著(zhù)火改進(jìn)劑對乙醇--柴油燃料排放特性的影響

第21卷(2003)第6期內燃機學(xué)報Vol.21(2003)NTransactions of cSIce文章編號:1000-0909(2003)06-0419-0421-101著(zhù)火改進(jìn)劑對乙醇一柴油燃料排放特性的影響何邦全,王建昕,郝吉明(清華大學(xué)汽車(chē)安全與節能?chē)抑攸c(diǎn)實(shí)驗室,北京100084)摘要:隨著(zhù)乙醇含量的增加,乙醇_柴油混合燃料的含氧量増大,但熱值、十六烷值和粘度下降。助溶劑可以提高混合燃料的穩定性,著(zhù)火改進(jìn)劑能提高它的十六烷值。在發(fā)動(dòng)機上的研究結果表明:柴油機的排放與負荷、摻醇量、助溶劑及著(zhù)火改進(jìn)劑有關(guān)。大負荷時(shí),隨著(zhù)混合燃料中乙醇含量的增加,煙度明顯改善,NO排放有所降低,但使用乙醇—柴油混合燃料時(shí),未燃乙醇和乙醛排放增加,而且CO和總碳氫(THC)排放高于柴油,但助溶劑與著(zhù)火改進(jìn)劑能降低CO和THC排放,THC排放甚至低于柴油關(guān)鍵詞:柴油機;乙醇;助溶劑;著(zhù)火改進(jìn)劑;排放中圖分類(lèi)號:TK421.5文獻標識碼:A排氣煙度由FBY-200型全自動(dòng)煙度計測量引言排氣成分由AVL公司產(chǎn)的CEBⅡ型分析儀測量用乙醇部分替代柴油不僅可以緩解柴油的供求其中NO用化學(xué)發(fā)光法(CID)分析,總碳氫矛盾,而且可以減少有害排放物。但乙醇是極性分(THC)由氫火焰離子法(FID)分析,CO由不分光子,難以與柴油互溶,而且乙醇_柴油混合燃料的穩紅外線(xiàn)法(NDR分析。排氣中旳乙醛和乙醇排放定性受柴油中碳氫化合物的構成、含水量、比重、溫量由 Agilent公司產(chǎn)的色譜6890N-質(zhì)譜5973N聯(lián)度和添加劑量的影響η,因此要形成均勻穩定的乙用手段分析,該機配有PIOT-Q極性毛細管柱。醇—柴油混合燃料需借助于助溶劑。如美國清潔燃料公司研制的 Puranol添加劑能保證含有體積分數2試驗結果與討論為10%~15%的乙醇—_柴油燃料長(cháng)期不分層,而且2.Ⅰ乙醇一柴油混合燃料的物理化學(xué)性質(zhì)這種燃料能分別減少柴油機的微粒、CO和NO排本試驗研究了5種燃料的排放特性。這5種燃放41%、27%和5%。但是乙醇和助溶劑的加入,料是:0柴油(簡(jiǎn)稱(chēng)E0),含有10%乙醇的乙醇一柴使得乙醇—柴油—助溶劑燃料的物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生油燃料(簡(jiǎn)稱(chēng)E10,含有30%乙醇的乙醇—柴油燃了改變。Caro等3的研究結果表明:乙醇的添加使料(簡(jiǎn)稱(chēng)E30),含有2%助溶劑、0.1%著(zhù)火改進(jìn)劑得乙醇—柴油混合燃料的粘度和十六烷值降低,柴和⑩0%乙醇的乙醇—柴油燃料(E10AⅠ,含有2%油機的NO排放降低,循環(huán)壓力波動(dòng)也降低,但同助溶劑、1%著(zhù)火改進(jìn)劑和30%乙醇的乙醇—柴油時(shí)有新生排放物—未燃乙醇排出41燃料(E30AⅠ)。以上燃料中,各種成分均以體積分考慮到乙醇—柴油混合燃料最容易在柴油機上數計。助溶劑由中國科學(xué)院生態(tài)中心提供,它不含推廣應用,因此本文重點(diǎn)研究這類(lèi)燃料的排放特性。金屬和S成分。著(zhù)火改進(jìn)劑為硝酸異辛酯。5種燃料的物理化學(xué)性質(zhì)示于表11試驗裝置由表1可見(jiàn),隨著(zhù)乙醇含量的增加,混合燃料的試驗用發(fā)動(dòng)機是一臺非增壓直噴式4102型柴C/H比、密度、運動(dòng)粘度、高熱值、十六烷值均降低,油機,最大轉矩/轉速為245N·m/(1700r/而且E10和E30的十六烷值低于0=柴油下限。著(zhù)mim)壓縮比為1.5。為便于比較各種燃料的排放火改V凵中國煤化工十六烷值,并能使其滿(mǎn)特性,試驗時(shí)發(fā)動(dòng)機未做調整足CNMHG。使用助溶劑后,乙醇*收稿日期:2003-06-02;修訂日期:2003-07-30基金然科學(xué)基金資助項目(50136040);清華大學(xué)基金項目(Jz2002002)。(1964—),男,博士,主要研究方向為內燃機的燃燒與代用燃料內燃機學(xué)報第21卷第6期柴油混合燃料能長(cháng)期存放而不分層,而且助溶劑粘度仍低于θ柴油標準。還可以看岀,各種乙醇還可以部分恢復混合燃料旳運動(dòng)粘度,但E30AI的柴油混合燃料的餾程能滿(mǎn)足θ-柴油的要求。表1試驗用燃料的物理化學(xué)性質(zhì)Tab 1 Physicecal properties of various fuels目0#柴油標準乙醇EOE10E30Al0%回收溫度/C25524423490%回收溫度/C95%回收溫度/C密度(20C)/(kg/L)實(shí)測0,83660,83080,8206083240.8224運動(dòng)粘度(20C)/(mm2/s)3.0~8.03.7443.2153.3152.889高熱值/(MJ/kg)28.4916.4513.8840.54十六烷值4425.5484芳香烴/%(m/m)18.623.118.1C含量/%(m/m)H含量/%(m/m)13.2513.2513.1513.0813.116.5525.8446.3465.8432.2煙度圖1給出了各種燃料對煙度排放的影響。由圖可知煙度與柴油機的負荷和乙醇含量有關(guān)。當柴油機處于低負荷時(shí),乙醇對煙度排放的影響較小,因一+一E10為此時(shí)燃燒室內的過(guò)量空氣系數較大。在大負荷-x-EIOAl時(shí),隨著(zhù)乙醇含量的增加,煙度逐步降低。如平均有一E30AI效壓力(BMEP)p為0.58MPa時(shí),E0、E10AI和E30AI的波許煙度分別為1.6,1.5和0.9。與E0相比,E10AI與E30AI的煙度分別降低了6.3%和./MPa43.8%。發(fā)生上述現象的原因是:1)高負荷時(shí)噴油時(shí)間長(cháng),此時(shí)進(jìn)入油束中心的乙醇可抑制碳煙的形成5:;2)乙醇不提供生成芳香環(huán)的先趨物( precursor)7;3)高的含氧量、低的C/H比也有利于減少1 700 r/min碳煙排放;4)高的過(guò)量空氣系數(圖2)使得局部缺氧的可能性降低。就E10和E10AI來(lái)說(shuō),著(zhù)火改進(jìn)劑對碳煙排放的影響較小。但E30AI能明顯降低E10Aly-E30柴油機的碳煙排放E30Al2.3NO2排放圖3給出了各種燃料對NO排放的影響?？梢钥闯?隨著(zhù)乙醇含量的增加,在中、高負荷時(shí),NO排放有所降低,其主要原因是乙醇的氣化潛熱高而中國煤化工且混合燃料的熱值低,導致燃燒溫度降低。E10和CNMHG有效壓力p的關(guān)系E10AI,E30與E30AI的NO排放趨勢可能與燃料Fig. 2 The relation between excess ai的均勻性有關(guān)。ratio and BMEP(p。)2003年11月何邦全等:著(zhù)火改進(jìn)劑對乙醇—柴油燃料排放特性的影響421I 700 r/min1 r/minE10A1E10E10Alg6004-°-041-E30400P /MP700 r/min1 700 r/min550E10E30Alx一EI0AI一-E30。-E30AI400350Pr /MPaP /MPa圖↓各種燃料對THC排放的影響圖6各種燃料對乙醛排放的影響Fig. 4 The effect of ethanol on THOFig. 6 The effect of ethanol on acetaldehyde2.5CO排放圖7給出了未燃乙醇的排放趨勢?？梢钥闯鰣D5給出了各種燃料對CO排放的影響?？梢允褂弥袊夯袢家掖寂欧?。但隨著(zhù)看出,使用乙醇柴油混合燃料時(shí),CO排放總體上混合CNMHG未燃乙醇排放量增加高于柴油的,其中E10和E30的CO排放相對較未燃乙醇在中、高負荷時(shí)最大。分析認為:低負荷時(shí)高,這說(shuō)眀未完全燃燒的燃料較多。對于E10AI和未燃乙醇低主要是由于此時(shí)供油少,形成未燃乙醇E3AⅠ,由于添加了助溶劑和著(zhù)火改進(jìn)劑,改善了燃的機率低;高負荷時(shí)由于柴油機的熱負荷高,淬熄層燒狀況,所疢歡摒非放有所降低減薄,使得未燃乙醇排放減少了。與未加助溶劑與422內燃機學(xué)報第21卷第6期著(zhù)火改進(jìn)劑相比,助溶劑與著(zhù)火改進(jìn)劑的應用能部(4)隨著(zhù)乙醇含量的增加,排氣中的乙醛和未分降低使用El⑩0AI和E30AI時(shí)旳未燃乙醇排放。燃乙醇排放均增加,但助溶劑和著(zhù)火改進(jìn)劑可以相對降低乙醛與未燃乙醇的排放。1 700 r/minEl0參考文獻o- E30AI[1 Ecklund EE, Bechtold R L, Timbario T J, et al.the Use of alcohols inDiesel Engines[C]. SAE Paper 840118,1984[2 Ahmed 1. Oxygenated Diesel: Emissions and Perfornce Characteristics of ethanol-Diesel blends in ci engines[C]. SAE Paper 2001-01-2475,2001[3 Caro P S, Mouloungui Z, Vaitilingom G, et al.Inter圖7各種燃料對未燃乙醇排放的影響est of Combining an Additive with Diesel- EthanolFig. 7 The effect of ethanol on unburned ethanolBlends for Use in Diesel Engines[J]. Fuel, 2001,803結論565~5744]王建昕,閆小光,程勇,等.乙醇一柴油混合燃料的燃(1)乙醇改變了混合燃料的物理化學(xué)性質(zhì)燒與排放特性[J].內燃機學(xué)報,2002,20(3):225.隨著(zhù)乙醇含量的增加,混合燃料中的含氧量增加,但「5] Choic y, ReitzRD. An Experimental Study on the其熱值、十六烷值和粘度下降。助溶劑可以提高混Effects of Oxygenated Fuel Blends and Multiple Injec合燃料的穩定性,著(zhù)火改進(jìn)劑可以提高其十六烷值。tion Strategies on DI Diesel Engine Emissions[J].F各種混合燃料的餾程均能滿(mǎn)足0=柴油標準的要求。el,1999,78:1303~1317(2)乙醇柴油混合燃料對柴油機排放的影「6]HeBQ, Wang x,YanⅹG, Tian X, Chen h.響與負荷、含醇量和助溶劑及著(zhù)火改進(jìn)劑有關(guān)。在Study on Combustion and Emission Characteristics ofDiesel Engines Using Ethanol Blended Diesel Fuels小負荷時(shí),混合燃料對煙度排放影響不大;但在中高[C]. SAE Technical Paper Series 2003-01負荷時(shí),乙醇對降低煙度有利。隨著(zhù)乙醇含量的增0762,2003加,降煙效果更明顯,而且NO,排放有所降低[7 Gjirja S, Olsson E, Karlstrom A. Considerations on(3)在中小負荷時(shí),乙醇—柴油混合燃料的Engine Design and Fuelling Technique Effects onTHC和CO排放高于純柴油,但助溶劑和著(zhù)火改進(jìn)Qualitative Combustion in Alcohol Diesel Engines[C]劑可以相對降低這兩種排放,THC甚至低于柴油SAE Technical Paper Series 982530, 1998The Effect of ignition Improver on Emissions of a Diesel engineUsing ethanol blended diesel fuelsHE Bang-quan, WANG Jian-xin, HAO Ji-ming(State Key Laboratory of Automotive Safety and Energy, Tsinghua University, Beijing 100084, China)Abstract: With the increase of ethanol, cetane number, high heating value, aromatics fractions and kinematic viscosity of ethanol blended diesel fuels decrease. Solvent additive can keep the blends homogenous andstable. Ignition improver can enhance cetane number of the blends. The results obtained from a diesel en-gine show that emissions have close relation to loads, ethandthe increase of ethanol, smoke reduces significantly at high loaand unburned ethanol emissions increase. CO and total hydrH中國煤化工 Improver.wihCNMHGbut acetaldehydeethanol blendeddiesel fuels are higher than those of diesel, however, with additive and ignition improver, CO and THC emissions of the blends can be decreased moderately, even THC emissions are less than those of diesel fueKeywords: Diesel engine; Ethanol; Solvent additive; Ignition improver; Emission