混燃乙醇改善柴油機碳煙排放的試驗研究

2007年2月農機化研究第2期混燃乙醇改善柴油機碳煙排放的試驗研究葉忠慧,韋志康(廣西大學(xué),南寧530004)摘要:在πY295υ柴油機上,以乙醇作為預混合燃料與噴入的柴油組成部分預混的復合燃燒,利用先進(jìn)的計算機硬件技術(shù)和虛擬儀器LABⅥEw軟件技術(shù),設計雙燃料噴射系統,并進(jìn)行性能試驗。結果表眀,柴油杋煙度大幅度下降,發(fā)動(dòng)杋燃油消耗率優(yōu)于原柴油機,排氣溫度也有所降低。關(guān)鍵詞:動(dòng)力機械工程;柴油機廢氣排放;試驗研究;碳煙;雙燃料;乙醇中圖分類(lèi)號:TK428.9文獻標識碼:A文章編號:1003-188×(2007)02-0203-040引言加溫室氣體CQ,是一種可再生能源;同時(shí),乙醇容易汽化,與空氣形成預混合氣,該預混合氣在引入柴油機憑借其熱效率高及α,κ和αo排放低氣缸時(shí)利用噴λ的柴油引發(fā)燃燒,且組成預混合燃燒的特點(diǎn)而得到了日益廣泛的應用,并且是發(fā)動(dòng)機發(fā)和擴散燃燒同時(shí)進(jìn)行的復合燃燒1n展的方向。但由于柴油機具有較高的№和碳煙顆粒1試驗方法和試驗裝置排放,因此減少柴油機碳煙顆粒排放以保護環(huán)境,盡快尋找可再生燃料替代從石油中提煉的柴油,是柴試驗裝置布置示意圖如圖1所示,雙燃料計算油機的重要研究課題?，F已有研究結果表明,若用乙機控制試驗系統的功能框圖如圖2所示。醇作為預混合燃料,將提高燃燒速度,不生煙和不增雙燃料計算機控制系統U型進(jìn)氣壓力計供醇正時(shí)及TY295D柴油機水力測功器轉速傳感器傳速計排氣煙度計溫度計圖1試驗裝置布置示意圖數據采集卡供油拉桿鍵盤(pán)、鼠標及個(gè)水力測功機發(fā)人廢氣分析儀及傳感器煙度計等機低日軟件謝系統D/A圖2雙燃料計算機控制試驗系統功能框圖收稿日期:2006-04-09基金項目:廣西大學(xué)科研基金資助項目(032005)在本試驗中所采用的TY295D柴油機為立式、四作者簡(jiǎn)介:葉忠慧(1964),女,廣西浦北人,講師,(Enai) xyz沖程和水冷直接噴射式,其標定功率為18.4kW標定轉速為2300r/mn,最大扭矩為80.6最大2007年2月農機化研究第2期轉速為1750r·mn'。能耗率均有不同程度的改善。其中,E25的能耗雙燃料計算機控制試驗系統是在發(fā)動(dòng)杋基礎率最低,較純柴油下降了15″右。這說(shuō)明,能上改造而成的,并采用了在LabⅦⅥEW平臺上開(kāi)發(fā)的PC耗率的改善效果并不是隨乙醇摻燒比的變化單調總線(xiàn)-插卡式虛擬儀器系統。系統中,供油拉杄位置傳遞增或減小,而是存在一個(gè)最佳值,這個(gè)最佳值感器和轉速傳感器將噴油泵的供油拉桿位置信號和轉隨發(fā)動(dòng)機的結構參數的不同而有所變化。速信號轉換成電信號后,輸入數據采集卡并由采集卡20對信號進(jìn)行AD轉換;計算機利用軟件編程對AD轉純柴油換后的拉桿位置信號和轉速信號進(jìn)行計算處理,得出柴油的循環(huán)噴油量,再根據所設定的柴油/乙醇比例E1010控制數據采集卡發(fā)出一定寬度的脈沖,從而實(shí)現控E25制低壓乙醇噴射系統按比例將乙醇噴入進(jìn)氣流的迅速汽化后與進(jìn)入的空氣形成一定濃度的預混合氣204060試驗中的其他主要設備有:D150水力測功機,精度負荷百分比/%為±1.5%FCM04瞬態(tài)油耗測量?jì)x,精度為±1%a)不同乙醇摻燒比時(shí)的能耗率變化FBY-201型全自動(dòng)煙度計,精度為±3%±0.3BSUDYM型水銀氣壓表;SZM9磁電轉速傳感器;V508B型濕度表;XM101數字溫度顯示儀;P02B型轉速數字顯示儀。試驗的整個(gè)過(guò)程在發(fā)動(dòng)機一個(gè)工一E10作循環(huán)內完成,以便于設置不同的柴油/乙醇比例進(jìn)E25行實(shí)驗,從而測出在不同的柴油/乙醇比例時(shí)的扭E40矩、油耗及煙度等參數。2試驗所參照的標準6080100本試驗中各指標的測量均參照GB1105-87《內負荷百分比/%燃機臺架性能試驗方法》、GB/T3846-93《柴油車(chē)自b)不同乙醇摻燒比時(shí)的煙度變化500由加速煙度的測量-濾紙煙度法》、GB3847-93《汽車(chē)柴油機全負荷煙度測量方法》和GB9486-88《柴油機穩態(tài)排氣煙度及測定方法》進(jìn)行純柴油3試驗結果和討論試驗時(shí),選取最大扭矩轉速1750r/mn和標定100工況轉速2300r/mn兩個(gè)轉速點(diǎn),每個(gè)轉速點(diǎn)下分別進(jìn)行純柴油、乙醇(試驗用乙醇的純度為95預混比例為10%25940%負荷特性試驗;并負荷百分比/%(c)不同乙醇摻燒比時(shí)的排氣溫度變化分別取各轉速下的負荷百分數為20%,40%60%圖3n=1750r/mn時(shí)的負荷特性809100%作為測量點(diǎn),測量扭矩、有效功率、燃油消耗量、排氣溫度和煙度,每次試驗測量3次,取其平均值作為測量結果。測得的各試驗點(diǎn)的數據制取負荷特性曲線(xiàn)如圖一純柴油和圖4所示。能耗量為根據燃油消耗量及乙醇混E10合比例按柴油、酒精的低熱值換算后的能量值。3.1經(jīng)濟性分析圖3(a)和圖4(a)中分別給出了1750r/mn和2300r/mn下不同酒精摻燒比時(shí)能耗率隨負荷的80100變化曲線(xiàn)。由圖可見(jiàn),摻燒乙醇時(shí),除E10在大負荷百分比/%負荷時(shí)能耗率與純柴油接近外,在不同工況下的a)不同乙醇摻燒比時(shí)的能耗率2007年2月農機化研究第2期2300r/mn轉速下不同乙醇摻燒比時(shí)排氣溫度隨負荷的變化曲線(xiàn)。從圖中可以看出,隨著(zhù)乙醇摻燒比一純柴油增大,排氣溫度明顯下降。其主要原因是:由于乙醇的氣化潛熱大,摻燒乙醇后壓縮終了的缸內壓力要0.6和溫度均比原機要低,且乙醇燃燒持續期短,后燃燒程度小,導致了排氣溫度的下降:排氣溫度的降低在一定程度上也可以減少發(fā)動(dòng)機的熱量損失,從20406080100而提高了發(fā)動(dòng)機的熱效率。負荷百分比/%由以上分析可見(jiàn),柴油機摻燒乙醇后,其經(jīng)濟(b)不同乙醇摻燒比時(shí)的煙度變化性、排放性較原機都將產(chǎn)生較大的改變;由排氣溫度的改變還可以看出,通過(guò)進(jìn)氣管?chē)姶嫉姆绞綋綗澮掖己?發(fā)動(dòng)機混合氣的形成及燃燒規律均發(fā)生了純柴油較大的改變。實(shí)驗結果表明,這些改變在一定程度E10上都是有利的。200E25E404結論1)該系統在柴油機上易于改造,柴油、乙醇的分配比例分開(kāi)控制。柴油摻燒乙醇后,對柴油機的負荷百分比/%(c)不同乙醇摻燒比時(shí)的排氣溫度變化扭矩、功率影響不大,只要加大乙醇的供給量,便圖4n=2300r/mn時(shí)的負荷特性可達到或超過(guò)原機的動(dòng)力性。摻燒乙醇后,能耗率E明顯降低,這主要是由2)摻燒乙醇后,碳煙有較大的降低,尤其在高醇類(lèi)燃料的特點(diǎn)決定的。醇類(lèi)燃料是含氧燃料,易負荷時(shí)尤為明顯,最高煙度下降率高達80%于稀燃,且醇類(lèi)比烴類(lèi)的燃燒速度和火焰傳播速度3)摻燒乙醇后,柴油機的排氣溫度下降,熱快,燃燒持續期短,后燃減少,這些都使萁燃燒趨效率提髙,能耗率下降。ε25時(shí)較理想,其能耗率于完善及有利于熱效率的提高。此外,醇類(lèi)的氣化較純柴油最大下降可達15熱比烴類(lèi)大兩倍,其由進(jìn)氣管、進(jìn)氣道進(jìn)入氣缸的4)在不同轉速和負荷下,最佳的乙醇摻燒率過(guò)程中能吸收管道壁面及燃燒室周?chē)邷乇诿娴臒崾亲兓?。?這等于充分利用了發(fā)動(dòng)機的部分廢熱和余熱,參考文獻減少了熱量的損失,提高了熱效率[1]周龍保.內燃機學(xué)[M.北京:機械工業(yè)出版社,3.2煙度分析圖3(b)與圖4(b)分別給出了1750r/mn和[2]王賀武,周龍保,含氧燃料添加劑對柴油機性能和2300r/mn轉速下不同乙醇摻燒比時(shí)煙度隨負荷的排放的影響[].內燃機學(xué)報,2001(1):3-6.變化曲線(xiàn)。由圖中可以看出,隨著(zhù)摻燒比的提高3]近久武美.內燃機代用燃料研究[M.上海:上海交排氣煙度明顯降低,在中高負荷階段尤為明顯,最大出版社,1985高煙度下降率高達804] Al ter nat e Ful es Comm ttee of t he Engi ne Manu-摻燒乙醇后,煙度大幅下降的主要原因是:在factures associ at i on. a Techni cal assess ment相同轉速和負荷下,由于摻燒乙醇使柴油的噴入量of Al cohol Fuel s, SAE820261. Publ i sh by: Sc有所減少,從而減少了成煙的物質(zhì);其次,乙醇是ci ety of Aut onot i ve Engi neeri ng, INC. P1041含氧燃料,燃燒時(shí)有自供氧作用,使得燃油局部缺氧生成碳粒的機會(huì )減少;此外,由于乙醇的氣化潛[5]許鋒,杜寶國.在柴油機上燃用乙醇柴油的實(shí)驗熱大,進(jìn)入氣缸后使得缸內的壓力和溫度均比原機研究[].機電設備,2002(5):1448下降,使得可燃混合氣的滯燃期延長(cháng),使混合氣混[6]張武高,楊劍光.柴油-酒精混合燃料發(fā)動(dòng)機的性能合更完善;而且摻燒乙醇后,混合氣的燃燒持續期研究[].汽車(chē)工程,2003,25(4):334-337短,后燃減少。[刀]黃勇成,周龍保,趙慧.缸內直噴周向分層燃燒系3.3排氣溫度分析統燃用醇類(lèi)燃料的試驗研究[].內燃機學(xué)報圖3(c)和圖4(c)中分別給出了1750r/mn和2000(1):63-672007年2月農機化研究第2期Improving Carbon-smoke Exhausting for Diesel Engine UsingDiesel/alcohol dual fueYE Zhong-hui. Wei Zhi-kanGuangxi University, Nanning 530004, ChinaAbstract: A Diesel/Alcohol dual fuel injection experimental system controlled by PC is introduced firstly. Thissystem is developed based on the advanced technology of hardware and virtual instrument. The experimentalstudied on the TY 295d 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: alcohol(上接第190頁(yè)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, China)Abstract: 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 minimuKey words: agricultural engineering; threshing and separating unit; application; data processing: MATLAB(上接第193頁(yè)Abstract id:1003-188X(2007)02-0191-EACFD Simulation on the Disinfect Efficiency of Ultraviolet ReactorMO Jun-yi, ZHANG Shu-ge', ZHANG Di-kang(1. 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 dosaugmented from 41.57J/m- to 262.36J/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 centralizedKey words: plant protection; ultraviolet reactor; simulation analysis; CFD; disinfect206