柴油/乙醇比例时的扭矩、油耗及烟度等参数。纯柴油2试验所参照的标准80100本试验中各指标的测量均参照GB1105-87《内负荷百分比/%b)不同乙醇掺烧比时的烟度变化燃机台架性能试验方法》、GB/T3846-93《柴油车自由加速烟度的测量-滤纸烟度法》GB3847-93《汽车柴油机全负荷烟度测量方法》和GB9486-88《柴油400机稳态排气烟度及测定方法》进行。纯柴油300E103试验结果和讨论200试验时,选取最大扭矩转速1750r/mn和标定工况转速2300r/mn两个转速点,每个转速点下分别进行纯柴油、乙醇(试验用乙醇的纯度为95%预混比例为10%,259和40%负荷特性试验;并负荷百分比/%(c)不同乙醇掺烧比时的排气温度变化分别取各转速下的负荷百分数为20%,40%,60%图3n=1750r/mn时的负荷特性809和1009作为测量点,测量扭矩、有效功率、燃油消耗量、排气温度和烟度,每次试验测量3次,取其平均值作为测量结果测得的各试验点的数据制取负荷特性曲线如图一纯柴油3和图4所示。能耗量为根据燃油消耗量及乙醇混E10合比例按柴油、酒精的低热值换算后旳能量值。E23.1经济性分析E40图3(a)和图4(a)中分别给出了1750/mn和2300r/mn下不同酒精摻烧比时能耗率随负荷的IV凵中国煤化工100变化曲线。由图可见,掺烧乙醇时,除E10在大CNMHG负荷时能耗率与纯柴油接近外,在不同工况下的同乙醇掺烧比时的能耗率变化2007年2月农机化研究第2期230or/mn转速下不同乙醇掺烧比时排气温度随负荷的变化曲线。从图中可以看出,随着乙醇掺烧比纯柴油增大,排气温度明显下降。其主要原因是:由于乙醇的气化潜热大,掺烧乙醇后压缩终了的缸内压力要0.6和温度均比原机要低,且乙醇燃烧持续期短,后燃烧程度小,导致了排气温度的下降:排气温度的降低在一定程度上也可以减少发动机的热量损失,从而提高了发动机的热效率。负荷百分比/%由以上分析可见,柴油机掺烧乙醇后,其经济(b)不同乙醇掺烧比时的烟度变化性、排放性较原机都将产生较大的改变;由排气温度的改变还可以看出,通过进气管喷醇的方式掺烧400乙醇后,发动机混合气的形成及燃烧规律均发生了一纯柴油300较大的改变。实验结果表明,这些改变在一定程度E10A上都是有利的。200E25E404结论1)该系统在柴油机上易于改造,柴油、乙醇的分配比例分开控制。柴油掺烧乙醇后,对柴油机的负荷百分比/%c)不同乙醇掺烧比时的排气温度变化扭矩、功率影响不大,只要加大乙醇的供给量,便图4n=2300r/mn时的负荷特性可达到或超过原机的动力性。掺烧乙醇后,能耗率E明显降低,这主要是由2)掺烧乙醇后,碳烟有较大的降低,尤其在高醇类燃料的特点决定的。醇类燃料是含氧燃料,易负荷时尤为明显,最高烟度下降率高达80于稀燃,且醇类比烃类旳燃烧速度和火焰传播速度3)掺烧乙醇后,柴油机的排气温度下降,热快,燃烧持续期短,后燃减少,这些都使其燃烧趋效率提高,能耗率下降。ε25时较理想,其能耗率于完善及有利于热效率的提高。此外,醇类的气化较纯柴油最大下降可达15‰%热比烃类大两倍,其由进气管、进气道进入气缸的4)在不同转速和负荷下,最佳的乙醇摻烧率过程中能吸收管道壁面及燃烧室周围高温壁面的热是变化的。量,这等于充分利用了发动机的部分废热和余热,参考文献减少了热量的损失,提高了热效率。[1]周龙保,内燃机学[M.北京:机械工业出版社3.2烟度分析1999图3(b)与图4(b)分别给出了1750/mn和[2]王贺武,周龙保.含氧燃料添加剂对柴油机性能和2300r/mn转速下不同乙醇掺烧比时烟度随负荷的排放的影响[].内燃机学报,2001(1):3-6变化曲线。由图中可以看出,随着掺烧比的提高,[3]近久武美.內燃机代用燃料研究[M.上海:上海交排气烟度明显降低,在中高负荷阶段尤为明显,最大出版社,1985高烟度下降率高达80%[ 4] Al ter nate Ful es Committee of the Eng i ne Manu-掺烧乙醇后,烟度大幅下降的主要原因是:在factures associ at i on. a Techni cal assess ment相同转速和负荷下,由于掺烧乙醇使柴油的喷入量of Al cohol Fuel s, SAE820261. Publ i sh by: So有所减少,从而减少了成烟的物质;其次,乙醇是ci ety of Aut omot i ve Engi neeri ng, INC. P1041-含氧燃料,燃烧时有自供氧作用,使得燃油局部缺1074.氧生成碳粒的机会减少;此外,由于乙醇的气化潜[5]许锋,杜宝国.在柴油机上燃用乙醇柴油的实验热大,进入气缸后使得缸内的压力和温度均比原机研究[].机电设备,2002(5):1448下降,使得可燃混合气的滞燃期延长,使混合气混[6]张武高,杨剑光.柴油-酒精混合燃料发动机的性能合更完善;而且掺烧乙醇后,混合气的燃烧持续期研究[].汽车工程,2003,25(4):334-337短,后燃减少。[刀]黄勇成,中国煤化工司向分层燃烧系3.3排气温度分析统燃用酢CNMHG内燃机学报图3(C)和图4(c)中分别给出了1750/mn和2000(1):b2007年2月农机化研究第2期Improving Carbon-smoke Exhausting for Diesel Engine UsingDiesel/alcohol dual fueYE Zhong-hui, WEI Zhi-kangGuangxi University, Nanning 530004, China)Abstract: A Diesel/Alcohol dual fuel injection experimental system controlled by PC is introduced firstly. Thisis developed based on the advanced technology of hardware and virtual instrument. The experimentalstudied on the TY295d diesel using the Diesel/alcohol dual fuel injection. The result shows that it can reach theoriginal engine power, and the soot emission has very great improvement. The experiment also shows that theexhaust temperature decreased, the thermal efficiency and energy consumption have some improvementKey words: power and machinery engineering; dual fuel of diesel engine; experimental research; carbon-smokediesel/alcohol dual fuel: alcoho(上接第190页)Abstract id:1003-188X(2007)02-0189-EAMATLAB Software for Designing Threshing and separating UnitXU Jiang-ping, LI Yao-ming, XU Li-zhangGiangsu Provincial Key laboratory of Modern Agricultural Equipment and Technology, Institute of AgricultureEngineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, ChinaAbstract: How to obtain an accurate and effective conclusion, analyzing the experiment data in threshing andseparating unit is an important problem. With MATlAB software analyzing experiment results is a new methodand utilizes MatlAB very strong drawing function to finish the drawing of figure. Use MatLAB to not onlyimprove working efficiency but also improve work quality. This text with threshing and separating system ofrape combine harvester as example, making use of the strong function of mATLAB software is convenient to setup the mathematical model of threshing and separating power consumption, at the same time, the best workingparameters are determined when threshing and separating system power consumption is minimumKey words: agricultural engineering; threshing and separating unit; application; data processing; MATLAB(上接第193页Abstract Id:1003-188X(2007)02-0191-EACFD Simulation on the Disinfect Efficiency of Ultraviolet ReactorMO Jun-yi, ZHANG Shu-ge, ZHANG Di-kang(l China Agricultural University, Beijing 100083, China; 2. Zhejiang Industry Trade Polytechnic, Wenzhou325003, China)Abstract: In order to improve the disinfect efficiency, the flow inside the ultraviolet reactor and the effect ofultraviolet disinfect epiphyte was investigated, using computational fluid dynamic software package(Fluent)Compared the disinfect effect before and after improvement, after the improvement the least radiation doseaugmented from 41.57J/m2 to 262.36/m and the most minished from 2071. 09J/m" to 1094.36J/m". It wasconcluded that after the improvement the distribution of radiation dose was more centralized.Key words: plant protection; ultraviolet reactor; simulation analysis; CFD; disinfectV凵中国煤化工CNMHG