ISSN1000-0054清華大學學報(自然科學版)2003年第43卷第11期22/36J Tsinghua Univ(Sci &. Tech), 2003, Vol, 43, No111523-1525,1541乙醇-柴油在線混合燃料的燃燒排放特性何邦全,王建昕,閆小光,陳虎,田辛(清華大學汽車工程系,汽車安全與節(jié)能國家重點實驗室,北京100084)摘要:為了改善柴油機在不同工況時的排放,建立了超聲,醇是極性分子,易與水互溶,卻難以與柴油互波乙醇柴油在線混合裝置,以實現(xiàn)適時混合不同比例的乙溶,而且乙醇-柴油混合燃料的穩(wěn)定性受柴油中碳氫醇柴油燃料。在一臺柴油機上試驗研究了這種在線混合燃化合物的構成、含水質量分數(shù)、相對密度、溫度和添料的燃燒與排放特性,結果表明:隨著混合燃料中乙醇體積加劑量的影響。此外,乙醇的十六烷值低,隨著乙醇分數(shù)的增加碳煙排放明顯降低,其最大降帽達74%,而且柴油混合燃料中乙醇體積分數(shù)的增加混合燃料的燃燒持續(xù)期縮短;但在中、高負荷工況NO2排放明顯增多十六烷值線性下降,這些都是應用乙醇-柴油混合此尚需采取措施降低乙醇-柴油混合燃料燃燒時的NO排放。在一臺可視化發(fā)動機上的研究結果表明:隨著乙醇體燃料時所必須解決的問題。乙醇-柴油混合燃料在柴積分數(shù)的增加燃燒持續(xù)期也縮短而且火焰亮度降低,碳煙油機上的應用方式很多,如機外預混合乙醇柴油混形成得到了抑制合燃料2-4、著火改進劑等,其中機外預混合的乙關鍵詞:汽車工程;柴油機;乙醇;超聲波;在線混合醇-柴油燃料是目前應用和研究最多的,但這種乙醇-柴油混合燃料的摻混比例固定,不能滿足柴油機中圖分類號:U46;TK421文獻標識碼文章編號:1000-0054(2003)11-1523-03各種工況的不同要求。為此,作者認為研究使用乙醇-柴油在線混合燃料的可行性是很有意義的Combustion and emission characteristics1試驗裝置和試驗方法of engines using ethanol-diesel試驗用發(fā)動機是一臺295TA型直噴式柴油機fuels blended on line其壓縮比為17,最大轉矩為99N·m,轉速為WANG Jianxin, YAN Xiaoguang1540rmin-l。試驗時發(fā)動機用純柴油起動。HE BHEN Hu. TiAN Xi乙醇、柴油的在線混合借助于超聲波發(fā)生器來(State Key Laboratory of Automotive Safety and Energy完成。超聲波發(fā)生器的功率為100W,頻率為Department of Automotive Engineering40kHz。試驗所用3種燃料的體積分數(shù)示于表1。singhua University, Beijing 100084, China)表1試驗用燃料的體積Abstract: To investigate whether engineons are reduced forriable operating conditions, an ultrasonic mixer was used to blend100×g燃料various ethanol and diesel fuels in real-time as they flow to the柴油ngine, The fuel blends were tested on a two-cylinder diesel enginehow that an increasing ethanol content in the blended0fuels significantly reduces smoke at medium and full loads, The30however, NO, emissions sharply increased at medium aneloads. Therefore, measuresures are needed to reduce the non ethanol blended diesel fuels中國煤化工Observations in an engine with a quartz window in piston crowYHCNMHGshow that increasing theontent in the blended fuels基金項目:國家自然科學基金重點資助項目(50136040);luce the combustion duration. The flame luminosity also國家“八六三”高技術項目(2001AA64304003decreases, which means that soot formation is suppressed in the國家教育振興計劃資助項目(JC2002040)combustion flame作者簡介:何邦全(1964-),男(漢),安徽,博士Key words:萬數(shù)據(jù) engineering; diesel engine; ethanol;通訊聯(lián)系人:王建昕,教授,E-mail:wangJi@tsinghua,edu.cnultrasonic wave; real-time blending1524清華大學學報(自然科學版)2003,43(11)用AVL公司的CEB-Ⅱ型排氣分析儀測量排圖3給出了使用乙醇-柴油在線混合燃料時的氣成份,其中NO○排放用化學發(fā)光法(LD)分析,NO排放。可見,隨著負荷的增加,燃用EO、E10和并用FBY-200型全自動煙度計測量煙度。E30這3種燃料時柴油機的NO排放均在中、高負為研究乙醇-柴油混合燃料的燃燒特性,在一臺荷工況區(qū)達到最大值,而且在中、高負荷工況區(qū)隨著單缸可視化直噴式柴油機上研究了火焰的發(fā)展過乙醇體積分數(shù)的增加,NO排放增多。這是因為隨程。試驗時發(fā)動機未加負荷,轉速為1000r·min著乙醇體積分數(shù)和負荷的增加,循環(huán)供油量增加,著試驗所用的高速αCD照相機是 Fastcam Super火滯燃期增加,預混合燃燒份額增加,而且乙醇是含10K型的,其最大拍攝頻率為10000幅·s-。考慮氧燃料,會使混合氣在富氧環(huán)境下燃燒,從而提高了到所拍攝的圖片應有足夠的像素來分析燃燒過程,可燃混合氣的燃燒速度和燃燒火焰溫度,致使NO試驗時選用5000幅·s-的拍攝頻率。為了便于比排放增大;到全負荷時,由于混合氣偏濃,NO排洨,在拍攝過程中無外加光源,光圈固定不動放有所降低。在中、小負荷工況區(qū)則相反,NO排放超聲波在線混合原理隨著乙醇體積分數(shù)的增加而減少,則是因高汽化潛圖1給出了超聲波在線混合裝置原理圖。柴油熱的乙醇吸熱,降低了可燃混合氣的燃燒溫度所致與乙醇分別放在不同的油箱內,三通閥可以調節(jié)柴轉速為1540rmin油與乙醇在混合燃料中的體積分數(shù)。乙醇、柴油進入超聲波器后,在高頻超聲波的作用下產(chǎn)生“空化”現(xiàn)象,迅速均勻混合,然后供給柴油機。用在線混合裝置混合的E30燃料在3d內不分層,完全可以滿足柴油機穩(wěn)定工作時的供油要求。P/kw圖2乙醇-柴油在線混合燃料的碳煙排放三通計超聲波至柴油機混合器轉速為1540rmin圖1超聲波在線混合裝置12由于超聲波的作用,在混合燃料中產(chǎn)生了大量P/kw的熱量。為了保證混合燃料的比例和溫度恒定,在混圖3乙醇-柴油在線混合燃料的NO,排放合裝置中設有冷卻系統(tǒng)使用乙醇-柴油在線混合燃料降低碳煙排放的3使用在線混合燃料時的排放效果與使用機外預混合燃料時的效果相當;而且前圖2給出了乙醇-柴油在線混合燃料對碳煙排者的NO排放隨負荷變化的趨勢也與后者一致2。放的影響。由圖可見,隨著乙醇體積分數(shù)的增加柴燃用乙醇柴油混合燃料時柴油機會排出乙醛和未油機的煙度降低。其中在中、大負荷工況區(qū),碳煙排燃乙醇,可參閱文[2]。放降低很明顯。如功率P=14.3kW時,燃用E0、4中國煤化工發(fā)動機經(jīng)濟性E10和E3θ這3種燃料時的波許煙度分別是1.9CNMHG昆合燃料對柴油機比能1.1和0.5:與E相比,E10和E30的煙度分別降量消耗舉影啊。從比能量消耗率曲線看,使用低了42%和74%。產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是:乙醇的E10的乙醇-柴油混合燃料在大部分工況能改善柴汽化潛熱比柴油大③,使得滯燃期增加,預混燃燒份油機的熱效率,使用E30燃料時E與使用EO時相額增加;另方轟糖乙醇是含氧燃料,使得燃燒室內當。這說明使用在線混合燃料時柴油機的熱效率不局部區(qū)域燃油缺氧裂解生成碳粒的機會減少。會降低中國煤化工CNMHG張鵬,等:基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的挑流沖刷預報15412]《泄水建筑物消能防沖論文集》編審組.泄水建筑物消能防沖論文集[C].北京:水利出版社,1980Compiler Team. Symposium of Energy Dissipation and ScourPrevention [C]. Beijing: Hydraulic Power Press. 1980.(in3]長江水利水電科學研究院等.泄水建筑物下游的消能防沖問題[C].1980Changjiang river Science Research Institute, et al. EnergyDissipation and Scour Prevention Downstream of Dams [C]1980. (in Chinese[4 Goh A T. Some civil engineering applications of neuralT,mnetworks [J]. Proc Instn Civ Engrs Structs Buildings1994,104(4):463469圖2沖坑預測結果的比較5]姜紹飛.人工神經(jīng)網(wǎng)絡用于建筑工程領域的數(shù)據(jù)處理方法「J].哈爾濱建筑大學學報,1999,32(5):24-28.本,重新對模型進行訓練,新模型簡稱為 ModelⅢJIANG Shaofei. The method of data processing of artificial使用 ModelⅢ對三峽工程進行了預測,并與其他方neural networks in civil eng法進行了比較。結果證明新模型的預測結果與實驗Construction Univ, 1999, 32(5):24 28.(in Chinese6 Jenkins W M. Approximate analysis of structural grillages值基本一致(表3)using a neural network [J]. Proc Instn Civ Engrs Structs &表3三峽沖坑深度的預測結果比較Bldg,1997,122:355-363毛野L陳椿庭公式8]劉沛清公式[7 Moller M F. A scaled conjugate gradient algorithm for fastsupervised learning [J].注:已知三峽數(shù)據(jù)q=174m3/s,H=97.95m,B選Ⅱ結論8]毛野.一個估算挑流沖刷深度的模糊數(shù)學模型[J.高速水流利用神經(jīng)網(wǎng)絡模型對沖坑結果進行預報是可行MAO Ye. A fuzzy model for prediction of scour depth [J]的,其預報結果在一定范圍內優(yōu)于傳統(tǒng)的預報公式High Speed Stream, 1990, 1: 57-64.(in Chir由于缺乏大單寬流量、大落差的原型觀測資料,模型9]冬俊瑞.長江三峽挑流基巖沖刷研究專題[R].北京:清華大學,199的預測范圍較窄,利用常用公式的結果對模型進行DONG Junrui. Study of Rocky Scour at Three Gorges [R.拓展,可在一定程度上擴大模型的預測范圍。Beijing: Tsinghua University, 1990. (in Chinese10]劉沛清.挑射水流對巖石河床的沖刷機理研究[].北京參考文獻( References)清華大學,1994[1 Liriano S 1, Day R A. Prediction of scour depth at culvertLIU Peiqing. Study of Mechanism of Scour by Free Jets onJournal ofRocky River Beds [D. Beijing: Tsinghua University, 1994normai001,4:231-237(in Chinese(上接第1525頁)[3 Ajay E A. Singh B, BIof some performance parameters of a constant speedstationary diesel engine using ethanol-diesel blends as fuel參考文獻( References)J]. Biomass and Bioenergy, 1999,17: 357-365[4 Ahmed L. Oxygenated diesel Emissions and performance[1 Satge C P, Moulounguia Z, Vaitilingomb G, et al. Interesof combining an additive with diesel-ethanol blends for use indiesel engines [J]. Fuel.2001. 80:565-574.-H9中國煤化工。10121750c1.20.1-6CNMHG. Review of cetane improver2]王建昕,閆小光,程勇,等.乙醇-柴油混合燃料的燃燒與排lternative fuel applications [A]. SAE Trans放特性[J].內燃機學報,2002,20(3):225-229962064[C].1996.227-2376」何學良,詹永厚,李疏松.內燃機燃料[M].北京:中國石WANG Jianxin, YAn Xiaoguang, CHENG Yongal化出版社,1999on combustionHE Xueliang, ZHAN Yonghou, LI Shusong, Fuels foethanol萬方數(shù)崛 d fuel[J. Transactions of CSICE,2002Internal Combustion Engines [M]. Beijing: China0(3):225 229.(in ChinesePetrochemical Press, 1999. (in Chinese