生物柴油-乙醇-柴油混合燃料在柴油機上的應用研究.pdf

1、能源危機和環(huán)境保護的要求使車用清潔代用燃料引起越來越多的關注，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，形成理化特性更優(yōu)良的混合燃料，并開展BE-D在柴油機上的適應性研究。 本文主要研究內容：設計了生物柴油、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)動機臺架實驗進行了摻燒比的篩選，得出了BE-D最佳配比。進行了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)動機臺架試驗研究了BE-D發(fā)動機的經(jīng)濟性、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)動機醛類化合物排放毒性當量計算方法，并計算出了柴油、BE-D發(fā)動機的醛類化合物排放毒性當量。進行了BE-D發(fā)動機工作過程建模與發(fā)動機性能模擬計算分析，提出了恢復BE-D發(fā)動機動力性的方法。研究結果如下： 根據(jù)柴油、生物柴油和乙醇的互溶性，采用均勻設計方法構造不同配比的混合燃料。同樣應用均勻設計方法選擇實驗樣機DL190-12柴油機代表性的轉速、負荷構造發(fā)

4、動機實驗方案，通過發(fā)動機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，應用二次多項式逐步回歸法分析發(fā)動機實驗數(shù)據(jù)，計算出基于各個單一優(yōu)化指標和綜合優(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上直接應用；發(fā)動機外特性表明燃用BE-D時的發(fā)動機功率有約3％的下降；負荷特性表明燃用BE-D

5、時發(fā)動機的燃油消耗率比柴油平均高出約10％，隨著負荷增加兩者的燃油消耗率相差減少。燃用BE-D時發(fā)動機的NOx排放比柴油高，在中、低轉速下的中高負荷區(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行了燃用BE-D、柴油時發(fā)動機微粒排放質量濃度的采樣測試，結果表明1200

6、r/min下BE-D的微粒排放質量濃度比柴油高80％～150％；1500r/min下BE-D的微粒排放質量濃度比柴油低，在全負荷下尤其顯著，降幅為36％：1800r/min下BE-D的微粒排放質量濃度在全負荷下比柴油低58％，其他負荷下兩者相當。研究還發(fā)現(xiàn)采用煙度法與微粒排放質量濃度法評價燃用BE-D與柴油的排放時在高速大負荷下兩者結論一致，在低速小負荷下兩者結論相悖，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)動機排氣中的醛類污染物，應用液相色譜技術分析醛類成分與濃度。研究結果表明，排氣中醛類化合物總比排放量隨著發(fā)動機負荷增加而減少；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)動機負荷增加，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，中高負荷下丁醛排放比柴油高，低負荷下則比柴油低。本文提出了發(fā)動機排放的醛類化合物毒性當量的計算方法，并進行計算，發(fā)現(xiàn)燃用BE-D時的醛類化合物毒性當量明顯比柴油低，最大降幅達40％。 利用AVL公司的商用軟件Boost建立DL190-12柴油機工作過程模型，在該模型基礎上通過改變燃料的理論空燃比和低熱值方法建立了燃用BE-D時的發(fā)動機工作過