玉米油-柴油生物混合燃料的试验研究

李业聪，黄锦成，赖立强

（广西大学 机械工程学院，广西 南宁 530004）

随着汽车工业的快速发展和石油资源的逐渐枯竭，汽车的燃料来源问题和汽车的排放物对环境的污染问题已成为阻碍汽车发展的一大障碍，同时也成为世界各国面临的一个严重问题。我国作为当今世界发展最快的汽车市场的国家，汽车是石油产品的主要应用方面，车用燃料占了燃料总消费量的很大一部分，汽车以每年1 000多万辆的速度增加，使用车用燃料的消费量增长更快[1]。

石化能源的匮乏和不可再生引起人们对石油代用燃料的探索和研究，作为环境污染重要来源的内燃机排放污染物的控制技术一直都是内燃机技术的发展中的重点。各国在大力发展汽车工业的同时，也一直在加紧对可再生替代能源研究的步伐，并制定相应的节能措施以及相关排放法规控制汽车污染物的排放。生物混合燃料具有缓解石油紧缺，减轻环境污染的优点，是内燃机研究的一个重要方向。生物混合燃料的实用性较好，相关方面的技术也较成熟，在很多机型设计中被广泛采用，甚至某些地区规定使用的燃油也采用了生物混合燃料的燃油。随着生物混合燃料的广泛应用和排放法规控制的加强，排放问题也成为推广并实施混合燃料的一个重要问题[2]。

本文以S195柴油机试验台架为基础，通过不同比例的玉米油-柴油生物混合燃料的相关试验，研究该生物混合燃料的稳定性和排放性，为玉米油-柴油生物混合燃料的研究和应用推广做出贡献。

1 玉米油-柴油生物混合燃料的混合试验

为了方便，用下方字母Y代表玉米油，D代表柴油，字母后方的数字代表混合的百分比。

1.1 相溶性

从表1可以看出，混合燃料除了在-10℃持续放置十几天后出现分层外，在其余的-5℃以及更高的温度下都没有出现分层现象，这说明：玉米油-柴油生物混合燃料在-5℃以及更高的温度下，有着很好的稳定性，在我国大部分地区尤其是南方有着很好的推广性。

表1 玉米油-柴油生物混合燃料的相溶性试验结果

1.2 凝点和浊点

纯柴油的凝点为-1~4℃，从表2可以看出，混合燃料的浊点和凝点都比纯柴油的低得多，这说明玉米油-柴油生物混合燃料能够在更低的温度下使用，具有更广的适用性。

表2 玉米油-柴油生物混合燃料的凝点和浊点试验结果

1.3 运动粘度(mm2·s-1)

纯柴油在常温下的运动粘度为2.5~8.5mm2·s-1，从表3可以看出，同一比例下，随着温度升高，混合燃料的粘度降低；同一温度下，随着玉米油比例的增加，混合燃料的粘度不断增加。在同样条件下，混合燃料的运动粘度比纯柴油的略高，这说明，玉米油-柴油生物混合燃料在采用技术适当降低粘度或者在较高温度的条件下，同样有着很好的应用性。

表3 玉米油-柴油生物混合燃料的运动粘度试验结果

2 玉米油-柴油生物混合燃料的经济性试验

纯柴油的质量低热值为42.86MJ·kg-1，玉米油的为39.40 MJ·kg-1，约为柴油的91.93%，所以用当量系数（当量系数=玉米油比例×91.93%+柴油比例）求出的混合燃料在各比例的当量Be与功率的关系能更准确地反应其经济性。从图1可以看出，混合燃料的当量Be与柴油的相近，在不改变柴油机的机构下，能够取得跟柴油相近的动力性和经济性。

图1 标定转速时各比例混合燃料的当量Be与功率的关系

3 玉米油-柴油生物混合燃料的排放性试验

3.1 CO的排放

理论上，玉米油的富含氧量应该有助于改善混合燃料的CO排放量，但是由于玉米油的运动粘度和馏程比柴油大，它的雾化和蒸发品质差，易形成不均匀混合气，这就导致了图2中混合燃料的CO排放比柴油的差。

图2 标定转速时各比例混合燃料的CO排放量与功率的关系

3.2 NOx的排放

从图3可以看出，混合燃料的NOx排放量都低于柴油的，并且随着玉米油比例的增加，NOx排放量越少。这主要是因为玉米油的热值比柴油低，粘度大，导致喷雾特性不良，滞燃期长，这就有效地降低了柴油机缸内温度，加上混合燃料燃烧时峰值温度持续时间短，从而明显的减少了NOx的排放量。

图3 标定转速时各比例混合燃料的NOx排放量与功率的关系

3.3 PM的排放

如图4所示，混合燃料的PM排放曲线基本都在纯柴油的之下，特别是在高负荷区域，混合燃料的PM排放量跟纯柴油的相比有很大程度的降低。这说明，玉米油-柴油生物混合燃料有助于改善柴油机的PM排放，在高负荷情况下特别明显。这主要是因为，玉米油是富含氧燃料，它的自供氧功能减少了燃烧室过浓混合气区域，使燃烧较充分，从而大大降低PM的排放量。

图4 标定转速时各比例混合燃料的PM排放量与功率的关系

3.4 HC的排放

从理论上分析，玉米油芳香烃含量少，含氧量高，这有利于燃烧更加充分。另外，玉米油的主要成分是脂肪酸，其碳链比较长，一般长链物能减少发动机HC的排放。但是玉米油的粘度大、馏程高，不利于燃料的充分混合，同时，靠近壁面的燃料燃烧不充分，甚至部分燃料未燃烧而在排气行程中以HC形式排出，这就使得图5中混合燃料的HC排放曲线偏高。

图5 标定转速时各比例混合燃料的HC排放量与功率的关系

4 结束语

在本文完成了玉米油-柴油生物混合燃料的混合性、经济性和排放性等相关试验后，得到一下结论：

（1）在常温情况下，玉米油和柴油混合良好，不需要添加任何助溶剂；

（2）在-5℃或者更高温度下，玉米油-柴油生物混合燃料长期不会分层，具有很好的稳定性，并且浊点和凝点较低，具有很广的适用性；

（3）在不改变柴油机的结构的情况下，玉米油-柴油混合燃料能够取得跟柴油相近的动力性和经济性；

（4）玉米油-柴油生物混合燃料能够有效地降低柴油机的NOx和PM的排放量，但是CO、HC的排放有所增加，需要采取适当措施来降低。

[1]张君涛，梁生荣，丁丽芹.车用清洁代用燃料及发展趋势[J].精细石油化工进展，2005，6(4)：43-47.

[2]陈 轲，孙媛媛.浅谈汽车代用燃料[J].节能与环保，2005，(9).29-31.