玉米油-柴油生物混合燃料的試驗研究

李業聰，黃錦成，賴立強

（廣西大學 機械工程學院，廣西 南寧 530004）

隨著汽車工業的快速發展和石油資源的逐漸枯竭，汽車的燃料來源問題和汽車的排放物對環境的污染問題已成為阻礙汽車發展的一大障礙，同時也成為世界各國面臨的一個嚴重問題。我國作為當今世界發展最快的汽車市場的國家，汽車是石油產品的主要應用方面，車用燃料占了燃料總消費量的很大一部分，汽車以每年1 000多萬輛的速度增加，使用車用燃料的消費量增長更快[1]。

石化能源的匱乏和不可再生引起人們對石油代用燃料的探索和研究，作為環境污染重要來源的內燃機排放污染物的控制技術一直都是內燃機技術的發展中的重點。各國在大力發展汽車工業的同時，也一直在加緊對可再生替代能源研究的步伐，并制定相應的節能措施以及相關排放法規控制汽車污染物的排放。生物混合燃料具有緩解石油緊缺，減輕環境污染的優點，是內燃機研究的一個重要方向。生物混合燃料的實用性較好，相關方面的技術也較成熟，在很多機型設計中被廣泛采用，甚至某些地區規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用和排放法規控制的加強，排放問題也成為推廣并實施混合燃料的一個重要問題[2]。

本文以S195柴油機試驗臺架為基礎，通過不同比例的玉米油-柴油生物混合燃料的相關試驗，研究該生物混合燃料的穩定性和排放性，為玉米油-柴油生物混合燃料的研究和應用推廣做出貢獻。

1 玉米油-柴油生物混合燃料的混合試驗

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℃持續放置十幾天后出現分層外，在其余的-5℃以及更高的溫度下都沒有出現分層現象，這說明：玉米油-柴油生物混合燃料在-5℃以及更高的溫度下，有著很好的穩定性，在我國大部分地區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結果

1.2 凝點和濁點

純柴油的凝點為-1~4℃，從表2可以看出，混合燃料的濁點和凝點都比純柴油的低得多，這說明玉米油-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和濁點試驗結果

1.3 運動粘度(mm2·s-1)

純柴油在常溫下的運動粘度為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，混合燃料的運動粘度比純柴油的略高，這說明，玉米油-柴油生物混合燃料在采用技術適當降低粘度或者在較高溫度的條件下，同樣有著很好的應用性。

表3 玉米油-柴油生物混合燃料的運動粘度試驗結果

2 玉米油-柴油生物混合燃料的經濟性試驗

純柴油的質量低熱值為42.86MJ·kg-1，玉米油的為39.40 MJ·kg-1，約為柴油的91.93%，所以用當量系數（當量系數=玉米油比例×91.93%+柴油比例）求出的混合燃料在各比例的當量Be與功率的關系能更準確地反應其經濟性。從圖1可以看出，混合燃料的當量Be與柴油的相近，在不改變柴油機的機構下，能夠取得跟柴油相近的動力性和經濟性。

圖1 標定轉速時各比例混合燃料的當量Be與功率的關系

3 玉米油-柴油生物混合燃料的排放性試驗

3.1 CO的排放

理論上，玉米油的富含氧量應該有助于改善混合燃料的CO排放量，但是由于玉米油的運動粘度和餾程比柴油大，它的霧化和蒸發品質差，易形成不均勻混合氣，這就導致了圖2中混合燃料的CO排放比柴油的差。

圖2 標定轉速時各比例混合燃料的CO排放量與功率的關系

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。這主要是因為玉米油的熱值比柴油低，粘度大，導致噴霧特性不良，滯燃期長，這就有效地降低了柴油機缸內溫度，加上混合燃料燃燒時峰值溫度持續時間短，從而明顯的減少了NOx的排放量。

圖3 標定轉速時各比例混合燃料的NOx排放量與功率的關系

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，特別是在高負荷區域，混合燃料的PM排放量跟純柴油的相比有很大程度的降低。這說明，玉米油-柴油生物混合燃料有助于改善柴油機的PM排放，在高負荷情況下特別明顯。這主要是因為，玉米油是富含氧燃料，它的自供氧功能減少了燃燒室過濃混合氣區域，使燃燒較充分，從而大大降低PM的排放量。

圖4 標定轉速時各比例混合燃料的PM排放量與功率的關系

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，一般長鏈物能減少發動機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，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 標定轉速時各比例混合燃料的HC排放量與功率的關系

4 結束語

在本文完成了玉米油-柴油生物混合燃料的混合性、經濟性和排放性等相關試驗后，得到一下結論：

（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期不會分層，具有很好的穩定性，并且濁點和凝點較低，具有很廣的適用性；

（3）在不改變柴油機的結構的情況下，玉米油-柴油混合燃料能夠取得跟柴油相近的動力性和經濟性；

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

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

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