李業(yè)聰，黃錦成，賴立強(qiáng)

（廣西大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，廣西 南寧 530004）

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展和石油資源的逐漸枯竭，汽車的燃料來(lái)源問(wèn)題和汽車的排放物對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題已成為阻礙汽車發(fā)展的一大障礙，同時(shí)也成為世界各國(guó)面臨的一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題。我國(guó)作為當(dāng)今世界發(fā)展最快的汽車市場(chǎng)的國(guó)家，汽車是石油產(chǎn)品的主要應(yīng)用方面，車用燃料占了燃料總消費(fèi)量的很大一部分，汽車以每年1 000多萬(wàn)輛的速度增加，使用車用燃料的消費(fèi)量增長(zhǎng)更快[1]。

石化能源的匱乏和不可再生引起人們對(duì)石油代用燃料的探索和研究，作為環(huán)境污染重要來(lái)源的內(nèi)燃機(jī)排放污染物的控制技術(shù)一直都是內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的發(fā)展中的重點(diǎn)。各國(guó)在大力發(fā)展汽車工業(yè)的同時(shí)，也一直在加緊對(duì)可再生替代能源研究的步伐，并制定相應(yīng)的節(jié)能措施以及相關(guān)排放法規(guī)控制汽車污染物的排放。生物混合燃料具有緩解石油緊缺，減輕環(huán)境污染的優(yōu)點(diǎn)，是內(nèi)燃機(jī)研究的一個(gè)重要方向。生物混合燃料的實(shí)用性較好，相關(guān)方面的技術(shù)也較成熟，在很多機(jī)型設(shè)計(jì)中被廣泛采用，甚至某些地區(qū)規(guī)定使用的燃油也采用了生物混合燃料的燃油。隨著生物混合燃料的廣泛應(yīng)用和排放法規(guī)控制的加強(qiáng)，排放問(wèn)題也成為推廣并實(shí)施混合燃料的一個(gè)重要問(wèn)題[2]。

本文以S195柴油機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架為基礎(chǔ)，通過(guò)不同比例的玉米油-柴油生物混合燃料的相關(guān)試驗(yàn)，研究該生物混合燃料的穩(wěn)定性和排放性，為玉米油-柴油生物混合燃料的研究和應(yīng)用推廣做出貢獻(xiàn)。

1 玉米油-柴油生物混合燃料的混合試驗(yàn)

為了方便，用下方字母Y代表玉米油，D代表柴油，字母后方的數(shù)字代表混合的百分比。

1.1 相溶性

從表1可以看出，混合燃料除了在-10℃持續(xù)放置十幾天后出現(xiàn)分層外，在其余的-5℃以及更高的溫度下都沒(méi)有出現(xiàn)分層現(xiàn)象，這說(shuō)明：玉米油-柴油生物混合燃料在-5℃以及更高的溫度下，有著很好的穩(wěn)定性，在我國(guó)大部分地區(qū)尤其是南方有著很好的推廣性。

表1 玉米油-柴油生物混合燃料的相溶性試驗(yàn)結(jié)果

1.2 凝點(diǎn)和濁點(diǎn)

純柴油的凝點(diǎn)為-1~4℃，從表2可以看出，混合燃料的濁點(diǎn)和凝點(diǎn)都比純柴油的低得多，這說(shuō)明玉米油-柴油生物混合燃料能夠在更低的溫度下使用，具有更廣的適用性。

表2 玉米油-柴油生物混合燃料的凝點(diǎn)和濁點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果

1.3 運(yùn)動(dòng)粘度(mm2·s-1)

純柴油在常溫下的運(yùn)動(dòng)粘度為2.5~8.5mm2·s-1，從表3可以看出，同一比例下，隨著溫度升高，混合燃料的粘度降低；同一溫度下，隨著玉米油比例的增加，混合燃料的粘度不斷增加。在同樣條件下，混合燃料的運(yùn)動(dòng)粘度比純柴油的略高，這說(shuō)明，玉米油-柴油生物混合燃料在采用技術(shù)適當(dāng)降低粘度或者在較高溫度的條件下，同樣有著很好的應(yīng)用性。

表3 玉米油-柴油生物混合燃料的運(yùn)動(dòng)粘度試驗(yàn)結(jié)果

2 玉米油-柴油生物混合燃料的經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)

純柴油的質(zhì)量低熱值為42.86MJ·kg-1，玉米油的為39.40 MJ·kg-1，約為柴油的91.93%，所以用當(dāng)量系數(shù)（當(dāng)量系數(shù)=玉米油比例×91.93%+柴油比例）求出的混合燃料在各比例的當(dāng)量Be與功率的關(guān)系能更準(zhǔn)確地反應(yīng)其經(jīng)濟(jì)性。從圖1可以看出，混合燃料的當(dāng)量Be與柴油的相近，在不改變柴油機(jī)的機(jī)構(gòu)下，能夠取得跟柴油相近的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。

圖1 標(biāo)定轉(zhuǎn)速時(shí)各比例混合燃料的當(dāng)量Be與功率的關(guān)系

3 玉米油-柴油生物混合燃料的排放性試驗(yàn)

3.1 CO的排放

理論上，玉米油的富含氧量應(yīng)該有助于改善混合燃料的CO排放量，但是由于玉米油的運(yùn)動(dòng)粘度和餾程比柴油大，它的霧化和蒸發(fā)品質(zhì)差，易形成不均勻混合氣，這就導(dǎo)致了圖2中混合燃料的CO排放比柴油的差。

圖2 標(biāo)定轉(zhuǎn)速時(shí)各比例混合燃料的CO排放量與功率的關(guān)系

3.2 NOx的排放

從圖3可以看出，混合燃料的NOx排放量都低于柴油的，并且隨著玉米油比例的增加，NOx排放量越少。這主要是因?yàn)橛衩子偷臒嶂当炔裼偷?，粘度大，?dǎo)致噴霧特性不良，滯燃期長(zhǎng)，這就有效地降低了柴油機(jī)缸內(nèi)溫度，加上混合燃料燃燒時(shí)峰值溫度持續(xù)時(shí)間短，從而明顯的減少了NOx的排放量。

圖3 標(biāo)定轉(zhuǎn)速時(shí)各比例混合燃料的NOx排放量與功率的關(guān)系

3.3 PM的排放

如圖4所示，混合燃料的PM排放曲線基本都在純柴油的之下，特別是在高負(fù)荷區(qū)域，混合燃料的PM排放量跟純柴油的相比有很大程度的降低。這說(shuō)明，玉米油-柴油生物混合燃料有助于改善柴油機(jī)的PM排放，在高負(fù)荷情況下特別明顯。這主要是因?yàn)?，玉米油是富含氧燃料，它的自供氧功能減少了燃燒室過(guò)濃混合氣區(qū)域，使燃燒較充分，從而大大降低PM的排放量。

圖4 標(biāo)定轉(zhuǎn)速時(shí)各比例混合燃料的PM排放量與功率的關(guān)系

3.4 HC的排放

從理論上分析，玉米油芳香烴含量少，含氧量高，這有利于燃燒更加充分。另外，玉米油的主要成分是脂肪酸，其碳鏈比較長(zhǎng)，一般長(zhǎng)鏈物能減少發(fā)動(dòng)機(jī)HC的排放。但是玉米油的粘度大、餾程高，不利于燃料的充分混合，同時(shí)，靠近壁面的燃料燃燒不充分，甚至部分燃料未燃燒而在排氣行程中以HC形式排出，這就使得圖5中混合燃料的HC排放曲線偏高。

圖5 標(biāo)定轉(zhuǎn)速時(shí)各比例混合燃料的HC排放量與功率的關(guān)系

4 結(jié)束語(yǔ)

在本文完成了玉米油-柴油生物混合燃料的混合性、經(jīng)濟(jì)性和排放性等相關(guān)試驗(yàn)后，得到一下結(jié)論：

（1）在常溫情況下，玉米油和柴油混合良好，不需要添加任何助溶劑；

（2）在-5℃或者更高溫度下，玉米油-柴油生物混合燃料長(zhǎng)期不會(huì)分層，具有很好的穩(wěn)定性，并且濁點(diǎn)和凝點(diǎn)較低，具有很廣的適用性；

（3）在不改變柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)的情況下，玉米油-柴油混合燃料能夠取得跟柴油相近的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性；

（4）玉米油-柴油生物混合燃料能夠有效地降低柴油機(jī)的NOx和PM的排放量，但是CO、HC的排放有所增加，需要采取適當(dāng)措施來(lái)降低。

[1]張君濤，梁生榮，丁麗芹.車用清潔代用燃料及發(fā)展趨勢(shì)[J].精細(xì)石油化工進(jìn)展，2005，6(4)：43-47.

[2]陳 軻，孫媛媛.淺談汽車代用燃料[J].節(jié)能與環(huán)保，2005，(9).29-31.