臺架試驗的生物柴油發動機使用特性

劉玉梅，張敬師，崔麗，熊明燁，宋捷，李夢

(1.吉林大學交通學院，吉林長春130022;2.北京大學工學院，北京100871;3.山西機電職業技術學院汽車工程系，山西長治046000)

我國是一個能源消耗大國，特別是隨著工業化進程的推進，能源消耗量越來越大，環境污染問題越來越嚴重，因此尋求一種綠色環保的可替代能源對于保證國家能源安全、調整產業結構、加強環境保護有積極的意義［1-2］。

生物柴油作為清潔能源成為近年來研究的熱點，生物柴油的推廣與使用對于未來世界能源穩定有非常重要的意義［3］。其中在生物柴油發動機使用特性研究方面，清華大學的陳文淼等人實現了生物柴油發動機臺架燃燒的可視化［4-7］，直觀研究生物柴油的燃燒特性，對一種生物柴油與石油柴油的混合燃料B20進行了測試和分析，得到了B20燃料發動機的動力性、經濟性、排放性能以及缸內燃燒火焰結構、溫度和炭煙濃度分布等信息;吉林大學的譚滿志等人在發動機結構和參數不作變動和調整的條件下，研究了B0、B10、B20和 B30 4種不同低十六烷值大豆油甲酯生物柴油體積分數的混合燃料對發動機排放和燃燒特性的影響［8］;江蘇大學的袁銀南，陳漢玉等人采用相位多普勒粒子分析儀，從索特平均直徑、噴霧錐角和噴霧貫穿距等方面對生物柴油和0#柴油的噴霧特性進行了對比研究［9］。這些研究均采用一種或幾種小比例的生物柴油混合燃料，且基本都是大豆甲酯生物柴油。本文采用由地溝油、泔水油提煉出的生物柴油混合成8種不同比例的混合燃料，在不改變發動機結構參數的情況下，通過臺架試驗，研究了不同混合比的生物柴油對發動機動力性、經濟性及排放性能的影響，試驗結果為生物柴油混合燃料混合比的合理選擇提供參考。

1 試驗設計

1.1 試驗發動機的技術參數

試驗發動機采用直列4缸、增壓中冷、3.168 L排量的電控高壓共軌柴油機，裝有BOSCH公司的燃油噴射系統和上海聯信公司的渦輪增壓器。發動機的主要技術參數見表1。

表1 發動機的主要技術參數Table 1 Themain technical parameters of the engine

1.2 試驗主要儀器設備

試驗用主要儀器設備見表2。

表2 試驗用主要儀器設備Table 2 The main equipment of the test

1.3 試驗條件

1)發動機狀態:試驗時發動機不帶消聲器和空氣濾清器，節溫器處于全開位置。

首先，健全法律體系。憲法和法律是依法治國的重要依據，立法是落實依法治國基本方略，建設社會主義法治國家的根本環節。因此要堅持從國情出發，在政治、經濟、文化、社會等諸多領域建立健全法律、法規，完善社會主義法律體系，使社會主義各項事業有法可依。為了保證國家政權專政職能的發揮，必須有一套法律法規作保障。這就要求進一步完善刑事立法和打擊各種犯罪的法律法規，善于借鑒西方法律制度，使社會治安方面的法律法規更加健全，為依法行使專政職能提供法律依據和保障，穩、準、狠的打擊刑事犯罪，維護社會秩序，鞏固人民民主專政。

圖5為8種不同混合比混合燃料的CO、NOx排放對比曲線，圖6為8種不同混合比混合燃料的HC、PM、SOF、DS排放對比曲線，圖7為8種不同混合比混合燃料的煙度排放對比曲線。

最后，設計解決方案。確定核心目標后，我們就要從核心目標的達成出發來設計解決方案了。解決方案必須是基于幫助學生成長的愿景而設計，具有“準”“遠”“系”三個特點。準，就是準確找到根源性問題；遠，就是要盡可能往前看學生的經歷，盡可能往后看學生的未來；系，就是解決方案不是單一的，而是持續的系統方案。

從圖5～7可以看出，與0#柴油相比:

1.4 試驗工況及方法

通過發動機性能試驗，比較了8種不同混合比的生物柴油的發動機動力性、經濟性指標，為確定車用生物柴油最佳混合比和生物柴油專用發動機匹配提供數據參考，本文進行了不同轉速下的全負荷功率試驗。

對于地表覆蓋分類數據的更新，通常利用本年度符合時相要求的最新影像資料，與往期影像進行對比發現變化，必要時應結合外業核查，對種植土地、林草覆蓋、房屋建筑（區）、道路、構筑物、人工堆掘地、荒漠與裸露地表和水體等內容進行監測更新。在成果數據中經常會出現以下幾類質量問題。

從圖1、圖2中可觀察到:不同混合比的混合燃料的轉矩和功率隨著轉速的變化趨勢大致相同，但隨著生物柴油混合比的增大發動機轉矩和功率分別有所下降。從圖3和圖4可以觀察到:不同混合比的生物柴油混合燃料的發動機轉矩和功率隨著轉速的變化趨勢大致相同，但隨著生物柴油混合比的增大發動機轉矩和功率均有所下降。由表5可以得到:B5 與 B0 的標定功率相當，B10、B20、B40、B50、B80、B100與B0相比，標定功率分別下降了0.5%、1.5%、2.4%、2.8%、3.7%、5.3%;B5、B10、B20、B40、B50、B80、B100與 B0相比最大扭矩分別下降了0.9%、1.2%、1.6%、2.7%、3.8%、5.0%、5.9%。B5、B10、B20、B40、B50、B80、B100 與 B0 相比，標定功率點的燃油消耗量分別增加了8.7%、2.8%、4.1%、5.8%、7.6%、9.8%、11.2%。最大扭矩點的燃油消耗量分別增加了 0.1%、1.0%、1.7%、3.1%、4.3%、6.7%、8%。標定功率點的燃油消耗率分別增加了1.6%、2.9%、3.8%、5.0%、6.6%、8.3%、9.1%，最大扭矩點的燃油消耗率分別增加了1.0%、2.1%、2.6%、4.5%、5.3%、6.3%、7.8%。

通過高中課程的學習，學生能夠有意識地用數學表現現實世界，發現和提出問題，感悟數學與現實之間的關聯，學會用數學模型解決實際問題，積累數學實踐的經驗．數學應用題是一類重要的考試題型，它以實際問題為背景，學生要能夠發現和提出問題，建立和求解模型，進而檢驗和完善模型，分析并解決問題．這類題可以對數學建模素養進行全面考查．

2)發動機經濟性試驗:燃用8種不同混合比的混合燃料進行部分負荷功率油耗試驗。

3)發動機排放性試驗:燃用8種不同混合比的混合燃料進行十三工況穩態循環(ESC)試驗和發動機負荷煙度排放試驗(ELR)，十三工況循環工況點如表3所示［10］。

1.5 試驗燃料

解剖高頻關鍵詞，可直觀讀懂該領域的研究熱點與重點。標準化處理138篇文獻共得關鍵詞573個。將高頻數界定為≥3，獲22個高頻關鍵詞，其累計占比58.59%，符合知識圖譜規定的27%，適宜進行數據統計分析。22個高頻關鍵詞見表1。

表3 十三工況循環工況點Table 3 Thirteen conditions loop operating point

表4 多種混合比的生物柴油混合燃料理化性能數據Table 4 The physical and chem ical performance data of multiple mixing ratios of biodiesel mixture fuel

2 實驗結果分析

2.1 發動機動力性、經濟性試驗分析

依據GB18297-2001《發動機性能試驗方法》、GB3847-2005《車用壓燃式發動機和壓燃式發動機汽車排氣煙度排放限值及測量方法》和GB17961-2005《車用壓燃式、氣體燃料點燃式發動機與汽車排氣污染物排放限值及測量方法(中國Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ階段》，確定試驗工況和方法如下:

試驗用的0#柴油為符合DB11/239-2004標準的低硫柴油，生物柴油選用北京凱藍森貿易有限責任公司生產的生物柴油?；旌先剂弦?#柴油為基礎油，分別加入體積分數為0%、5%、10%、20%、40%、50%、80%和100%的生物柴油，配制不同體積分數的生物柴油混合燃料，簡稱為 B0、B5、B10、B20、B40、B50、B80和B100，試驗燃料的理化特性見表4。

表5為燃用8種不同混合比的混合燃料發動機外特性試驗數據。燃用8種不同混合比生物柴油混合燃料的發動機總功率特性對比曲線如下:圖1和圖2為8種不同混合比的生物柴油混合燃料的扭矩、功率對比曲線，圖3和圖4為8種不同混合比生物柴油混合燃料的燃油消耗量和燃油消耗率對比曲線。

圖1 8種混合比混合燃料的扭矩對比曲線Fig.1 The torque comparison curve of eight kinds of mixing ratios of biodiesel

圖2 8種混合比混合燃料的功率對比曲線Fig.2 The power comparison curve of eight kinds of mixing ratios of biodiesel

圖3 8種混合比混合燃油的燃料消耗量對比曲線Fig.3 The fuel consumption comparison curve of eight kinds of mixing ratios of biodiesel

圖4 8種混合比混合燃料的燃油消耗率對比曲線Fig.4 The fuel consumption rate comparison curve of eight kinds of mixing ratios of biodiesel

1)發動機動力性試驗:燃用8種不同混合比的混合燃料進行全負荷功率試驗。

2.2 發動機排放性能試驗分析

2)發動機條件控制:冷卻液的出口溫度為85±5℃;機油溫度為 100±5℃;柴油溫度為:35±5℃;中冷后進氣溫度為:40±5℃。

圖5 8種混合比混合燃料CO、NO x排放對比曲線Fig.5 The emitting concentration of CO and NO x comparison curve of eight kinds of mixing ratios of biodiesel

圖6 8種混合比混合燃料HC、PM、SOF、DS排放對比曲線Fig.6 The emitting concentration of HC，PM，SOF and DS comparison curve of eight kinds of mixing ratios of biodiesel

圖7 8種混合比混合燃料煙度排放對比曲線Fig.7 The emitting concentration of soot comparison curve of eight kinds of mixing ratios of biodiesel

表5 不同混合比的混合燃料發動機外特性試驗數據Table 5 The external characteristics test data of different mixing ratios of blended

續表5

3)發動機機油:中石化潤滑油分公司產長城牌CH-4機油，粘度等級15W-40。

1)CO排放濃度隨混合比的增加呈現不同的變化，B5、B10、B20混合燃料排放濃度分別降低了3%、3.6%、3%，B40、B50、B80、B100混合燃料排放濃度分別增加了6.5%、7.7%、10.7%、14.3%。

2)HC 排放濃度大幅降低，B5、B10、B20、B40、B50、B80、B100混合燃料HC排放濃度分別降低了25.5%、13.7%、7.8%、9.8%、11.8%、9.8%、17.6%。

“忽聞教堂鐘聲、工廠汽笛聲，以及廠外歡呼聲與歌唱聲同時并作，余輩驚向何故？始知休戰條約已簽訂，戰爭從此可以終止矣！此何日也？記之永久不忘之，1918年11月11日也。是日，各種工作各地戰事自11點起一律停止……”

3)NOx排放濃度略有增加，B5、B10、B20、B40、B50、B80、B100混合燃料NOx排放濃度分別增加了3.2%、0.69%、4.8%、2.3%、4.1%、3%、3.4%。

4)微粒 PM 排放濃度降低，B5、B10、B20、B40、B50、B80、B100混合燃料的PM排放濃度分別降低了5.2%、6.3%、8.3%、7.3%、8.3%、9.4%、9.4%。

5)SOF(可溶性有機成分)排放降低，B40、B50排放與 B0 一致;B5、B10、B20、B80、B100 混合燃料的SOF排放濃度分別降低了5.7%、5.7%、3.8%、3.8%、5.7%。

6)DS(二氧化硫)排放大幅降低，B5、B10、B20、B40、B50、B80、B100 混合燃料的 DS 排放濃度分別降低了 4.7%、7%、11.6%、18.6%、20.9%、25.6%、27.9%。

7)煙度排放明顯降低，隨著混合比的增大煙度大幅降低，B5、B10、B20、B40、B50、B80、B100 混合燃料的煙度分別降低了21.4%、28.6%、35.7%、42.9%、47.1%、49.3%、53.6%。

由以上結果可看出，燃用生物柴油可以很好的改善發動機的排放性能。

在農業推廣中，推廣人員發揮著十分重要的作用，提高推廣人員的專業化水平，能夠達到更好的推廣效果，有利于促進農村經濟的快速發展。并且，農業推廣人員肩負著宣傳農業技術信息的重任，農民所了解的農業新技術基本來源于農業推廣人員。要促進當地農業經濟的發展，就需要提高農業推廣人員的業務能力和專業化水平。例如，有關部門應將農業推廣人員組織起來，進行系統性地培訓。在培訓過程中，要讓每一位推廣人員熟悉我國農業發展狀況，全面了解每一項農業技術。在進行農業推廣的過程中，推廣人員才能夠對農民進行正確的指導，使廣大農民愿意主動使用新技術。只有增加農民的收益，才能提高其運用新技術的積極性，從而促進該地區農村經濟的發展。

4 結束語

與0#石化柴油相比，燃用生物柴油混合燃料的發動機的動力性有所下降，但幅度不大。當混合比小于20%時標定功率和最大扭矩降幅在2%左右，因此當混合比小于20%時摻燒生物柴油對發動機的動力性影響很小。燃用生物柴油的發動機經濟性與燃用石化柴油相差不大，在最大扭矩點不同燃料的能量消耗率基本相當，在標定功率點不同燃料的能量消耗率略有增加。燃用生物柴油的發動機排放性能得到明顯改善，CO、HC、PM、SOF、DS以及碳煙的排放濃度大幅降低，NOx的排放濃度略有增加。

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