玉米油-柴油生物混合燃料的試驗研究

李業(yè)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(yè)的快速發(fā)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(huán)境的污染問題已成為阻礙汽車發(fā)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(fā)展最快的汽車市場的國家，汽車是石油產(chǎn)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(huán)境污染重要來源的內(nèi)燃機排放污染物的控制技術(shù)一直都是內(nèi)燃機技術(shù)的發(fā)展中的重點。各國在大力發(fā)展汽車工業(yè)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(jié)能措施以及相關排放法規(guī)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(huán)境污染的優(yōu)點，是內(nèi)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(shù)也較成熟，在很多機型設計中被廣泛采用，甚至某些地區(qū)規(guī)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(guī)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(wěn)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(shù)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(xù)放置十幾天后出現(xiàn)分層外，在其余的-5℃以及更高的溫度下都沒有出現(xiàn)分層現(xiàn)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(wěn)定性，在我國大部分地區(qū)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(jié)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(jié)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(shù)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(jié)果

2 玉米油-柴油生物混合燃料的經(jīng)濟性試驗

純柴油的質(zhì)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(shù)（當量系數(shù)=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(jīng)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(gòu)下，能夠取得跟柴油相近的動力性和經(jīng)濟性。

圖1 標定轉(zhuǎn)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(fā)品質(zhì)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(zhuǎn)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(nèi)溫度，加上混合燃料燃燒時峰值溫度持續(xù)時間短，從而明顯的減少了NOx的排放量。

圖3 標定轉(zhuǎn)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(qū)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(qū)域，使燃燒較充分，從而大大降低PM的排放量。

圖4 標定轉(zhuǎn)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(fā)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(zhuǎn)速時各比例混合燃料的HC排放量與功率的關系

4 結(jié)束語

在本文完成了玉米油-柴油生物混合燃料的混合性、經(jīng)濟性和排放性等相關試驗后，得到一下結(jié)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(wěn)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(jié)構(gòu)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(jīng)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(fā)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(jié)能與環(huán)保，2005，(9).29-31.