柴油機燃用甲醇_柴油雙燃料的試驗研究

1、拖拉機與農用運輸車第4期2005年8月 Tractor&FarmTransporter45柴油機燃用甲醇/柴油雙燃料的試驗研究張軍昌 師帥兵 張娟利(西北農林科技大學機械與電子工程學院 楊凌 712100)摘要:對原柴油機基本不改變其結構和調整參數的基礎上,實現了甲醇/柴油雙燃料的簡單改造并進行了試驗研究。研究表明,雙燃料發(fā)動機在甲醇吸入量在212722.89g/h范圍內時,發(fā)動機能平穩(wěn)工作,發(fā)動機的動力性、經濟性和排放性能均優(yōu)于原柴油機。關鍵詞:柴油機 柴油/甲醇 試驗研究TestandResearchonDieselEngineBurningBi fuelofDiesel/Meth

2、anolZhangJunchang,ShiShuaibing,ZhangJuanli(CollegeofMechanicalandElectronicEngineering,NorthwestSci TechUniversityofAgricultureandForestry,Yangling712100,China)mplereformeddieselengineforburningbi fuelofdiesel/methanolwithoutchangingitsformerAbstrac:tAsistructureandparametershadbeensetandtested.Ther

3、esultshowsthatwiththeamountofmethanolsuppliedbetween212g/hand722.89g/h,theperformanceofthereformedengineisbetterthantheoriginaloneinthepropertiesofpower,economyandemission.Keywords:Dieselengine,Dieseloil/methano,lTestandresearch能源危機與環(huán)境污染成為人類關注的兩大問題,有鑒于此,尋求開發(fā)具有環(huán)保特征的發(fā)動機替代能源的任務日益緊迫。甲醇是一種環(huán)保型、可再生的生物質燃料。對

4、現有發(fā)動機進行改造,部分或完全燃燒甲醇燃料具有很高的社會效益和經濟效益。本研究在對原柴油機基本不改變其結構和調整參數的基礎上,在原機的進氣管上加裝了一套簡單的甲醇供給系統(tǒng),實現了柴油/甲醇雙燃料供給和燃燒,結構簡單、成本低廉、操作方便。通過對改造后的雙燃料發(fā)動機與柴油發(fā)動機的對比試驗研究和調整,力求使改造后的雙燃料發(fā)動機與原機相比有較好的動力性、經濟性和排放性能,在甲醇/柴油雙燃料發(fā)動機的性能研究方面做一些有益的試驗探索。D150型水力測功器。甲醇通過安裝在發(fā)動機進氣管上經改裝的CA231型化油器吸入氣缸;化油器阻風門、節(jié)氣門全開,發(fā)動機其它機構不變。在試驗中為便于對甲醇供入量進行可變調節(jié),主

5、量孔的開度要可以調節(jié),所以要對選用的化油器進行加工,加裝配劑針,供醇量可通過化油器配劑針調整。1.2 試驗材料試驗用甲醇選用陜西榆林化工廠生產的工業(yè)甲醇,柴油用0號柴油。甲醇和柴油的理化性能指標見表1與表2。2 甲醇吸入量的試驗1試驗在標定工況(ne=2000r/min,Pe=8.82kW)下進行,改變化油器主量孔開度調整甲醇吸入量比 =Gf甲100%,按熱值換算的折和總燃料消耗量Gf柴H 甲Gf折=Gf柴+Gf甲H 柴試驗結果見表3所示。試驗結果表明:1 設備與材料1.1 試驗裝置試驗是在S195柴油機上進行的,柴油機缸徑D=95mm,活塞行程S=115mm,標定轉速ne=2000r/min

6、,標定功率Pe=8.82kW,測功器為表1 甲醇、柴油的理化特性參數表23名稱甲醇含碳/%1含氫/%12.5含氧/%50汽化潛熱/(MJ kg-1)1.088密度/(kg L-1)0.792粘度/(MPa s)0.611十六烷值CN35辛烷值ROM10611546表2 甲醇、柴油的燃燒特性參數表項目甲醇柴油低熱值Hu/(MJ kg-1)19.88742.542.8體積低熱值Hv/(MJ kg-1)15.7735.66理論混合氣熱值HLm/(MJ kg-1)2.65592.722.79拖拉機與農用運輸車 第4期2005年8月著火溫度/!470270350理論空燃比/(kg kg-1)6.4514

7、.314.6表3 標定轉速空負荷下甲醇吸入量試驗質量比 /%025.9942.3652.2559.7665.4972.7077.6077.61Gf甲/(g h-1)0212.95361.19471.70674.16746.50875.91955.411040.16Gf柴/(g h-1)626.09606.57491.47431.14453.97393.44328.92327.27300.00Gf總/(g h-1)626.09819.52852.66902.841128.131139.941204.831282.681340.16Gf折/(g h-1)626.09705.74695.67650.

8、80767.91741.07736.82772.19784.39Tr/!170150155160150160155150140煙度/波許單位1.10.90.50.10.10.20.40.00.7試驗號1234567891)甲醇吸入量比 =26%77%時,即甲醇吸入量Gf甲=212.951040.16g/h時,發(fā)動機工作平穩(wěn),與燃用純柴油相比無明顯異常現象。2)隨著 值的提高,柴油消耗量Gf柴下降,甲醇消耗量Gf甲增大。3)隨著 值的提高,總燃料消耗量Gf總增大。這是由于甲醇的熱值只有柴油的46.57%,當柴油消耗下降時,甲醇消耗急劇增加所致。4)按熱值換算折合總燃料消耗量Gf折均高于純柴油消耗

9、量,且隨機變化率較小。5)發(fā)動機排氣溫度Tr隨 值增大而降低。這是因為甲醇的汽化潛熱大,使發(fā)動機進氣溫度下降,且這種下降程度隨 值增大而增大,導致整個工作循環(huán)溫度下降。甲醇速燃期短,燃燒速度高,有利于降低排氣溫度;甲醇含氧量高達50%,有利于燃料與氧的混合與擴散,改善燃燒條件,也導致排氣溫度的下降。6)當 >77%時,發(fā)動機工作粗暴,油耗量增加很快。這是由于供醇量過大,甲醇汽化時的強烈致冷作用,造成柴油的自燃延遲期增長,氣缸內累積的可燃混合氣過多,一旦著火燃燒,使氣缸內壓力升高率過大,發(fā)動機工作粗暴,熱負荷增大。7)發(fā)動機的排氣煙度隨著甲醇加入量的增加而下降。開度,測定在不同甲醇吸入量時

10、,發(fā)動機標定轉速下的負荷特性。圖1為甲醇吸入量674.16g/h時的負荷特性。圖2為甲醇吸入量674.16g/h時發(fā)動機的排氣溫度與燃燒純柴油時的排氣溫度對比圖。圖3為甲醇吸入量674.16g/h時雙燃料與燃用純柴油時發(fā)動機有效效率對比圖。圖1 甲醇吸入量在674.16g/h下的負荷特性3 負荷特性試驗4首先測取燃燒純柴油時的負荷特性,以便與雙燃料發(fā)動機進行比較分析。在測取了發(fā)動機燃燒純柴油的負荷特性之后,再進行柴油/甲醇雙燃料發(fā)動,圖2 排氣溫度對比圖張軍昌等:柴油機燃用甲醇/柴油雙燃料的試驗研究47發(fā)動機有效效率按下式計算-3e=U/(ge折 10 Hu) 100%式中 U1kW h的熱功

11、當量,3.60 10kJHu柴油低熱值,42705kJ/kgge折折合總燃料比耗,g/(kWh)利用率高,有較好的經濟性。這是因為甲醇的火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?氣缸內壓力上升快,接近等容燃燒,在距離上止點相對較近的時刻完成燃燒,減少了后燃部分的比例,排氣溫度下降。4)從負荷特性的發(fā)動機有效效率對比曲線上可以看出,雙燃料發(fā)動機的有效效率 e比發(fā)動機燃用純柴油相比有所升高,且隨著負荷的增大,它們的差值也增大,尤其是在高負荷區(qū)有效效率的升高更加明顯。這是因為:甲醇汽化潛熱較高,蒸發(fā)時吸收了燃燒室周圍零件的熱量,增加了自身的焓值,排氣溫度降低,有效效率提高。并且在燃燒過程中,有關零件的溫度降低,膨脹度減小,從

12、而使摩擦功、自耗功減少,有效效率提高。同時甲醇本身含氧量高,柴油/甲醇雙燃料燃燒速率高且隨著負荷的增大燃燒完全、散熱損失少等原因造成雙燃料有效效率較燃用純柴油高。圖3 有效效率對比圖試驗結果表明:1)甲醇/柴油雙燃料驅動柴油機時,總燃料比耗ge總高于純柴油驅動時的耗油率ge純,原因是甲醇熱值只有柴油熱值的46.57%,所以用甲醇替代柴油時ge總>ge純。2)在小負荷時,雙燃料發(fā)動機按熱值換算的折合油耗率ge折較純柴油略有升高;在中等負荷和高負荷區(qū),雙燃料發(fā)動機折合油耗率比燃用純柴油的要低。這說明雙燃料發(fā)動機在中高負荷區(qū)有較好的經濟性,發(fā)動機超負荷工作能力得到提高。原因是:#在低負荷時,發(fā)

13、動機熱負荷小,加之甲醇汽化的致冷作用,導致氣缸溫度偏低,氣缸內工質溫度較低,引燃柴油量較小,不利于燃料蒸發(fā)混合與燃燒。同時甲醇的十六烷值低,自燃溫度高,汽化潛熱大,甲醇的蒸發(fā)將吸收大量的熱,這進一步降低了工質的溫度與壓力,使發(fā)動機燃料經濟性變差,耗油量升高。%隨著負荷的增加,發(fā)動機熱負荷增大,引燃油量逐漸正常,氣缸溫度升高,混合氣的形成與燃燒條件得到改善,燃燒更加完善。&甲醇汽化潛熱較高,蒸發(fā)時吸收了燃燒室周圍零件的熱量,增加了自身的焓值,降低了進氣管溫度,增加進氣密度,壓縮終點氣缸內的溫度降低,中高負荷時對燃燒有利。甲醇是富氧燃料,燃燒時火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?氣缸內壓力上升快,能保證柴油/

14、甲醇混合燃料得到良好燃燒,使雙燃料發(fā)動機在中高負荷區(qū)有較好的燃料經濟性,提高了發(fā)動機的超負荷能力。3)雙燃料發(fā)動機排氣溫度Tr明顯低于純柴油,且它們的差值隨負荷增大而加大,4 結論1)采用在發(fā)動機進氣管安裝化油器的預混供醇方法,實現對原柴油機的甲醇/柴油雙燃料的改造,具有結構簡單,安裝方便,成本低廉等優(yōu)點。2)雙燃料發(fā)動機在甲醇吸入量比 =26%77%時,發(fā)動機能平穩(wěn)工作,大于77%時發(fā)動機工作粗暴。甲醇供給量在212722.89g/h范圍內,發(fā)動機的動力性、經濟性和排放性能均優(yōu)于原柴油機。3)中等負荷和高負荷區(qū),雙燃料發(fā)動機油耗率比燃用純柴油的要低,最低燃油消耗率下降4.6%29%,有較好的經濟性,在低負荷區(qū)經濟性略低于柴油機。4)雙燃料發(fā)動機的動力性能在低負荷時較差,在中高負荷區(qū)明顯高于柴油機,并