柴油机燃用甲醇_柴油双燃料的试验研究

1、拖拉机与农用运输车第4期2005年8月 Tractor&FarmTransporter45柴油机燃用甲醇/柴油双燃料的试验研究张军昌 师帅兵 张娟利(西北农林科技大学机械与电子工程学院 杨凌 712100)摘要:对原柴油机基本不改变其结构和调整参数的基础上,实现了甲醇/柴油双燃料的简单改造并进行了试验研究。研究表明,双燃料发动机在甲醇吸入量在212722.89g/h范围内时,发动机能平稳工作,发动机的动力性、经济性和排放性能均优于原柴油机。关键词:柴油机 柴油/甲醇 试验研究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能源危机与环境污染成为人类关注的两大问题,有鉴于此,寻求开发具有环保特征的发动机替代能源的任务日益紧迫。甲醇是一种环保型、可再生的生物质燃料。对

4、现有发动机进行改造,部分或完全燃烧甲醇燃料具有很高的社会效益和经济效益。本研究在对原柴油机基本不改变其结构和调整参数的基础上,在原机的进气管上加装了一套简单的甲醇供给系统,实现了柴油/甲醇双燃料供给和燃烧,结构简单、成本低廉、操作方便。通过对改造后的双燃料发动机与柴油发动机的对比试验研究和调整,力求使改造后的双燃料发动机与原机相比有较好的动力性、经济性和排放性能,在甲醇/柴油双燃料发动机的性能研究方面做一些有益的试验探索。D150型水力测功器。甲醇通过安装在发动机进气管上经改装的CA231型化油器吸入气缸;化油器阻风门、节气门全开,发动机其它机构不变。在试验中为便于对甲醇供入量进行可变调节,主

5、量孔的开度要可以调节,所以要对选用的化油器进行加工,加装配剂针,供醇量可通过化油器配剂针调整。1.2 试验材料试验用甲醇选用陕西榆林化工厂生产的工业甲醇,柴油用0号柴油。甲醇和柴油的理化性能指标见表1与表2。2 甲醇吸入量的试验1试验在标定工况(ne=2000r/min,Pe=8.82kW)下进行,改变化油器主量孔开度调整甲醇吸入量比 =Gf甲100%,按热值换算的折和总燃料消耗量Gf柴H 甲Gf折=Gf柴+Gf甲H 柴试验结果见表3所示。试验结果表明:1 设备与材料1.1 试验装置试验是在S195柴油机上进行的,柴油机缸径D=95mm,活塞行程S=115mm,标定转速ne=2000r/min

6、,标定功率Pe=8.82kW,测功器为表1 甲醇、柴油的理化特性参数表23名称甲醇含碳/%1含氢/%12.5含氧/%50汽化潜热/(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、柴油的燃烧特性参数表项目甲醇柴油低热值Hu/(MJ kg-1)19.88742.542.8体积低热值Hv/(MJ kg-1)15.7735.66理论混合气热值HLm/(MJ kg-1)2.65592.722.79拖拉机与农用运输车 第4期2005年8月着火温度/!470270350理论空燃比/(kg kg-1)6.4514

7、.314.6表3 标定转速空负荷下甲醇吸入量试验质量比 /%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总/(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烟度/波许单位1.10.90.50.10.10.20.40.00.7试验号1234567891)甲醇吸入量比 =26%77%时,即甲醇吸入量Gf甲=212.951040.16g/h时,发动机工作平稳,与燃用纯柴油相比无明显异常现象。2)随着 值的提高,柴油消耗量Gf柴下降,甲醇消耗量Gf甲增大。3)随着 值的提高,总燃料消耗量Gf总增大。这是由于甲醇的热值只有柴油的46.57%,当柴油消耗下降时,甲醇消耗急剧增加所致。4)按热值换算折合总燃料消耗量Gf折均高于纯柴油消耗

9、量,且随机变化率较小。5)发动机排气温度Tr随 值增大而降低。这是因为甲醇的汽化潜热大,使发动机进气温度下降,且这种下降程度随 值增大而增大,导致整个工作循环温度下降。甲醇速燃期短,燃烧速度高,有利于降低排气温度;甲醇含氧量高达50%,有利于燃料与氧的混合与扩散,改善燃烧条件,也导致排气温度的下降。6)当 >77%时,发动机工作粗暴,油耗量增加很快。这是由于供醇量过大,甲醇汽化时的强烈致冷作用,造成柴油的自燃延迟期增长,气缸内累积的可燃混合气过多,一旦着火燃烧,使气缸内压力升高率过大,发动机工作粗暴,热负荷增大。7)发动机的排气烟度随着甲醇加入量的增加而下降。开度,测定在不同甲醇吸入量时

10、,发动机标定转速下的负荷特性。图1为甲醇吸入量674.16g/h时的负荷特性。图2为甲醇吸入量674.16g/h时发动机的排气温度与燃烧纯柴油时的排气温度对比图。图3为甲醇吸入量674.16g/h时双燃料与燃用纯柴油时发动机有效效率对比图。图1 甲醇吸入量在674.16g/h下的负荷特性3 负荷特性试验4首先测取燃烧纯柴油时的负荷特性,以便与双燃料发动机进行比较分析。在测取了发动机燃烧纯柴油的负荷特性之后,再进行柴油/甲醇双燃料发动,图2 排气温度对比图张军昌等:柴油机燃用甲醇/柴油双燃料的试验研究47发动机有效效率按下式计算-3e=U/(ge折 10 Hu) 100%式中 U1kW h的热功

11、当量,3.60 10kJHu柴油低热值,42705kJ/kgge折折合总燃料比耗,g/(kWh)利用率高,有较好的经济性。这是因为甲醇的火焰传播速度快,气缸内压力上升快,接近等容燃烧,在距离上止点相对较近的时刻完成燃烧,减少了后燃部分的比例,排气温度下降。4)从负荷特性的发动机有效效率对比曲线上可以看出,双燃料发动机的有效效率 e比发动机燃用纯柴油相比有所升高,且随着负荷的增大,它们的差值也增大,尤其是在高负荷区有效效率的升高更加明显。这是因为:甲醇汽化潜热较高,蒸发时吸收了燃烧室周围零件的热量,增加了自身的焓值,排气温度降低,有效效率提高。并且在燃烧过程中,有关零件的温度降低,膨胀度减小,从

12、而使摩擦功、自耗功减少,有效效率提高。同时甲醇本身含氧量高,柴油/甲醇双燃料燃烧速率高且随着负荷的增大燃烧完全、散热损失少等原因造成双燃料有效效率较燃用纯柴油高。图3 有效效率对比图试验结果表明:1)甲醇/柴油双燃料驱动柴油机时,总燃料比耗ge总高于纯柴油驱动时的耗油率ge纯,原因是甲醇热值只有柴油热值的46.57%,所以用甲醇替代柴油时ge总>ge纯。2)在小负荷时,双燃料发动机按热值换算的折合油耗率ge折较纯柴油略有升高;在中等负荷和高负荷区,双燃料发动机折合油耗率比燃用纯柴油的要低。这说明双燃料发动机在中高负荷区有较好的经济性,发动机超负荷工作能力得到提高。原因是:#在低负荷时,发

13、动机热负荷小,加之甲醇汽化的致冷作用,导致气缸温度偏低,气缸内工质温度较低,引燃柴油量较小,不利于燃料蒸发混合与燃烧。同时甲醇的十六烷值低,自燃温度高,汽化潜热大,甲醇的蒸发将吸收大量的热,这进一步降低了工质的温度与压力,使发动机燃料经济性变差,耗油量升高。%随着负荷的增加,发动机热负荷增大,引燃油量逐渐正常,气缸温度升高,混合气的形成与燃烧条件得到改善,燃烧更加完善。&甲醇汽化潜热较高,蒸发时吸收了燃烧室周围零件的热量,增加了自身的焓值,降低了进气管温度,增加进气密度,压缩终点气缸内的温度降低,中高负荷时对燃烧有利。甲醇是富氧燃料,燃烧时火焰传播速度快,气缸内压力上升快,能保证柴油/

14、甲醇混合燃料得到良好燃烧,使双燃料发动机在中高负荷区有较好的燃料经济性,提高了发动机的超负荷能力。3)双燃料发动机排气温度Tr明显低于纯柴油,且它们的差值随负荷增大而加大,4 结论1)采用在发动机进气管安装化油器的预混供醇方法,实现对原柴油机的甲醇/柴油双燃料的改造,具有结构简单,安装方便,成本低廉等优点。2)双燃料发动机在甲醇吸入量比 =26%77%时,发动机能平稳工作,大于77%时发动机工作粗暴。甲醇供给量在212722.89g/h范围内,发动机的动力性、经济性和排放性能均优于原柴油机。3)中等负荷和高负荷区,双燃料发动机油耗率比燃用纯柴油的要低,最低燃油消耗率下降4.6%29%,有较好的经济性,在低负荷区经济性略低于柴油机。4)双燃料发动机的动力性能在低负荷时较差,在中高负荷区明显高于柴油机,并