生物柴油-乙醇-柴油混合燃料在柴油機(jī)上的應(yīng)用研究.pdf

1、能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)的要求使車用清潔代用燃料引起越來越多的關(guān)注，生物柴油與乙醇是兩種較為理想的柴油替代燃料。生物柴油理化特性與柴油相近，可以以任意比例和柴油摻燒，但由于粘度較大，燃油的霧化質(zhì)量不好。乙醇含氧量較高，且粘度較低，但理化特性與柴油相差較大，大比例摻燒必需添加助溶劑保證混合燃料不分層。針對生物柴油與乙醇各自的優(yōu)缺點，本文提出生物柴油-乙醇-柴油三元混合燃料（Biodiesel-Ethanol-Diesel，簡稱BE-D），使得生

2、物柴油和乙醇互補(bǔ)，形成理化特性更優(yōu)良的混合燃料，并開展BE-D在柴油機(jī)上的適應(yīng)性研究。 本文主要研究內(nèi)容：設(shè)計了生物柴油、乙醇與柴油混合的最佳摻燒比篩選試驗方案與試驗數(shù)據(jù)處理方法，通過發(fā)動機(jī)臺架實驗進(jìn)行了摻燒比的篩選，得出了BE-D最佳配比。進(jìn)行了BE-D混合燃油的物性測試，比較了BE-D和柴油理化特性的差異。通過發(fā)動機(jī)臺架試驗研究了BE-D發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、動力性、CO、HC，NOx氣態(tài)排放物、煙度、微粒排放和醛類排放性能，并與

3、燃用純柴油時進(jìn)行了比較。比較了BE-D燃燒后微粒排放和煙度排放特性。提出了發(fā)動機(jī)醛類化合物排放毒性當(dāng)量計算方法，并計算出了柴油、BE-D發(fā)動機(jī)的醛類化合物排放毒性當(dāng)量。進(jìn)行了BE-D發(fā)動機(jī)工作過程建模與發(fā)動機(jī)性能模擬計算分析，提出了恢復(fù)BE-D發(fā)動機(jī)動力性的方法。研究結(jié)果如下： 根據(jù)柴油、生物柴油和乙醇的互溶性，采用均勻設(shè)計方法構(gòu)造不同配比的混合燃料。同樣應(yīng)用均勻設(shè)計方法選擇實驗樣機(jī)DL190-12柴油機(jī)代表性的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷構(gòu)造發(fā)

4、動機(jī)實驗方案，通過發(fā)動機(jī)實驗篩選混合燃料的最佳配比。選擇NOx、煙度、燃油消耗率和功率作為優(yōu)化指標(biāo)，應(yīng)用二次多項式逐步回歸法分析發(fā)動機(jī)實驗數(shù)據(jù)，計算出基于各個單一優(yōu)化指標(biāo)和綜合優(yōu)化的混合燃料的最佳配比，得出綜合優(yōu)化的混合燃料最佳配比為柴油：生物柴油：乙醇為0.7：0.25：0.05。 BE-D的理化特性分析表明BE-D可以很好地在柴油機(jī)上直接應(yīng)用；發(fā)動機(jī)外特性表明燃用BE-D時的發(fā)動機(jī)功率有約3％的下降；負(fù)荷特性表明燃用BE-D

5、時發(fā)動機(jī)的燃油消耗率比柴油平均高出約10％，隨著負(fù)荷增加兩者的燃油消耗率相差減少。燃用BE-D時發(fā)動機(jī)的NOx排放比柴油高，在中、低轉(zhuǎn)速下的中高負(fù)荷區(qū)兩者的差距比較明顯，高速下相差不明顯。BE-D能有效降低CO排放和煙度，接近全負(fù)荷下尤其明顯，相比柴油CO降低40％～65％，穩(wěn)態(tài)煙度降低36％～56％，自由加速煙度降低18％。 利用自行研制的微粒采樣裝置進(jìn)行了燃用BE-D、柴油時發(fā)動機(jī)微粒排放質(zhì)量濃度的采樣測試，結(jié)果表明1200

6、r/min下BE-D的微粒排放質(zhì)量濃度比柴油高80％～150％；1500r/min下BE-D的微粒排放質(zhì)量濃度比柴油低，在全負(fù)荷下尤其顯著，降幅為36％：1800r/min下BE-D的微粒排放質(zhì)量濃度在全負(fù)荷下比柴油低58％，其他負(fù)荷下兩者相當(dāng)。研究還發(fā)現(xiàn)采用煙度法與微粒排放質(zhì)量濃度法評價燃用BE-D與柴油的排放時在高速大負(fù)荷下兩者結(jié)論一致，在低速小負(fù)荷下兩者結(jié)論相悖，BE-D會增加低速下微粒的排放量。 研究了燃用BE-D和柴油

7、時的醛類排放物，采用衍生法在線捕集發(fā)動機(jī)排氣中的醛類污染物，應(yīng)用液相色譜技術(shù)分析醛類成分與濃度。研究結(jié)果表明，排氣中醛類化合物總比排放量隨著發(fā)動機(jī)負(fù)荷增加而減少；1200r/min和1800r/min下BE-D的總比排放量比柴油高，1500r/min下比柴油低；甲醛和乙醛是所有排放的醛類中占有率最大的兩種醛，在大部分工況下占有率達(dá)80％左右，C4以上的醛占有率大部分工況下不足1％。隨發(fā)動機(jī)負(fù)荷增加，甲醛占有率增加，乙醛占有率減少。大多數(shù)

8、工況下甲醛占有率比乙醛高。BE-D的丙醛排放大部分工況下比柴油略高，丙烯醛排放卻比柴油低，中高負(fù)荷下丁醛排放比柴油高，低負(fù)荷下則比柴油低。本文提出了發(fā)動機(jī)排放的醛類化合物毒性當(dāng)量的計算方法，并進(jìn)行計算，發(fā)現(xiàn)燃用BE-D時的醛類化合物毒性當(dāng)量明顯比柴油低，最大降幅達(dá)40％。 利用AVL公司的商用軟件Boost建立DL190-12柴油機(jī)工作過程模型，在該模型基礎(chǔ)上通過改變?nèi)剂系睦碚摽杖急群偷蜔嶂捣椒ń⒘巳加肂E-D時的發(fā)動機(jī)工作過