葵花籽油-柴油混合燃料的排放特性試驗研究

賴立強，黃錦成，李業聰

（廣西大學機械工程學院，廣西 南寧 530004）

隨著排放法規日益嚴格，為在不改變小型單缸柴油機結構前提下，降低其排放，本試驗采用柴油和葵花籽油配置成混合燃料，進行臺架試驗并分析排放試驗數據。試驗表明，葵花籽油-柴油混合燃料能改善缸內燃燒，降低NOx和碳煙的排放。

1 試驗方案

將葵花籽油和柴油分別按照體積比例1:9、2:8和3:7均勻混合成10%、20%和30%三種組分的混合燃料，混合燃料的代號分別為：K10D90、K20D80和K30D70，柴油代號為D100。將它們分別在最大扭矩轉速1 500 rpm和標定轉速2 000 rpm下進行S195柴油機的負荷特性試驗，分別記錄各工況點的排放試驗數據。

2 試驗數據分析

2.1 CO排放分析

從圖1可以看出，混合燃料的CO排放濃度比柴油略有增加：這是由于葵花籽油熱值較低，導致缸內溫度較低[2]，不利于CO的氧化；葵花籽油的粘度較大，導致噴油霧化效果較差，容易形成局部過濃的混合氣，增加了CO的生成。

圖1 混合燃料的負荷特性CO排放濃度對比圖

2.2 HC排放分析

從圖2可以看出，混合燃料對HC排放的影響不明顯，但是略有增加，這主要是因為：一方面，葵花籽油含氧量較高，有助于HC的氧化；但是另一方面，葵花籽油熱值較低，會降低缸內溫度，再加上葵花籽油粘度較大不利于燃料充分混合，造成局部混合氣過濃而不能完全反應，所以混合燃料的HC排放量變化不明顯。

圖2 混合燃料的負荷特性HC排放對比圖

2.3 NOx排放分析

試驗結果表明：混合燃料的NOx排放在所有試驗工況點較柴油均有較大改善，K10D90混合燃料降低NOx排放的效果最優，如圖3所示。這是由于：

（1）葵花籽油含氧量為11%，混合燃料在燃燒中產生自供氧效應[3]，減少NOx反應生成的時間。

（2）混合燃料熱值降低，導致缸內溫度降低，抑制了NOx的生成。

（3）一方面含氧燃料有利于加快燃料燃燒速率；但另一方面含氧量太高同時也會增加缸內氧濃度，NOx的降低效果逐漸減弱，K10D90既提高了燃燒反應速率，又不至于使氧含量過高，達到了兩者的較好平衡。

2.4 碳煙排放分析

圖3 混合燃料的負荷特性NOx排放對比圖

圖4 混合燃料的負荷特性碳煙排放對比圖

試驗結果表明：混合燃料的碳煙排放量較柴油有較大降低，隨著柴油機負荷的增大其降低碳煙排放效果越明顯，在大負荷工況點降幅達到了50%以上。隨著葵花籽油摻入比例的增加，碳煙排放的降低效果越好。這是由于碳煙是烴分子在高溫缺氧條件下裂解成各種不飽和烴類分子[4]，一方面葵花籽油熱值比柴油低，有利于降低缸內的燃燒溫度，抑制碳煙的高溫裂解反應；另一反面由于葵花籽油含氧量較高，有利于提供富氧燃燒條件，促進燃料的燃燒，從而減少燃料分子裂解生成碳煙，如圖4所示。

3 結束語

混合燃油消耗率與純柴油相差不大，只是略微升高；排放方面：CO和HC的排放略微升高，但是不明顯；NOx和碳煙排放得到較大改善，特別是在中高負荷工況，改善效果更明顯。

[1]周龍保.內燃機學(第2版)[M].北京:機械工業出版社，2005.

[2]陳忠祥，徐元浩.乙醇-油乳化燃料的實驗性研究[J].武漢理工人學學報（信息與管理工程版），2005，27(4):139-142.

[3]覃 軍，劉海峰，堯命發，等.生物含氧燃料成分對柴油機性能影響的試驗研究[J].內燃機學報，2007，27(3):381-387.

[4]蔣德明.內燃機燃燒與排放學[M].西安:西安交通大學出版社，2001.

[5]黃錦成，劉海峰，張全長，等.柴油機燃用生物柴油和柴油混合燃料的試驗研究[J].廣西大學學報（自然科學版），2006，31(3):185-89.