第27卷第4期武漢理工大學(xué)學(xué)報·信息與管理工程版2005 48 JOURNAL OF WUT (INFORMATiON & MANAGEMENT ENGINEERING)Aug.2005文章編號:1007-144X(2005)04-0139-04乙醇柴油乳化燃料的實驗性研究陳忠祥,葉盛焱,徐元浩,劉波(武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院,湖北武漢430070摘要:通過實驗研究了燃用不同乙醇柴油摻混比的乳化燃料對發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性以及排放特性的影響。實驗表明,摻入一定比例的乙醇,對發(fā)動機旳動力性影響不是很大,但是卻可以改善燃燒,提高燃油經(jīng)濟性,顯著降低煙度、HC和CO的排放,但隨著乙醇摻混比的增加,NOⅹ的排放呈上升趨勢,而且這種乳化燃料存在著一個最佳摻混比關(guān)鍵詞:代用燃料;含氧燃料;摻混比;乳化劑;排放特性中圖法分類號:U123文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A國內(nèi)外對乙醇-柴油乳化燃料的配制及應(yīng)用已經(jīng)進行了很多研究。筆者旨在研究乳化燃料的近期全球石油價格的飛漲使人們又想起了前摻混比與發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性及排放特性的關(guān)次的世界能源危機,面對著越來越嚴(yán)峻的能源系問題,人們一直在努力地尋找石油的替代燃料;而同時,隨著汽車保有量的逐漸增加環(huán)保問題也越2試驗用燃料的理化性質(zhì)來越受到人們的重視,各種排放法規(guī)也日益嚴(yán)格實驗用柴油為0號標(biāo)準(zhǔn)輕柴油,它是用直餾苛刻清潔低污染的代用燃料也漸漸成為人們研柴油餾分和催化裂化柴油餾分調(diào)配精制而成,與究的重點。歐共體標(biāo)準(zhǔn)柴油 Reference fuel CEC RE-03A-84作為一種可再生的含氧燃料,乙醇具有廣泛相當(dāng)。無水乙醇為分析醇,純度99.8%。標(biāo)準(zhǔn)柴油的來源和大規(guī)模生產(chǎn)的潛力。我國是農(nóng)業(yè)大國,利和乙醇的參數(shù)指標(biāo)見表1。本實驗所用的燃料為用生物霉解技術(shù)和農(nóng)作物發(fā)酵技術(shù)可以經(jīng)濟高效Eo0(純柴油)、E10(含10%體積比的乙醇)、E20地制得工業(yè)乙醇。而乙醇在內(nèi)燃機上的應(yīng)用,對于E30。其中E10、E20、E30是乙醇、柴油和乳化劑按解決我國的能源問題,對于降低大氣環(huán)境污染,都一定旳體積比配制的混合燃料,燃料混合采用杋具有很重要的意義械攪拌方式乙醇在汽油機上的應(yīng)用,在國外,特別是巴西表1標(biāo)準(zhǔn)柴油和乙醇的參數(shù)指標(biāo)和美國,都已經(jīng)進入了實用階段。在國內(nèi),廣東、四0號柴油乙醇川等地都已試點應(yīng)用。密度(20C)/g·mL0.83790.789乙醇在柴油機上的應(yīng)用,由于涉及燃料的溶閃點/C解性、機械部件的磨損、發(fā)動機燃燒特性的改變等著火溫度/C434理論空燃比68.4題,目前都還處在研究階段。乙醇部分替代柴油十六烷值CN的技術(shù)通常分為進氣管熏蒸、缸內(nèi)雙噴射、乙醇柴辛烷值RON110油混合燃料、乙醇柴油乳化燃料等4種。其中,采中國煤化工42.84526.778用乙醇柴油乳化燃料混合充分,保持時間長,而且CNMHG0,002無需對柴油機的主要部件進行改動就可以滿足實硫含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))0.049際使用的要求,因此更是備受關(guān)注。氧含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))0.02134.73收稿日期:20作者簡介:陳忠祥(1979—),男,湖北黃石人,武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院碩士研究生140武漢理工大學(xué)學(xué)報·信息與管理工程版2005年8月3實驗設(shè)備和實驗方法升趨勢。但是,隨著柴油中乙醇添加量的增加,煙度呈下降趨勢。在2600r/min,4kW時,純柴油試驗用發(fā)動機為一臺R175柴油機,壓縮比為的波許煙度為1.25,而E10,E20,E30柴油乙醇乳20.6,標(biāo)定功率/轉(zhuǎn)速為3.7kW/2200r·min-1,化燃料的波許煙度分別為0.98,0.78,0.61,分別4.5kW/260or·min-1,最大轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速為23.5降低了21.6%,37.6%,51.2%。可見,摻燒乙醇的N·m/1700r·min柴油較純柴油在煙度排放方面有很大的改善。主試驗中用SCJ-1小型水力測功器測功率,用要原因是由于乙醇是一種極易揮發(fā)的含氧燃料,天平法測燃油消耗率b,用AVL公司的GEM-110能夠改善混合氣的形成和促進燃燒,進而減少了型發(fā)動機排氣分析儀測排氣氣體成分,用AVL公由于燃燒不充分而產(chǎn)生的碳顆粒。司的AVL415全自動濾紙式煙度計測排氣煙度。排氣分成2路,一路進入排氣分析儀,用于測量排氣中NOx、HC和CO的濃度;另一路進入煙度計,用于測量排氣煙度2 600 r/min4實驗結(jié)果與討論4.1動力特性圖1給出了保持排氣溫度相同時,2種轉(zhuǎn)速下功率隨乙醇摻混比的變化規(guī)律。由圖1可知,在5522.533.544.51700r/min時功率的變化不是很明顯,在2600r/min時功率隨乙醇摻入量的增加呈下降趨勢。這圖2不同乙醇摻混比對排氣煙度的影響主要是因為乙醇的汽化潛熱很大,導(dǎo)致著火過程中滯燃期延長而且乙醇的熱值低于柴油加入乙43NOx排放特性醇后使循環(huán)放熱量減小,同樣導(dǎo)致滯燃期延長,火NO3排放特性隨發(fā)動機功率的變化關(guān)系如焰溫度降低,故功率岀現(xiàn)降低的現(xiàn)象。但是,由于圖3所示。從圖3中可以明顯看出,NO3的排放隨乙醇是含氧燃料,有利于混合燃料充分燃燒,從而著功率的增加而上升,并且更重要的是,隨著乙醇使發(fā)動機功率略有上升。因此,綜合考慮以上2種摻入比例的增加也呈上升趨勢。這主要是由于乙因素,燃用E20時的功率略高于燃用E10和E30醇的摻入改善了燃燒,增加了氧的含量,形成了昌(如圖1所示)-5。溫、富氧的氛圍,從而有利于NO的形成。這種趨勢在最大功率的85%~90%時達(dá)到頂點。之后隨著功率的進一步增加,混合氣變得更濃,乙醇蒸0發(fā)、汽化所吸收的熱量也更多,從而破壞了先前形3.530◆◆成的高溫、富氧的氛圍,使得NO、上升的趨勢有蘭2.5所下降2.01 700 r/min1.52 600 r/min10000.5排溫相同皆2 600 r/min乙醇的摻混比%圖1排溫相同時2種轉(zhuǎn)速下功率的變化規(guī)律中國煤化工4.2煙度特性CNMH碳煙一直是柴油排放的主要污染物之一,特1.522.533.5別是在大負(fù)荷和加速時碳煙的排放更加嚴(yán)重。圖P/kw2給出了不同乙醇摻混比時柴油機排放煙度與負(fù)荷的關(guān)系/苗揭知煙度隨著負(fù)荷的加大呈上圖3不同乙醇摻混比對NOx排放的影響第27卷第4期陳忠祥等:乙醇-柴油乳化燃料的實驗性研究1414.4HC、CO排放特性行對比,如圖7所示。所謂能量消耗率就是根據(jù)圖4和圖5給岀了HC、CO的排放與發(fā)動機功燃料的摻混比和各種燃料的熱值,將燃料的消耗率的關(guān)系。由圖4和圖5可以看出,隨著功率的增加量轉(zhuǎn)換成能量值。高HC、CO的排放有所降低,并且燃燒乙醇柴油式中,hn為燃料的熱值;為摻混x×bHC、CO的排放也增加,隨著乙醇摻入比例的提BSEC=ha×i1×b+…+h乳化燃料時HC、CO的排放比燃燒純柴油時有明圖7中顯示,使用乙醇混合燃料時,在不同工顯的降低。燃用純柴油時,隨著負(fù)荷的增加,混合氣況下的能量消耗率BSEC均有不同程度的改善濃度增加未完全燃燒的燃料也增加了,故HC、CO其中燃用E20時BSEC的改善效果最大,改善效排放呈上升趨勢。當(dāng)摻入乙醇,在低負(fù)荷時,由于乙果為7%左右。但因為加入乙醇量較少,因此總體醇蒸汽的冷卻作用,使燃燒過程中岀現(xiàn)淬滅層,也來說燃油消耗率變化不大。而且從圖η中可以看造成了此時乙醇柴油乳化燃料HC、CO的排放比出,BSEC并不是隨乙醇摻入量的遞增也呈線性純柴油稍高一些。而乙醇作為一種含氧燃料,在大增加或減少的,而是存在一個最佳的配比,這個配負(fù)荷氧氣不足的情況下,有利于改善燃燒,使混合比因不同的發(fā)動機燃燒系而不同氣充分燃燒,故導(dǎo)致HC、CO排放顯著下降。從另一個角度看,目前市面上柴油的價格是3.5元幾L,工業(yè)乙醇的價格是2.5元/L,因此在燃用E20時,每升燃料就可以節(jié)省0.2元,即經(jīng)濟性提高了5.7%2.533.5400Pike圖4不同乙醇摻混比對HC排放的影響200圖6不同乙醇摻入比對b的影響14002600rmin22.5202 600 rimin1.522.53.54.5P/kW12.5圖5不同乙醇摻混比對CO排放的影響101.522.533.54.5燃料經(jīng)濟性的變化圖6給出了2600r/min下,不同乙醇摻混比了回了醢比對BSEC的影響中國煤化工時燃油消耗率b的變化規(guī)律。由圖6可以看出,加CNMHG入乙醇后,由于乙醇的熱值低于柴油,使混合柴油燃油消耗率隨乙醇摻入量的增加稍有上升。但由(1)在發(fā)動機不作任何改動的前提下,乙醇的于乙醇和柴油的熱值相差較大,直接采用考察燃摻入比在10%~30%范圍內(nèi)時,燃用乙醇柴油的料經(jīng)濟性是系話適的。為此,引入能量消耗率乳化燃料,發(fā)動機的動力性降低幅度不大,而經(jīng)濟BSEC( Brake Specific Energy Consumption)進性卻有一定程度的提高142武漢理工大學(xué)學(xué)報·信息與管理工程版2005年8月2)在本實驗條件下,隨著乙醇摻混比的增1賈繼德,蔣斯平.柴油機燃用乳化燃料研究評述加,煙度、HC和CO的排放有了明顯的改善,但L].小型內(nèi)燃機,1997(2):5-7NOx的排放呈上升趨勢。因此,在燃用乙醇柴油2]黃忠水,紀(jì)威,鄂卓茂柴油乳化燃料的配制及應(yīng)乳化燃料時,應(yīng)采取一定的技術(shù)措施來降低NO用[J].柴油機,2002(1):28-31排放[3 Eugene EE, Bechtold R L, Timbario TJ. St-ateof the- art Report on the Use of Alcohol(3)從實驗可知,經(jīng)濟性與動力性,以及一些Diesel Engines[J]. SAE paper, 840118.排放物的形成條件都是相互制約的,因此綜合考41 Fuijta N, Terao H, Sakata c. The Effect of Gas慮各方面的因素,燃用乙醇柴油乳化燃料時存在Oil- Water- Methanol Emulsified Fuel on Diesel個最佳的摻混比,而這個摻混比又隨發(fā)動機燃EPerformance [ J. Traof the Ja燒系的不同而不同。對本實驗而言,最佳摻混比為Society of Mechanical Engineers(B), 1987(53)20%(體積比)。486-490.5]蔣德明.內(nèi)燃機燃燒與排放學(xué)[M].西安:西安交參考文獻(xiàn):通大學(xué)出版社,2001Experimental Study of Ethanol- Diesel Oil Emulsified FuelChen Zhong xiang, Ye shengyan, Xu Yuanhao, Liu boAbstract The influences of emulsified fuel in different mix ratio of ethanol-diesel oil on the dynamical efficiencyeconomical efficiency and the emission of the engine are studied through experiments. The result shows that thedynamical efficiency changes little when the fuel is mixed with a certain proportion of ethanol, but the burning efficiencyis greatly improved and the economical efficiency is enhanced. The emission of smoke, HC and CO is remarkablyreduced. With the increase of ethanol, the emission of NOx increases. This kind of emulsified fuel has an optimal mixratloKey words: substitution fuel oxygenous fuel; mix ratio; emulsification; emission featureChen Zhongxiang: Postgraduate; School of Automotive Engineering, WUT, Wuhan 430070, China編輯:王志全(上接第122頁)MMSE Simplification Algorithm in Time-Domain for OFDM Channel EstimationKuang Shaoping, Guo Qingping, Li LiAbstract: In the view of the contradiction of the traditional MMSE channel estimation performance and the realizationcomplexity, a MMSE simplification algorithm in time-dom中國煤化工 ormance Is simulated.heresults show that this algorithm has preferable performanceHabetter referenceCNMHGKey words: OFDM; channel estimation; MMSEKuang Shaoping: Postgraduate; School of Computer Science and Technology, WUT, Wuhan 430063, China編輯:王志全