台架试验的生物柴油发动机使用特性

刘玉梅，张敬师，崔丽，熊明烨，宋捷，李梦

(1.吉林大学交通学院，吉林长春130022;2.北京大学工学院，北京100871;3.山西机电职业技术学院汽车工程系，山西长治046000)

我国是一个能源消耗大国，特别是随着工业化进程的推进，能源消耗量越来越大，环境污染问题越来越严重，因此寻求一种绿色环保的可替代能源对于保证国家能源安全、调整产业结构、加强环境保护有积极的意义［1-2］。

生物柴油作为清洁能源成为近年来研究的热点，生物柴油的推广与使用对于未来世界能源稳定有非常重要的意义［3］。其中在生物柴油发动机使用特性研究方面，清华大学的陈文淼等人实现了生物柴油发动机台架燃烧的可视化［4-7］，直观研究生物柴油的燃烧特性，对一种生物柴油与石油柴油的混合燃料B20进行了测试和分析，得到了B20燃料发动机的动力性、经济性、排放性能以及缸内燃烧火焰结构、温度和炭烟浓度分布等信息;吉林大学的谭满志等人在发动机结构和参数不作变动和调整的条件下，研究了B0、B10、B20和 B30 4种不同低十六烷值大豆油甲酯生物柴油体积分数的混合燃料对发动机排放和燃烧特性的影响［8］;江苏大学的袁银南，陈汉玉等人采用相位多普勒粒子分析仪，从索特平均直径、喷雾锥角和喷雾贯穿距等方面对生物柴油和0#柴油的喷雾特性进行了对比研究［9］。这些研究均采用一种或几种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。本文采用由地沟油、泔水油提炼出的生物柴油混合成8种不同比例的混合燃料，在不改变发动机结构参数的情况下，通过台架试验，研究了不同混合比的生物柴油对发动机动力性、经济性及排放性能的影响，试验结果为生物柴油混合燃料混合比的合理选择提供参考。

1 试验设计

1.1 试验发动机的技术参数

试验发动机采用直列4缸、增压中冷、3.168 L排量的电控高压共轨柴油机，装有BOSCH公司的燃油喷射系统和上海联信公司的涡轮增压器。发动机的主要技术参数见表1。

表1 发动机的主要技术参数Table 1 Themain technical parameters of the engine

1.2 试验主要仪器设备

试验用主要仪器设备见表2。

表2 试验用主要仪器设备Table 2 The main equipment of the test

1.3 试验条件

1)发动机状态:试验时发动机不带消声器和空气滤清器，节温器处于全开位置。

首先，健全法律体系。宪法和法律是依法治国的重要依据，立法是落实依法治国基本方略，建设社会主义法治国家的根本环节。因此要坚持从国情出发，在政治、经济、文化、社会等诸多领域建立健全法律、法规，完善社会主义法律体系，使社会主义各项事业有法可依。为了保证国家政权专政职能的发挥，必须有一套法律法规作保障。这就要求进一步完善刑事立法和打击各种犯罪的法律法规，善于借鉴西方法律制度，使社会治安方面的法律法规更加健全，为依法行使专政职能提供法律依据和保障，稳、准、狠的打击刑事犯罪，维护社会秩序，巩固人民民主专政。

图5为8种不同混合比混合燃料的CO、NOx排放对比曲线，图6为8种不同混合比混合燃料的HC、PM、SOF、DS排放对比曲线，图7为8种不同混合比混合燃料的烟度排放对比曲线。

最后，设计解决方案。确定核心目标后，我们就要从核心目标的达成出发来设计解决方案了。解决方案必须是基于帮助学生成长的愿景而设计，具有“准”“远”“系”三个特点。准，就是准确找到根源性问题；远，就是要尽可能往前看学生的经历，尽可能往后看学生的未来；系，就是解决方案不是单一的，而是持续的系统方案。

从图5～7可以看出，与0#柴油相比:

1.4 试验工况及方法

通过发动机性能试验，比较了8种不同混合比的生物柴油的发动机动力性、经济性指标，为确定车用生物柴油最佳混合比和生物柴油专用发动机匹配提供数据参考，本文进行了不同转速下的全负荷功率试验。

对于地表覆盖分类数据的更新，通常利用本年度符合时相要求的最新影像资料，与往期影像进行对比发现变化，必要时应结合外业核查，对种植土地、林草覆盖、房屋建筑（区）、道路、构筑物、人工堆掘地、荒漠与裸露地表和水体等内容进行监测更新。在成果数据中经常会出现以下几类质量问题。

从图1、图2中可观察到:不同混合比的混合燃料的转矩和功率随着转速的变化趋势大致相同，但随着生物柴油混合比的增大发动机转矩和功率分别有所下降。从图3和图4可以观察到:不同混合比的生物柴油混合燃料的发动机转矩和功率随着转速的变化趋势大致相同，但随着生物柴油混合比的增大发动机转矩和功率均有所下降。由表5可以得到:B5 与 B0 的标定功率相当，B10、B20、B40、B50、B80、B100与B0相比，标定功率分别下降了0.5%、1.5%、2.4%、2.8%、3.7%、5.3%;B5、B10、B20、B40、B50、B80、B100与 B0相比最大扭矩分别下降了0.9%、1.2%、1.6%、2.7%、3.8%、5.0%、5.9%。B5、B10、B20、B40、B50、B80、B100 与 B0 相比，标定功率点的燃油消耗量分别增加了8.7%、2.8%、4.1%、5.8%、7.6%、9.8%、11.2%。最大扭矩点的燃油消耗量分别增加了 0.1%、1.0%、1.7%、3.1%、4.3%、6.7%、8%。标定功率点的燃油消耗率分别增加了1.6%、2.9%、3.8%、5.0%、6.6%、8.3%、9.1%，最大扭矩点的燃油消耗率分别增加了1.0%、2.1%、2.6%、4.5%、5.3%、6.3%、7.8%。

通过高中课程的学习，学生能够有意识地用数学表现现实世界，发现和提出问题，感悟数学与现实之间的关联，学会用数学模型解决实际问题，积累数学实践的经验．数学应用题是一类重要的考试题型，它以实际问题为背景，学生要能够发现和提出问题，建立和求解模型，进而检验和完善模型，分析并解决问题．这类题可以对数学建模素养进行全面考查．

2)发动机经济性试验:燃用8种不同混合比的混合燃料进行部分负荷功率油耗试验。

3)发动机排放性试验:燃用8种不同混合比的混合燃料进行十三工况稳态循环(ESC)试验和发动机负荷烟度排放试验(ELR)，十三工况循环工况点如表3所示［10］。

1.5 试验燃料

解剖高频关键词，可直观读懂该领域的研究热点与重点。标准化处理138篇文献共得关键词573个。将高频数界定为≥3，获22个高频关键词，其累计占比58.59%，符合知识图谱规定的27%，适宜进行数据统计分析。22个高频关键词见表1。

表3 十三工况循环工况点Table 3 Thirteen conditions loop operating point

表4 多种混合比的生物柴油混合燃料理化性能数据Table 4 The physical and chem ical performance data of multiple mixing ratios of biodiesel mixture fuel

2 实验结果分析

2.1 发动机动力性、经济性试验分析

依据GB18297-2001《发动机性能试验方法》、GB3847-2005《车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量方法》和GB17961-2005《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法(中国Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ阶段》，确定试验工况和方法如下:

试验用的0#柴油为符合DB11/239-2004标准的低硫柴油，生物柴油选用北京凯蓝森贸易有限责任公司生产的生物柴油。混合燃料以0#柴油为基础油，分别加入体积分数为0%、5%、10%、20%、40%、50%、80%和100%的生物柴油，配制不同体积分数的生物柴油混合燃料，简称为 B0、B5、B10、B20、B40、B50、B80和B100，试验燃料的理化特性见表4。

表5为燃用8种不同混合比的混合燃料发动机外特性试验数据。燃用8种不同混合比生物柴油混合燃料的发动机总功率特性对比曲线如下:图1和图2为8种不同混合比的生物柴油混合燃料的扭矩、功率对比曲线，图3和图4为8种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对比曲线。

图1 8种混合比混合燃料的扭矩对比曲线Fig.1 The torque comparison curve of eight kinds of mixing ratios of biodiesel

图2 8种混合比混合燃料的功率对比曲线Fig.2 The power comparison curve of eight kinds of mixing ratios of biodiesel

图3 8种混合比混合燃油的燃料消耗量对比曲线Fig.3 The fuel consumption comparison curve of eight kinds of mixing ratios of biodiesel

图4 8种混合比混合燃料的燃油消耗率对比曲线Fig.4 The fuel consumption rate comparison curve of eight kinds of mixing ratios of biodiesel

1)发动机动力性试验:燃用8种不同混合比的混合燃料进行全负荷功率试验。

2.2 发动机排放性能试验分析

2)发动机条件控制:冷却液的出口温度为85±5℃;机油温度为 100±5℃;柴油温度为:35±5℃;中冷后进气温度为:40±5℃。

图5 8种混合比混合燃料CO、NO x排放对比曲线Fig.5 The emitting concentration of CO and NO x comparison curve of eight kinds of mixing ratios of biodiesel

图6 8种混合比混合燃料HC、PM、SOF、DS排放对比曲线Fig.6 The emitting concentration of HC，PM，SOF and DS comparison curve of eight kinds of mixing ratios of biodiesel

图7 8种混合比混合燃料烟度排放对比曲线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发动机外特性试验数据Table 5 The external characteristics test data of different mixing ratios of blended

续表5

3)发动机机油:中石化润滑油分公司产长城牌CH-4机油，粘度等级15W-40。

1)CO排放浓度随混合比的增加呈现不同的变化，B5、B10、B20混合燃料排放浓度分别降低了3%、3.6%、3%，B40、B50、B80、B100混合燃料排放浓度分别增加了6.5%、7.7%、10.7%、14.3%。

2)HC 排放浓度大幅降低，B5、B10、B20、B40、B50、B80、B100混合燃料HC排放浓度分别降低了25.5%、13.7%、7.8%、9.8%、11.8%、9.8%、17.6%。

“忽闻教堂钟声、工厂汽笛声，以及厂外欢呼声与歌唱声同时并作，余辈惊向何故？始知休战条约已签订，战争从此可以终止矣！此何日也？记之永久不忘之，1918年11月11日也。是日，各种工作各地战事自11点起一律停止……”

3)NOx排放浓度略有增加，B5、B10、B20、B40、B50、B80、B100混合燃料NOx排放浓度分别增加了3.2%、0.69%、4.8%、2.3%、4.1%、3%、3.4%。

4)微粒 PM 排放浓度降低，B5、B10、B20、B40、B50、B80、B100混合燃料的PM排放浓度分别降低了5.2%、6.3%、8.3%、7.3%、8.3%、9.4%、9.4%。

5)SOF(可溶性有机成分)排放降低，B40、B50排放与 B0 一致;B5、B10、B20、B80、B100 混合燃料的SOF排放浓度分别降低了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 排放浓度分别降低了 4.7%、7%、11.6%、18.6%、20.9%、25.6%、27.9%。

7)烟度排放明显降低，随着混合比的增大烟度大幅降低，B5、B10、B20、B40、B50、B80、B100 混合燃料的烟度分别降低了21.4%、28.6%、35.7%、42.9%、47.1%、49.3%、53.6%。

由以上结果可看出，燃用生物柴油可以很好的改善发动机的排放性能。

在农业推广中，推广人员发挥着十分重要的作用，提高推广人员的专业化水平，能够达到更好的推广效果，有利于促进农村经济的快速发展。并且，农业推广人员肩负着宣传农业技术信息的重任，农民所了解的农业新技术基本来源于农业推广人员。要促进当地农业经济的发展，就需要提高农业推广人员的业务能力和专业化水平。例如，有关部门应将农业推广人员组织起来，进行系统性地培训。在培训过程中，要让每一位推广人员熟悉我国农业发展状况，全面了解每一项农业技术。在进行农业推广的过程中，推广人员才能够对农民进行正确的指导，使广大农民愿意主动使用新技术。只有增加农民的收益，才能提高其运用新技术的积极性，从而促进该地区农村经济的发展。

4 结束语

与0#石化柴油相比，燃用生物柴油混合燃料的发动机的动力性有所下降，但幅度不大。当混合比小于20%时标定功率和最大扭矩降幅在2%左右，因此当混合比小于20%时掺烧生物柴油对发动机的动力性影响很小。燃用生物柴油的发动机经济性与燃用石化柴油相差不大，在最大扭矩点不同燃料的能量消耗率基本相当，在标定功率点不同燃料的能量消耗率略有增加。燃用生物柴油的发动机排放性能得到明显改善，CO、HC、PM、SOF、DS以及碳烟的排放浓度大幅降低，NOx的排放浓度略有增加。

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