陳艷艷，賈洪濤

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開(kāi)封 475004）

0 引言

近年來(lái)，柴油機(jī)代用燃料應(yīng)用研究取得了令人鼓舞的結(jié)果。 國(guó)內(nèi)外研究者紛紛開(kāi)展了對(duì)生物質(zhì)能的研究，而研究得最多、最有應(yīng)用前景的當(dāng)數(shù)生物乙醇和生物柴油。 乙醇作為一種可再生的代用燃料，含有34.8%的氧，燃燒時(shí)，理論上所需的空氣接近柴油的一半，可以改善燃燒，從而降低柴油機(jī)的碳煙排放。 但是，純乙醇十六烷值低，難以壓燃。 為此，需將乙醇與其他燃料混合使用[1]。

為給石化與生物混合燃油在柴油機(jī)上的優(yōu)化使用及為純生物柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)化控制提供基礎(chǔ)，筆者在柴油機(jī)不做任何調(diào)整的條件下，在石化和生物混合燃油中添加一定比例乙醇，對(duì)新混合燃油的外特性和負(fù)荷特性進(jìn)行測(cè)試。

1 試驗(yàn)燃料、設(shè)備和方案

1.1 實(shí)驗(yàn)燃料

試驗(yàn)用油為-10# 商品柴油（中石化）和鄭州匯綠科技有限公司生產(chǎn)的生物柴油。 將石化柴油和生物柴油按一定的體積比組成B0，B20，BD20（Y-2.5）3 種油。 其中，B0 為純石化柴油；B20 為生物柴油體積占總體積的20%、石化柴油體積占總體積的80%的混合燃油；BD20（Y-2.5）為石化柴油體積占總體積的80%，生物柴油體積占總體積的17.5%，工業(yè)乙醇體積占總體積的2.5%新的混合燃油。 3 種燃油的主要指標(biāo)和分配比如表1 所示。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)為索菲姆四缸增壓直噴式柴油機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如表2 所示。 試驗(yàn)所用測(cè)試儀器的基本信息如表3 所示。

表1 試驗(yàn)用油的理化性質(zhì)和組分配比Table1 Physicochemical property and components ratio of testing oil

表2 索菲姆四缸增壓直噴式柴油機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)Table 2 Main technical parameters of Sofim four cylinder boosting fuel injection engine

表3 試驗(yàn)用測(cè)試儀器的基本信息Table 3 Basic information of experiment measuring instrument

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

試驗(yàn)系統(tǒng)如圖1 所示。 試驗(yàn)各工況下的各測(cè)量所得數(shù)據(jù)顯示均置于控制室內(nèi)。 每次試驗(yàn)，均記錄大氣狀態(tài)參數(shù)，用于修正[2]。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

分別以B0、B20 與BD20（Y-2.5）為燃油，測(cè)試油門(mén)全開(kāi)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)在1600r/min、1800r/min、2000r/min、2200r/min、2400r/min、2600r/min、2800r/min 和3200r/min8 個(gè)工況下的性能指標(biāo)。

2.1 動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性分析

發(fā)動(dòng)機(jī)分別燃用3 種油樣的功率、比能耗對(duì)比曲線如圖2 和圖3 所示。 由圖2 可以看到，與B0 和B20 相比，BD20（Y-2.5）的功率平均下降了1.1%和1.9%。 這是由于乙醇的熱值為26.79 MJ/(kW·h)，相當(dāng)于石化柴油的62.5%、生物柴油的72.4%，因此，加入乙醇后的混合燃油的功率會(huì)有所降低。 但是，由于乙醇的密度比較小，BD20（Y-2.5）的小時(shí)油耗量較B0、B20 略微有所降低，比能耗有所偏高（如圖3 所示）。 因此，考慮到試驗(yàn)誤差因素，可以認(rèn)為，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性基本不造成影響[3]。

圖2 功率對(duì)比圖Fig.2 Power comparison

圖3 比能耗對(duì)比Fig.3 Energy consumption comparisons

2.2 排放性能分析

3 種油樣的NOx 排放水平對(duì)比曲線如圖4 所示。

圖4 NOx 排放對(duì)比Fig.4 NOx discharge comparisons

由圖4 可以看出，與B0 和B20 相比，BD20（Y-2.5）的NOx 排放分別平均下降了1.8%和3.1%。 但是，因?yàn)橐掖嫉氖橹抵挥?，一定程度上降低了生物柴油混合燃油的十六烷值，滯燃期延長(zhǎng)，燃燒放熱集中度降低，并且乙醇汽化吸熱，使得缸內(nèi)最高溫度降低，導(dǎo)致NOx 排放水平下降[4]。 BD20（Y-2.5）與B0 相比，消光系數(shù)平均下降7.3%，最大降幅12.9%；與B20 相比，消光系數(shù)平均下降5.1%，最大降幅12.1%。由此可見(jiàn)，乙醇對(duì)降低燃油的碳煙排放有一定的效果。

3 種油樣的CO 排放水平對(duì)比曲線如圖5 所示。 由圖5 可以看出，B0 與BD20（Y-2.5）的CO 排放相同；與B20 相比，其CO 排放量平均下降4.2%。因?yàn)橐掖嫉拿芏刃?、黏度低，因此能有效改善混合燃油的噴霧質(zhì)量，有利于完全燃燒[5]。

圖5 3 種燃油CO 排放量對(duì)比Fig.5 Three kinds of CO discharge comparisons

2.3 綜合性能分析

在發(fā)動(dòng)機(jī)上燃用3 種油樣， 關(guān)于乙醇對(duì)石化與生物混合燃油的動(dòng)力性、 經(jīng)濟(jì)性和排放特性的綜合影響，試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果如表4 所示。

3 結(jié)語(yǔ)

考慮乙醇自身理化性質(zhì)的因素， 在石化與生物混合燃油中加入小比例乙醇， 經(jīng)試驗(yàn)和對(duì)比分析可得出如下結(jié)論：

表4 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比Table 4 Test results comparison

（1） 向石化與生物混合燃油中加入小比例的乙醇，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性幾乎沒(méi)有影響。

（2） 向石化與生物混合燃油中加入小比例的乙醇， 混合燃油的碳煙排放等關(guān)鍵指標(biāo)均可以滿足試驗(yàn)期望目標(biāo)， 滿足我國(guó)現(xiàn)行柴油機(jī)排放控制標(biāo)準(zhǔn)要求，可以改善碳煙排放特性。

[1] 陸克久，張金迎，肖銀培. 柴油機(jī)燃燒乙醇-柴油-生物柴油混合燃料的排放特性研究[J]. 小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車(chē)，2010（2）:26-29.

[2] 邊耀璋. 汽車(chē)新能源技術(shù)[M]. 人民交通出版社，2003.

[3] 袁銀南，張?zhí)瘢返虑?，? 柴油機(jī)燃油生物柴油的燃燒與排放[J]. 江蘇大學(xué)學(xué)報(bào),2006，27（3）:216-219.

[4] 劉家利，陳昊，劉金霞. 添加乙醇對(duì)柴油-生物柴油混合燃料性能的影響[J]. 上海汽車(chē)，2008（02）：9-12.

[5] 陳艷艷，張俊海，李榮. 生物柴油-柴油混合燃油的實(shí)驗(yàn)分析[J]. 拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車(chē)，2011（6）:69-73.