葵花籽油-柴油混合燃料的排放特性试验研究

赖立强，黄锦成，李业聪

（广西大学机械工程学院，广西 南宁 530004）

随着排放法规日益严格，为在不改变小型单缸柴油机结构前提下，降低其排放，本试验采用柴油和葵花籽油配置成混合燃料，进行台架试验并分析排放试验数据。试验表明，葵花籽油-柴油混合燃料能改善缸内燃烧，降低NOx和碳烟的排放。

1 试验方案

将葵花籽油和柴油分别按照体积比例1:9、2:8和3:7均匀混合成10%、20%和30%三种组分的混合燃料，混合燃料的代号分别为：K10D90、K20D80和K30D70，柴油代号为D100。将它们分别在最大扭矩转速1 500 rpm和标定转速2 000 rpm下进行S195柴油机的负荷特性试验，分别记录各工况点的排放试验数据。

2 试验数据分析

2.1 CO排放分析

从图1可以看出，混合燃料的CO排放浓度比柴油略有增加：这是由于葵花籽油热值较低，导致缸内温度较低[2]，不利于CO的氧化；葵花籽油的粘度较大，导致喷油雾化效果较差，容易形成局部过浓的混合气，增加了CO的生成。

图1 混合燃料的负荷特性CO排放浓度对比图

2.2 HC排放分析

从图2可以看出，混合燃料对HC排放的影响不明显，但是略有增加，这主要是因为：一方面，葵花籽油含氧量较高，有助于HC的氧化；但是另一方面，葵花籽油热值较低，会降低缸内温度，再加上葵花籽油粘度较大不利于燃料充分混合，造成局部混合气过浓而不能完全反应，所以混合燃料的HC排放量变化不明显。

图2 混合燃料的负荷特性HC排放对比图

2.3 NOx排放分析

试验结果表明：混合燃料的NOx排放在所有试验工况点较柴油均有较大改善，K10D90混合燃料降低NOx排放的效果最优，如图3所示。这是由于：

（1）葵花籽油含氧量为11%，混合燃料在燃烧中产生自供氧效应[3]，减少NOx反应生成的时间。

（2）混合燃料热值降低，导致缸内温度降低，抑制了NOx的生成。

（3）一方面含氧燃料有利于加快燃料燃烧速率；但另一方面含氧量太高同时也会增加缸内氧浓度，NOx的降低效果逐渐减弱，K10D90既提高了燃烧反应速率，又不至于使氧含量过高，达到了两者的较好平衡。

2.4 碳烟排放分析

图3 混合燃料的负荷特性NOx排放对比图

图4 混合燃料的负荷特性碳烟排放对比图

试验结果表明：混合燃料的碳烟排放量较柴油有较大降低，随着柴油机负荷的增大其降低碳烟排放效果越明显，在大负荷工况点降幅达到了50%以上。随着葵花籽油掺入比例的增加，碳烟排放的降低效果越好。这是由于碳烟是烃分子在高温缺氧条件下裂解成各种不饱和烃类分子[4]，一方面葵花籽油热值比柴油低，有利于降低缸内的燃烧温度，抑制碳烟的高温裂解反应；另一反面由于葵花籽油含氧量较高，有利于提供富氧燃烧条件，促进燃料的燃烧，从而减少燃料分子裂解生成碳烟，如图4所示。

3 结束语

混合燃油消耗率与纯柴油相差不大，只是略微升高；排放方面：CO和HC的排放略微升高，但是不明显；NOx和碳烟排放得到较大改善，特别是在中高负荷工况，改善效果更明显。

[1]周龙保.内燃机学(第2版)[M].北京:机械工业出版社，2005.

[2]陈忠祥，徐元浩.乙醇-油乳化燃料的实验性研究[J].武汉理工人学学报（信息与管理工程版），2005，27(4):139-142.

[3]覃 军，刘海峰，尧命发，等.生物含氧燃料成分对柴油机性能影响的试验研究[J].内燃机学报，2007，27(3):381-387.

[4]蒋德明.内燃机燃烧与排放学[M].西安:西安交通大学出版社，2001.

[5]黄锦成，刘海峰，张全长，等.柴油机燃用生物柴油和柴油混合燃料的试验研究[J].广西大学学报（自然科学版），2006，31(3):185-89.