乙醇_生物柴油混合燃料性能试验研究

1、2010年1月农机化研究第1期乙醇/生物柴油混合燃料性能试验研究丁凯，王会明，亢淑娟，崔方方271018）（山东农业大学机电学院，山东泰安摘要：通过在R4105T型柴油机上进行对比试验，研究了乙醇以不同比例与大豆油渣生物柴油混合燃烧时对柴油机动力性能、经济性以及烟度的影响。研究结果表明：与燃用纯生物柴油相比，柴油机燃用乙醇/生物柴油碳烟排放量大大降低。其中，燃用B80E20时最大降幅可达55%；燃用B95E5时油耗率降低，最大混合燃料时，B95E5动力性升高，B80E20时动力平均增幅约为3.2%；燃用B90E10，降幅为5.6%；转速低于1700r/min时，性下降、油耗率上升。关键词：柴油

2、机；乙醇；生物柴油；混合燃料中图分类号：TK421.7文献标识码：A文章编号：1003188X（2010）010185030引言随着能源危机的加剧和全社会环保意识的增强，额定功率/kW：55额定转速/rmin1：2000其它主要试验仪器有：天津圣威科技发展有限公司生产的SV2LZ型滤纸式烟度计；湖南湘仪动力测试仪器有限公司生产的GW100型电涡流测功机、FC2000型发动机测控仪、FC2020型数据采集仪、FC2210Z智能油耗仪。1.2试验燃料本试验所用燃料为由德州齐河齐翔化工有限公以大豆油渣为原料生产的生物柴油，与乙醇以不司，同体积比例掺混的乙醇/生物柴油混合燃料。混合燃10%，20%，料

3、中乙醇所占体积比分别为5%，为方便B90E10，B80E20；纯生物柴油记分别简称为B95E5，为B100。生物柴油、乙醇主要理化特性如表1所示。表1Tab.1燃料密度（20）/gcm3十六烷值热值/MJkg140运动粘度/mm2s1氧含量/%乙醇与生物柴油主要理化特性Mainphysicalpropertiesofethanolandbiosedel生物柴油（大豆酸化油）世界各国纷纷加大对石化柴油代用燃料的研究力度品1。生物柴油具有芳香烃和硫含量低、含氧、可再；但生物柴油与石化柴油相比粘度和冷凝点高，十六烷值较高等特点，是优质的石化柴油代用生、2影响了其在冬季的使用。乙醇作为另一种含氧可再生

4、能源，具有粘度和沸点低的特点，可改善燃料的雾化特性从而降低柴油机排放3。本文通过对比的方法，研究了乙醇与大豆生物柴油（以大豆油渣为原料生产的酸化油）以不同比例混合燃烧对柴油机动力性经济性及碳烟排放的影响。能、1.1试验仪器、燃料试验仪器试验用发动机为R4105T型柴油机（潍坊华丰动一切技术参数均为出厂设置，供油力有限公司生产），提前角为17A。其它主要技术参数：汽缸数：4缸径/mm：105活塞行程/mm：105排量/L：3.6标定油耗率/g（kWh）收稿日期：20090312作者简介：丁（Email）凯（1985），男，山东菏泽人，在读研究生，dkcharge。（Email）通讯作者：王会明（

5、1953），男，山东莱芜人，教授，1：2392试验结果及分析试验时，在柴油机分别燃用B100，B95E5，B90E10，B80E20时做出其外特性曲线，研究了全负荷下以不同比例掺混的乙醇/生物柴油混合燃料对柴油机动力性、经济性及碳烟排放特性的影响。柴油机燃用乙醇/生物柴油不同掺混比的外特性曲线，如图12010年1月图3所示。农机化研究第1期等；额定转速（2000r/min）以下时功率分别为49.9，50.1kW。出现这种现象是因为乙醇含氧量大于生物柴油，所以生物柴油与乙醇混合后可以使燃料燃烧更与生物柴油混合后加充分；同时因为乙醇粘度较低，降低了混合燃料的粘度，使得B95E5比B100雾化质量更

6、好，有助于低速下混合气的燃烧，提高了B95E5的动力性能。与B100比，柴油机使用B90E10，B80E20时动力性能有所下降，在2000r/min时功率48.5kW，分别为48.7，降幅约为2.8%；但B90E10，B80E20二者相比差别微小。这是因为乙醇热值要低图1Fig.1乙醇与生物柴油不同掺混比的动力性对比ethanolandbiodieselB90E10，B80E20因为加入乙醇比例较大于生物柴油，所以与B100相比动力性呈现下降趋势。2.2经济性比较图2为柴油机使用不同掺混比的乙醇/生物柴油混合燃料时的耗油率对比曲线。与动力性相似，柴油B90E10，B80E20时油耗率情况与机分

7、别燃用B95E5，燃用B100相比随乙醇比例不同变化规律不同。从整B90E10，B80E20全部转速范围内耗油率均高体来看，升幅约为1.14%，于B100并且变化较为均匀，1.86%。而B95E5在2000r/min时油耗率略高于B100，其余转速范围内均低于B100。在柴油机转速为1000r/min时B95E5油耗率为249.2g/kWh，B100油耗率为263.9g/kWh，此时下降幅度最大值为5.6%；降幅随着转速升高而减小，柴油机转速B95E5耗油率高于B100，为2000r/min时，但差别很小。B95E5最低油耗率为240.8g/kWh，出现在1400r/min处；B100最低油耗

8、率为247.1g/kWh，出现在1700r/min处。由于乙醇热值低于生物柴油，当乙醇比例较大时将明显降低混合燃料的热值。所以，B80E20与燃用B100相比油耗柴油机燃用B90E10，率上升；而B95E5混合燃料中乙醇比例较小则燃料热值下降较小，但粘度却可以得到明显改善，即改善了促进了缸内混合气的燃料的流动性能以及雾化性能，均匀分布，从而降低了油耗率。Comparisonofpowerforburningvariousfuelsblendedwith图2Fig.1乙醇与生物柴油不同掺混比的耗油率对比blendedwithethanolandbiodieselComparisonoffuelc

9、onsumptionrateforburningvariousfuels图3Fig.1乙醇与生物柴油不同掺混比的碳烟排放量对比Comparisonofsmokeemissionforburningvariousfuelsblendedwithethanolandbiodiesel2.3烟度比较柴油机使用不同掺混比的乙醇/生物柴油时的烟度对比如图3所示。由图3中可以看出，柴油机燃用乙醇/生物柴油混合燃料时烟度随着乙醇比例的加大而降低。烟度先是随着转速升高而逐渐降低，然后又随着转速升高而升高，最低点均出现在17001800r/min之间。这是因为在低转速范围内（转速在1700r/min以下时），空

10、气涡流作用较弱而造成空气与燃料混合不充分、燃料燃烧不完全。随着转速逐渐升高空气涡流逐渐加2.1动力性比较柴油机使用不同掺混比乙醇/生物柴油燃料时的功率对比曲线如图1所示。由图1可以看出：乙醇/生物柴油混合燃料动力性能随其中乙醇比例的不同而呈现不同的变化趋势。柴油机燃用B95E5、转速在1700r/min以下时，与使用B100相比功率有所提高；当转速超过1700r/min与使用B100时功率基本相2010年1月农机化研究第1期强使得混合气质量越来越好，在17001800r/min之间时混合气的质量最好，燃烧充分排烟低。随着转速的提高充气效率开始下降，混合气形成条件恶化，所柴油机以烟度曲线呈上升趋

11、势。与燃用B100相比，B90E10，B80E20时烟度分别平均降低燃用B95E5，35%，55%，了22.6%，即混合燃料中乙醇比例越大，则该燃料燃烧时烟度就越低。其原因有两点：一是乙醇也是含氧燃料，且其氧含量大于生物柴油。因此，乙醇比例越大，过量空气系数越大，即氧气越充足，则碳烟排放量降低42）油耗率随混合燃料中乙醇比例不同出现不同B80E20时油耗率上升，的变化趋势。使用B90E10，但平均升幅较小，在整个实验的转速范围内分别约为1.14%，1.86%。而使用B95E5时下降，在1000r/min时下降幅度最大为5.6%。3）碳烟排放量均呈下降趋势，且下降幅度分别随着乙醇比例的增大而增大

12、。其中，柴油机燃用B80E20时最大下降幅度可达55%。综合柴油机动力性、经济性、碳烟排放量3个方面来考虑，乙醇与大豆生物柴油掺混配制混合燃料时最佳比例应在B95E5左右。参考文献：1吕兴才，马骏骏，吉丽斌，等.乙醇/生物柴油双燃料发动J.内燃机学报，2008，26机燃烧过程与排放特性的研究（2）：140146.1忻耀年.生物柴油的生产及应用J.中国油脂，2001，26（5）：7374.1何建宏，袁晓东，郭和军，等.生物油/乙醇/柴油混合燃料.拖拉机与农用运输车，2008，35在柴油机上的应用J（1）：1011.1安晓东，李冠峰，李洲.乙醇与生物柴油应用对比分析和J.农机化研究，2008（8）

13、：189193.市场化前景。二是乙醇的沸点、粘度都比较低，乙醇比例越大，燃料越容易蒸发雾化，所形成的可燃烧就越充分，从而降低了碳燃混合气质量就越好、烟的排放。3结论柴油机使用各种掺混比的乙醇/生物柴油混合燃与燃用B100相比有以下特点：料时运转状况良好，1）动力性随混合燃料中乙醇比例的变化而呈现与使用不同的变化规律。柴油机在1700r/min时，B100相比，使用B95E5时功率有所提高，当转速超过1700r/min使时功率基本相等。与B100相比，柴油B80E20时动力性均有所下降，机在使用B90E10，其在2000r/min时功率约为2.8%。TheExperimentalStudyonP

14、erformancesofFuelBlendedwithEthanolandBiodieselDingKai，WangHuiming，KangShujuan，CuiFangfang（MechanicalElectronicEngineeringCollege，ShandongAgriculturalUniversity，Taian271018，China）Abstract：Thispaperstudiesthedynamic，economic，andsmokeperformancesofbiodieselblendedfuelthroughcontrasttestonR4105Tdiesele

15、ngine，inwhichbiodieselismixedwithethanolseparatelyatadifferentratio.Theresultshowsthatcomparedwithburningpurebiodiesel，smokeemissiondecreasesgreatlywhendieselengineburnsblendedfuel.TakeB80E20asexample，thelargestdecreasingrangecanreach55%.Fuelconsumptionratedecreasesandthelargestde-creasingrangeis5.6%whenb