柴油机燃用甲醇—生物柴油混合燃料的性能与排放研究
柴油机燃用生物柴油放热规律及燃烧过程等容度研究
油， 完 全 燃烧 时对 外 部 氧的 需求较 少 ， 有利 于燃 料 的
完全 燃烧 。４ ）生物 柴 油 由动植 物 油脂 转 化 而来 ， 属
于 可再 生 能源 。
仪、 Ｋｉ ｓ ｔ ｌ ｅ ｒ 压力 传感器与电荷放大器、 光 电 传 感 器
（ 长安 大学 汽车学院交通新能源开发 、 应 用 与 汽 车 节 能 陕 西省 重 点 实 验 室 ，陕 西 西 安 ７ １ ０ ０ ６ ４ ）
摘 要 ：为 了深入 研 究 柴 油 机 燃 用 生 物 柴 油 时 的 燃 烧 规 律 ， 在 一 台单 缸 直 喷 式 柴 油 机 上 对 生 物
燃料 的主 要 指 标 如 表 １所 示 。试 验 用 燃 料 为 Ｂ Ｏ 、 Ｂ Ｉ Ｏ ０及 调配 的 Ｂ ３ ０ 、 Ｂ ５ ０与 Ｂ ８ ０ ， 数 字表示 生物 柴 油
其 生命 周期 内可 有效 减 少 Ｃ Ｏ： 排 放 。 因此 ， 发 展 生
物柴 油具 有 良好 的环 境 意义 。
在 混合 燃 料 中的体 积 比例 。
１ ． ３ 燃 烧 特性 测试 方 法
目前 ， 对 生物 柴 油 的理 化 特 性 、 喷雾特性 、 燃 烧 特 性及 排 放特 性 的研 究 已 非常 完 善 ， 但 对 其 燃 烧 热 效 率 的研究 多集 中于定 性 分析 。该 文 以研究 生 物柴
公 路 与 汽 运
总第 １ ５ ６期
Ｈｉ ｇ ｈ ｗａ ｙ ｓ ＆ Ａｕ ｔ ｏ ｍｏ ｔ ｉ ｖ ｅ Ａｐｐｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ
１ ７
柴 油 机 燃 用 生 物 柴 油 放 热 规 律 及 燃烧过程等容度研 究 ＊
直喷式柴油机燃用生物柴油的排放研究
０ 引言
柴 油机 的排 放 对 人 类 健 康 的影 响 在 全 世 界 范 围
２ 试 验 用 油
试 验 所 用 生 物 柴 油 为 海 南 正 和 生 物 能 源有 限 公 司生 产 的 油 酸 甲酯 生 物 柴 油 ，在 江 苏 工业 学 院 进 行 了生 物 柴 油 物 理 化 学 性 质 的分 析 ，并 与 ０＃柴 油 进 行 比较 。 表 ２为 生 物 柴 油 和 柴 油 的物 理 化 学 性 质 对
工 况 点 的排 气 透 光 烟 度 值 ，最 后 根 据 法 规 规 定 的 方
法 计 算 各 种 排 放 物 的 比排 放 。
４ 试 验 结 果 及 分 析
收 稿 日 期 ：２ ０ — ５ ０ ０ ５ ０－ ３
４ １ 试 验 结 果 ．
作者简 介 ：孙
平（１ ６ 一）男 ． ９ ３ ， 江苏 如 臬人 ， 授 ， Ｉ， Ｅ ｍ ．） 教 博： （－ ａ Ｊ ：
２０ ０ ６年 ３月
为几 种 排 放 物 的 比排 放 比较 。
农 机 化 研 究
不同供油提前角下柴油机燃用柴油二甲氧基甲烷混合燃料性能与排放特性研究
不同供油提前角下柴油机燃用柴油二甲氧基甲烷混合燃料性能与排放特性研究摘要:本文开展了不同供油提前角下柴油机燃用柴油/二甲氧基甲烷混合燃料的性能和排放的研究。
认为与燃用柴油相比，柴油中添加二甲氧基甲烷并推迟供油可使NOx和碳烟同时降低。
本研究按二甲氧基甲烷在柴油中体积掺混比的不同配制了五种燃料，在一台单缸柴油机上对不同供油提前角下各种燃料的发动机性能和排放进行了研究。
研究结果表明：随着供油提前角的减小，热效率有所降低，缸内气体最高平均温度降低，高温（≥1800K）下持续时间缩短，NOx浓度降低，碳烟浓度升高。
关键词：供油提前角 ;柴油 ;二甲氧基甲烷; 热效率 ;混合燃料Study on Performances and Emissions of Direct Injection Diesel Engine Fuelled with the Diesel-Dimethoxymethane Blends for Various Fuel Delivery Advance AnglesAbstract:In this paper, the performances and emissions of a direct injection diesel engine fuelled with diesel-dimethoxymethane (DMM) blends was investigated.Five fuels were prepared with different volume fractions of DMM. The results showed thatthe thermal efficiency would increase with the advancing of the fuel delivery advance angle, theNO X concentration would increase and smoke would decrease with the advancing of the fueldelivery advance angle. For a specific fuel delivery advance angle, the brake specific fuelconsumption would increase, the equivalent diesel brake specific fuel consumption and thethermal efficiency would make slight variation with addition of the DMM.Key Words:Fuel delivery advance angle; Diesel; Dimethoxymethane; Oxygenated, Blended目录摘要 (1)前言 (2)一、选题背景 (4)二、国内外柴油机代用燃料的研究状况 (4)三、柴油发动机排放机理 (5)（一）、试验装置及混合燃料性质 (5)1、试验装置及试验台架的布置 (6)2、试验燃料 (6)3、当量柴油有效燃油消耗率和有效热效率 (8)（二）、发动机性能与排放分析 (9)（三）、变供油提前角下燃用不同燃料的热效率和油耗 (9)1、排放特性的分析 (9)2、活塞环设计因素 (10)3、缸套的设计因素 (21)（四）、全文总结与工作展望 (22)1、全文总结 (23)2、工作展望 (24)四、参考文献: (25)致谢 (26)附件一外文原文 (37)附件二中文翻译 (38)第一章绪论1.1 选题背景汽车工业的飞速发展给人类的社会活动带来了巨大的变化,然而也带来了能源和环保方面的问题.节能与降低排放一直是内燃机研究的两大主题，随着我国排放法规的建立健全，如何降低柴油机的排放污染是目前各柴油机生产企业的首要目标。
发动机燃用生物柴油对NOx排放影响的试验研究
收 稿 日期 ：２ ０ －９２ ；修 回 日期 ：２ ０ １Ｏ ０ ６０ －２ ０ ６１ ６ 基 金 项 目 ：国家 自然 科 学 基 金 资 助 （ ０ ７ ０ ３ ５５６０）
（ ０ ／ ｎ ， 低 空 载 稳 定 转 速 ７ ０ ｒｒｉ 。试 １４ ０ ｒｍｉ） 最 ５ ／ ｎ ａ 验 采用 Ｃ ６ Ｗ２ ０电涡流 测功 机 、 Ｅ Ｅ ＲＯ Ｄ Ｗ Ｔ Ｎ～ ５ ０ ００
试 验所 用的 石化 柴油 为市 售 ０号柴 油 ， 物 柴 生 油 由国内某生 物 能源 公 司提 供 ， 原 材 料 主 要 是 色 其 拉 油下脚 料 试 验 所用燃 料 为 ３种 ， 即石 化柴 油 （ 代
维普资讯
第 ６期 （ 第 １６期 ） 总 ６ ２０ ０ ６年 １ ２月
车
用
发
动
机
ＮＯ ６ Ｓ ｒ ｌ ． ６ ） ． （ ｅｉ ａ Ｎｏ １ ６
Ｄｅ ．２ ０６ ｃ ０
ＶＥＨ Ｉ ＥＮ ＧＩ ＣＩＥ ＮＥ
发动机燃 用生物柴油对 ＮＯ 排放 影响的试验研 究
Ｎ０ 排放 的影 响 因素 。
Ｈ２含 量 ／
ｌ． ８ ３ Ｏ
１．１ １ ９
１ ０ｍｎ， 程 １ ５ ｍｍ。 量 ４ ７ １ Ｌ， ２ ３ ０ ｒ １ ｌ 行 ２ 排 ． ５ 在 ０ ／
１ 试 验 设 置 与 方 法
１ １ 燃料 特性 ．
ｒｉ ｎｎ时标 定 功 率 为 ｌ ７ｋ ， 大扭 矩 ５ ０Ｎ ・Ｔ ｌ Ｗ 最 ８ Ｉ Ｉ
表 １ 试 验 用 燃 料 的 主 要 特 性 指 标
燃
Ｄ
２４ ６
Ｂ ０ １０
２ ５
于 现有发 动机 而受 到格 外 的关 注 。国 内对生 物柴 油
柴油机掺烧三种生物柴油的排放性能试验研究
收 稿 日期 ：２ １ ０ ０—０ ０ ８— ４
集上层液体 ， 并用磷 酸溶液滴定 至 中性 ， 入 ６ ℃ 的 加 ０ 清水洗涤 ３ ４次 ， ～ 静置分层后 除去下层 的水相 ， 将上 层淡 黄 色 液 体 在 常 压 下 进 行 蒸 馏 ， 除 去 甲 醇 和 水 以 分， 待蒸 馏结束 后过滤 除去杂质 ， 即得淡 黄色 的澄 清 液体生物柴油。 ．
物 柴 油 的 混合 燃 料 排 放 性 能 进 行 试 验研 究 。结 果 表 明 ， ＃ 油 中分 别 掺 混 ２ ％ 的小 桐 子 生 物 柴 油 、 油 生 物 柴 ０柴 ０ 桐 油 和菜 籽 油 生 物 柴 油 ， ２０ ０ ／ ｎ和 １ ０ 负 荷 时 ， Ｃ和 Ｃ 的排 放 比 ０ 柴 油 都 有 大 幅度 降低 ， 油 消 耗 率 有 在 ０ ｒ ｍｉ ０％ Ｈ Ｏ ＃ 燃
２ 试 验结果 与分析
图 ２ 图 ３和 图 ４给 出 了 柴 油 机 在 ２０ ０／ ｉ 、 ０ ｒｍｎ时
燃用 ０ 柴油和掺混 ２ ％的 ３种生物柴油混合燃 料的 ＃ ０
油 耗 与排 放 对 比情 况 。
２１ ０ １年 ６月
农 机 化 研 究
第 ６期
转速的增加 而降低 ； 掺混 ２ ％小 桐子油 、０ ０ ２ ％桐油 和 ２ ％菜 籽油的生物柴油 的 Ｈ ０ Ｃ化合物 略有下降 ， 主 这 要是 由于生物柴油 中芳 香烃含量很少 ， 十六烷值 比较 高 。理论上讲 ， 芳香烃含量越少 ， 则其滞燃期 愈短 ， Ｃ Ｈ 排放愈低 ； 十六烷值较 高时 ， 燃油着火性能好 ， 滞燃期 短， 其未燃烧碳 氢 和裂解碳 氢均少 。另外 ， 生物 柴油 含有 １ ％ 的氧 ， ０ 使生物柴油燃料 比石化柴油更有利 于 燃烧 ， 从而减少 Ｈ Ｃ化合物 的排放。因此 ， 昆 掺｝ 生物柴 油的混合燃料 由于芳香烃含量减少 、 十六烷值高且 含 氧 量增 加 ， 使得 混 合 燃 料 在 柴 油 机 燃 烧 的 ＨＣ排 放 相 对降低 。在 最 大转 速 时， 混 ２ ％ 小桐 子 油生 物 柴 掺 ０ 油 、０ ２ ％桐油生物柴油和 ２ ％菜籽油生物柴油 的混合 ０ 燃料 ， Ｏ 柴 油 Ｈ 比 ＃ Ｃ化合物 的排放分别 减少 了 ２ ％ ， ２
车用柴油机燃用生物柴油PAHs排放特性试验研究
Ｌｕ Ｘｉ ｏ ｉ ，Ｇｅ Ｙｕｎ ｈａ ，Ｈａ Ｘｉ ｋｕ ａ ｍ ｎｇ ｓ ｎ ｎ ｕ ｎ。
，
ＷｕＳ ｉ。 ＨｅＣ ａ ｉｎ ＆ ｊ ｈｏ
１Ｓｈｏ ｏ ｃａ ｉ ｌ ｎ ｉ ｅｎ ， ｉｅ Ｕ ｉ ｒｔ， ｉ ｎ ３ １２ ； ． ｃｏｌｆＭｅｈ ｎ ａ ｇｎ ｒ ｇ Ｊｍ ｉ ｎｖ ｓｙ Ｘａ ６ ０ １ ｃ Ｅ ｅｉ ｅｉ ｍｅ ２ Ｓｈｏ ．ｃｏｌｆＭｅｈ ｎ ａ Ｖｈ ｕ ｒ ｎ ｉｅｒ ｇ ｅｉ ｎｔｕ ｆ Ｔｃｎｌｇ ，Ｂｉｎ １０ ８ ｏ ｃａ ｉ ｌ＆ ｅｉ ｌ Ｅ ｇｎｅｎ ，Ｂｉｎ ｓｔｔ ｃ ｃａ ｉ ｊ ｇＩ ｉ ｅｏ ｅ ｏ ｙ ｅｉｇ ００ １ ｈ ｏ ｊ
气 中颗粒相和气相 Ｐ Ｈ 分别用玻璃纤 维滤膜和 Ｐ Ｆ Ｘ Ｄ２ Ｐ Ｆ吸附管采集 ， Ａｓ Ｕ／ Ａ － Ｕ ／ 用色 谱一 质谱联用仪 对 Ｐ Ｈ 进行 Ａｓ 定量分析。结果表 明： 发动机燃用生物柴油时 Ｐ Ｈ 排放浓度较燃用柴油时下 降了 ３ ． ％ 一 ７８ ； 用生物柴油 Ａｓ ０４ ５．％ 燃 时 Ｐ Ｈ 排放 中对人体极为有害的苯并（ ） Ａｓ ａ 芘浓度较燃用柴油 时下 降了 ５ ． ％ ～ ４ ９ ６６ ９ ． ％。
２０ ０ ８年 （ ３ 第 ０卷 ） １ 第 ２期
汽 车 工 程 Ａ ｔｍ ｔｅＥ ｇ ｅｒ ｇ ｕｏ ｏｖ ｎｉ ｅｉ ｉ ｎ ｎ
２０ （ ｏ．０ Ｎ ．２ ０ ８ Ｖ １３ ） ｏ１
柴油甲醇双燃料技术经济性及可行性分析
中高速柴油机应用柴油甲醇双燃料技术环保升级及其经济性和可行性分析姚春德天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室电话：022-2740 6649，手机：131 **** ****Email：arcdyao@1.概述随着经济的发展，我国的石油需求不断增加，目前的石油进口量已经接近60%，超过国际能源安全线。
根据我国“缺油、少气、相对富煤”的能源资源禀赋，以及汽车工业快速增长的势头，我国的石油对外依存度还将会进一步增高。
石油能源安全的问题也将会逐步扩大。
但是，作为我国重要的化工产品甲醇却有着严重的过剩产能。
甲醇的生产资料广泛。
煤炭、天然气和焦炉气以及生物质都可以生产。
特别是焦炉气生产甲醇是我国一大特色。
我国每年焦炉气资源非常丰富，在生产焦炭过程中产生的大量焦炉气只有部分得到利用，很多被直接排放或放空燃烧，造成极大浪费。
近年来，这种情况逐步得到好转，将开发利用生产甲醇。
现在焦炉气产甲醇的比例已经占到近20%。
我国是国际上最大甲醇生产国，年产甲醇量占全球产量的近一半。
甲醇已具有的产能远超过现有的化工产品需要，产能的冗余将近一半。
过剩的产能给经济结构形成很大的压力。
因此，能否用甲醇替代紧缺的石油，是一个十分值得关注的问题。
甲醇虽然是化工原料，但是也是很好的燃料，不仅因为其含氧、高汽化潜热的特性使其燃烧时十分清洁，而且甲醇常温、常压下是液体，储存运输都十分方便、安全。
更重要的是，甲醇一旦泄露到环境中，可以自然降解。
因而将甲醇应用到内燃机上一直是内燃机追求的目标。
自上世纪80年代以来，内燃机便开始应用甲醇作为替代燃料，目前在用的车辆达15万辆之多，这些甲醇车辆每年替代汽油超过百万吨。
但是，由于甲醇的特性，一直难以在柴油机上应用。
我国柴油消耗量，每年消耗量近2亿吨（2012年和2013年分别达到1.69和1.70亿吨）。
柴油不仅消耗量大，而且排放很差，其排放的炭烟颗粒是对环境空气质量的重要污染源之一。
用甲醇替代柴油，不仅可以减少柴油用量，同时也能够减少污染。
生物柴油的燃烧特性及其排放标准
子工业出版社， ２００３． 作 者 简 介 ： 王 琢（ １９７９－ ） ， 东 北 林 业 大 学 机 电 工 程 学 院 讲师， 哈尔滨工程大学博士研究生， 主要研究信号处理与光纤 检测技术； 乔世坤， 东北林业大学机电工程学院工程师； 冯琳 琳， 哈尔滨工程大学博士研究生。
第 ３６ 卷 第 ４ 期 ２００８ 年 ４ 月
林业机械与木工设备 ＦＯＲＥＳＴＲＹ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ ＆ ＷＯＯＤＷＯＲＫＩＮＧ ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ
Ｖｏ１ ３６ Ｎｏ．４ Ａｐｒ． ２００８
生物柴油的燃烧特性及其排放标准
印 崧， 刘伟伟， 刘 微， 夏 萍 （ 安徽农业大学工学院， 安徽 合肥 ２３００３６）
②有利于缓解温室效应。化石燃料中的碳是经过 千万年形成的固态碳， 其生命周期很长。燃烧后燃料中 的固态有机碳形成 ＣＯ２ 排放于大气中， 等于将地下沉 积的固态碳转化为 ＣＯ２ 释放到大气中。增加了大气中 ＣＯ２ 的浓度， 目前全球气温上升与化石燃料的使用有密 切关系。生物柴油来自于生命周期短的植物油或动物 脂， 排放到大气中的 ＣＯ２ 浓度很小， 可大大缓解温室效 应的产生。
１．３ 环保特性
柴 油 机 使 用 石 化 柴 油 排 放 的 污 染 物 主 要 有 ＮＯｘ、 ＳＯｘ、ＣＯｘ、ＨＣ 化合物和碳烟微粒等， 而生物柴油燃烧的 废 气 中 除 了 ＮＯｘ 的 浓 度 稍 高 以 外 ， 烟 尘 颗 粒 、ＳＯｘ、ＣＯ 和 ＨＣ 的排放均有明显下降。与石化柴油相比， 生物柴
④ＣＯ 排放。ＣＯ 的生成主要是由于燃烧时缺氧所 致。柴油机排放的 ＣＯ 主要源于喷注中过浓部分的不完 全燃烧。一般工况下， 生成的 ＣＯ 扩散出去与缸内富裕 的氧气相接触后， 当缸内温度较高时都能再次氧化产 生 ＣＯ２。只有在负荷较低、温度过低， 或者负荷较高、燃 油后喷及后滴较严重的情况下， 才会发生 ＣＯ 排放量较 多的现象。生物柴油含氧量大， 燃烧充分， 可减少不完 全燃烧产物的 ＣＯ 排放。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第１期（总第１９２期） ２０１１年２月 车用发动机
ＶＥＨＩＣＩ Ｅ ＥＮＧＩＮＥ Ｎｏ．１（Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．１９２）
Ｆｅｂ．２Ｏ１１
柴油机燃用甲醇一生物柴油混合燃料的性能与排放研究 侯令川，王 忠，安玉光，侯乐福，陈 林 （江苏大学汽车与交通工程学院，江苏镇江 ２１２Ｏｌ３） 摘要：在１８６ＦＡ柴油机上，进行了燃用柴油、生物柴油和甲醇一生物柴油混合燃料的性能试验，分析了生物柴 油掺烧甲醇对柴油机性能的影响规律。试验结果表明：与燃用生物柴油相比，生物柴油掺烧５ 和１Ｏ （质量比） 的甲醇时，柴油机的标定功率分别降低７．４ 和１７．８ ，标定工况时能量消耗率增加５．７ 和１５．０ ，ＣＯ排放升 高４０．０ 和８０．０ ，ＨＣ排放升高６６．７ 和１５５．６ ，ＮＯ 排放降低１５．０ 和３３．３ ，排气烟度降低３．８ 和 ２３．１ 。 关键词：柴油机；甲醇；生物柴油；排放 中图分类号：ＴＫ４２１．５ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００１—２２２２（２０１１）０１—００３０—０４
生物柴油的十六烷值、闪点、含氧量较高，芳香 烃、硫含量较低，燃用生物柴油可以有效降低ＣＯ， ＨＣ和炭烟排放，但会引起Ｎ０ 排放少量增加ｕ 。 生物柴油的缺点主要是密度大、黏度高，在相同燃油 供给系统条件下，形成的油雾索特平均直径较大［。］。 甲醇中含有５Ｏ 的氧，汽化潜热约为柴油的３．６倍， 因此具有同时降低柴油机炭烟和ＮＯ 排放的潜 力［４－５］。甲醇的十六烷值过低，难以在柴油机上直接 燃用，国内外一般采用进气管喷射甲醇、缸内喷射柴 油的组合燃烧和掺混燃烧的方式在柴油机上燃用甲 醇～柴油燃料。 生物柴油掺烧醇类燃料，可以利用醇类燃料密 度小、黏度低的特点，改善混合燃料的喷雾特性，提 高燃料的含氧量和汽化潜热，抑制炭烟和ＮＯ 的生 成。Ｓｕ Ｈａｎ Ｐａｒｋ等人ｌ６】利用相位多普勒粒子分析 仪研究了乙醇一生物柴油混合燃料的喷雾特性，结 果表明，生物柴油掺混乙醇能够减小喷雾油滴的索 特平均直径。Ｈｔｉｓｅｙｉｎ Ａｙｄｉｎ等人 在１８６Ｆ柴油 机上进行了燃用柴油、Ｂ２０（生物柴油一柴油混合燃 料）和ＢＥ２０（生物柴油一乙醇混合燃料）的排放对比 试验，结果表明，与燃用柴油相比，燃用ＢＥ２０时 ＮＯ 排放略有升高，ＣＯ ，ＣＯ和ＳＯ。排放明显降 低。Ｌｅｉ Ｚｈｕ，Ｃｈｅｕｎｇ Ｃ Ｓ等人［＿５ 在Ｉｓｕｚｕ ４ＨＦ１柴 油机上研究了生物柴油掺烧甲醇和乙醇的排放特 性，结果表明，生物柴油掺烧甲醇、乙醇可以同时降 低ＮＯ 和ＰＭ排放，并且同比例下掺烧甲醇的效果 更为明显。目前，国内外对生物柴油掺烧醇类燃料 的研究主要集中在掺烧乙醇上，对生物柴油掺烧甲 醇的研究还相对较少。 本研究在不调整柴油机结构参数的条件下，以 １８６ＦＡ柴油机为试验机，研究了不同甲醇掺混比例 的甲醇生物柴油混合燃料对柴油机动力性，经济 性，ＣＯ排放，ＨＣ排放，Ｎ（） 排放以及烟度的影响。 １ 燃料特性 表１示出了甲醇、生物柴油及混合燃料的理化 特性。柴油为市售０号柴油；甲醇为精制工业甲醇， 纯度为９９．９ ；生物柴油原料为地沟油；ＢＭ５， ＢＭ１０为甲醇一生物柴油混合燃料，甲醇质量分数 分别为５ 和ｌ０ 。由表１可见，甲醇与柴油、生物 柴油的运动黏度、十六烷值和低热值相差较大。随 着甲醇掺混比例的提高，混合燃料的运动黏度和十 六烷值逐渐接近于柴油，含氧量由ｌ１ 增至 １４．９ ，体积低热值下降约５．６ 。 ２试验设备及方案 试验用机为１８６ＦＡ柴油机，主要技术参数见表 ２。主要测试设备及仪器有ＣｗＦ２５Ｄ电涡流测功 器、ＥＳＴ内燃机测试系统、ＭＣＳ－－９６０燃油耗仪、 ＦＱＤ一１０２Ａ数字式排气烟度计以及Ｇ５０２０五组分 气体分析仪。
收稿日期：２０１０—０９—１３；修回日期：２０１１ ０１ １２ 基金项目：国家自然科学基金项目（５０７７６０４２）；江苏省高校重点项目（１０ＫＪＡ４７００９） 作者简介：侯令川（１９８６一），男，硕士，主要研究方向为内燃机代用燃料和工作过程；ｈｏｕｌｉｎｇｃｈｕａｎ＠１２６．ｃｏｒｇｉ。 ２０１１年２月 侯令川，等：柴油机燃用甲醇生物柴油混合燃料的性能与排放研究 ・３１・ 表１ 混合燃料的理化特－ｌ生 理化参数 。号柴油 甲醇 生物柴油 ＢＭ５ ＢＭ１ｏ 密度（２０℃）／ｋｇ・ｍ ８２１ ７９６ ８８Ｏ ８７５ ８７１ 运动黏度（２０℃）／ｍＰａ・Ｓ ３．９ Ｏ．６ｌ ６．２ ４．８ ４．４ 汽化潜热／ｋＪ・ｋｇ＿。 ２５０～３００ １ １Ｏ１ 十六烷值 ４５ ３ ５４ ５１．２ ４８．４ 质量低热值／ＭＪ・ｋｇ ４２．５ ｌ９．７ ３６．４ ３５．５６ ３４．７２ 体积低热值／ｋＪ・ｍＬ ３４．８９ ｌ ５．６８ ３２．Ｏ３ ３１．１３ ３０．２３ 含氧量／ Ｏ ５Ｏ １１ １ ２．９５ １４．９
表２柴油机主要技术参数 直列单缸，４行程， 型式 强制风冷，自然吸气
缸径／ｍｍ ８６
行程／ｍｍ ７２ 压缩比 １ ９：１ 排量／Ｉ ０．４１８ 标定功率／ｋＷ ６．３ 标定功率转速／ｒ・ｍｉｎ ３ ６ＯＯ 供油提前角（ＢＴＤＣ）／（。） ｌ７ 燃烧室形状 “Ｊ型 试验时柴油机的结构参数不作调整，试验燃料 选定为柴油，生物柴油，ＢＭ５和ＢＭ１０。试验时固 定调速手柄位置，更换不同燃料，测量柴油机的动力 性参数；按照负荷特性的试验方法，测量了标定转速 ３ ６００ ｒ／ｍｉｎ时柴油机燃用不同燃料的油耗和排放。
３试验结果与分析 ３．１ 动力性、经济性对比 表３示出了调速手柄位置相同时，柴油机燃用 不同燃料的输出功率数据。可以看出，与燃用柴油 相比，燃用甲醇生物柴油混合燃料ＢＭ５和ＢＭ１０ 时，柴油机的功率明显降低。这主要是因为调速手 柄位置固定、转速相同时，循环喷油量保持不变，掺 入甲醇后，混合燃料的热值降低，输出功率降低。通 过调整喷油泵，增加循环供油量，燃用甲醇一生物柴 油混合燃料所造成的功率损失可以得到部分补偿。 图１示出３ ６００ ｒ／ｍｉｎ时柴油机燃用不同燃料 能量消耗率随负荷变化的曲线。由图可见，与燃用 柴油相比，燃用生物柴油的能量消耗率略有降低。 随着混合燃料中甲醇掺混比例的提高，能量消耗率 逐渐增加。这是因为甲醇的汽化潜热较高，降低了缸 内燃烧温度，加之其低温着火性较差，不利于燃料完全 燃烧，所以生物柴油掺烧甲醇时能量消耗率会增加。
表３调速手柄位置相同时柴油机输出的功率 转速／ 功率／ｋＷ 柴油 生物柴油 ＢＭ５ ＢＭ１Ｏ ２ ４ｏ０ ５．１０ ４．２４ ３．８１ ３．６３ ０．５７ ０．４ｏ ｏ．２ｏ １．４２ １．２７ １．ｏ７ ｏ．８２ ３ ＯＯＯ ２．８５ ２．８Ｏ ２．５９ ２．３５ ４．２８ ４．Ｏ８ ３．８６ ３．４３ ５．７０ ５．５５ ５．２３ ４．７６ ３ ６００ ６．３ｏ ６．１８ ５．７２ ５．０８
图１ ３ ６００ ｒ／ｍｉｎ时能量消耗率随负荷的变化 ３．２排放特性分析 ３．２．１ Ｃ（）排放 图２示出了柴油机燃用不同燃料时Ｃｏ排放随 负荷的变化。由图可见，与燃用生物柴油相比，燃用 ＢＭ５和ＢＭ１０时，ＣＯ排放体积分数均明显升高，升 幅与甲醇的掺混比例成正比。燃用ＢＭ５和ＢＭ１０ 时，ＣＯ排放体积分数的最大升幅出现在Ｐ ＝ １．５７ ｋＷ时。随着负荷增大，ＣＯ排放的升幅降低。 柴油机燃用甲醇一生物柴油混合燃料时，ＣＯ 排放升高，主要是因为甲醇的汽化潜热较高，降低了 缸内燃烧温度，由于ＣＯ的氧化主要经历以下反应， 即Ｃｏ＋ＯＨ—一ＣＯ －＋－Ｈ，其氧化速率与反应温 车用发动机 ２Ｏ１１年第１期 度成正比，Ｋｃｏ一６．７６×１０ ・ｅ “ ，使得ＣＯ的氧 化反应受到一定程度的抑制，从而导致ＣＯ排放体 积分数升高。低负荷时，喷油量较小，过量空气系数 较大，甲醇的富氧优势难以发挥。此时，甲醇汽化潜 热较高导致缸内燃烧温度降低是ＣＯ排放升高的主 要原因；高负荷时，喷油量增加，过量空气系数减小， 燃烧温度升高，甲醇中的氧缓解了油气混合过浓区 域燃烧缺氧的状况，在一定程度上抑制了ＣＯ的生 成，所以标定工况时燃用ＢＭ５和ＢＭ１０的ＣＯ排放 体积分数升幅比低负荷时的有所减小。 图２ ３ ６００ ｒ／ｍｌｎ时ＣＯ排放随负荷的变化 ３．２．２ ＨＣ排放 图３示出了柴油机燃用不同燃料时ＨＣ排放随 负荷的变化。由图可见，燃用ＢＭ５和ＢＭ１０时，ＨＣ 排放的变化趋势与ＣＯ排放类似，两者均随甲醇掺 混比例的提高而明显升高，ＨＣ排放的最大升幅 也出现在Ｐ 一１．５７ ｋｗ时，且随着负荷增大升幅 降低。 图３ ３ ６００ ｒ／ｍｉｎ时ＨＣ排放随负荷的Ｉ曼化 原因是甲醇沸点较低、汽化潜热大，易从喷雾油 束中蒸发出来，在油束外围与空气混合形成温度较 低、空燃比较大的燃油混合气，其中的燃料难以完全 燃烧，从而产生较多的ＨＣ排放ｌ｛ｊ Ｊ。随着负荷的升 高，循环喷油量增大，油束外围混合气的过稀区域逐 渐缩小，加之缸内燃烧温度升高，有利于燃料完全燃 烧，所以标定工况时燃用ＢＭ５和ＢＭ１Ｏ，ＨＣ排放体 积分数的升幅要小于其他工况。 ３．２．３ ＮＯ 排放 图４示出柴油机燃用不同燃料时，ＮＯ 排放随 负荷的变化。由图可见，燃用ＢＭ５和ＢＭ１０时， ＮＯ 排放体积分数明显下降，均低于燃用生物柴油 和柴油时，随着混合燃料中甲醇掺混比例的提高， ＮＯ 排放体积分数的降幅增大。
里 、
０ Ｚ
图４ ３ ６００ ｒ／ｒａｉｎ时Ｎ（ 排放随负荷的变化 根据Ｚｅｌｄｏｖｉｃｈ机理，Ｎｏ 主要产生于热力 ＮＯ 反应过程，其主要基元反应如下Ⅲ９ ： ｏ＋Ｎ２ Ｎ０＋Ｎ， （１） Ｎ＋Ｏ Ｎ（）＋Ｏ， （２） Ｎ＋０Ｈ ＮＯ＋Ｈ。 （３） 反应（１）描述了高温环境下火焰中的Ｏ原子攻 击Ｎ三Ｎ键的过程，由于其正向反应Ｎ 分解所需 的活化能Ｅ 一３１４ ｋＪ／ｍｏｌ，而逆向反应Ｅ一 ＝０ｌ】 ， 所以此反应必须在高温下才能进行，且反应速度较 慢，整个链式反应的速度也取决于此反应。生物柴 油掺烧甲醇后，因甲醇较高的汽化潜热降低了燃油 混合气的温度，进而降低了缸内燃烧温度，反应（１） 的正向反应受到抑制，整个链式反应的速度放慢，使 得ＮＯ 的生成量减少，排放体积分数降低。 ３．２．４炭烟排放 图５示出柴油机燃用不同燃料时，烟度随负荷 的变化。由图可见，与燃用柴油相比，燃用生物柴 油、ＢＭ５和ＢＭ１０时，柴油机的排气烟度依次降低。 燃用ＢＭ１０时，中低负荷的排气烟度均不超过 ０．１ ＢＳＵ，与燃用生物柴油时相比，降幅接近于 １．０ ＢＳＵ。 炭烟的形成过程见图６。燃料分子首先裂解产 牛Ｃ。Ｈ。和Ｃ。Ｈ。等小分子自由基，后经加成和环化 反应形成单环芳香烃（ＭＡＨｓ），生成的ＭＡＨｓ再通 过脱氢加乙炔等反应形成多环芳香烃（ＰＡＨｓ）， ＰＡＨｓ基团在高温缺氧条件下经过成核、碰撞和凝 结过程最终形成炭烟¨】 。生物柴油掺混甲醇后，排