柴油机新型替代燃料的探讨

李少辉

青岛港湾职业技术学院 山东省青岛市 266404

1 引言

随着现代文明的不断发展，工业水平的不断提高，人们物质生活的逐渐丰富，我国船舶铁路机车及日常交通工具的迅猛发展，及人们对液体燃料的需求也逐年上升，我国原油的进口需求多，原油的对外依赖程度也达到一半，并且逐年呈上升状态，给我国目前的资源状态起到了一个预警作用。因为世界资源的逐步衰竭，石油的价格也在不断飙升。车的尾气使大气造成污染，环境也进一步受到威胁。因此，对优质的新型的发动机替代燃料的探索也在不断进行。同时，世界各国对柴油新型替代燃料也倍加重视。目前醇类、醚类、油/酯类及混合型燃料等是人类研究较多的柴油机新型替代燃料。本文对新型替代燃料的特点及探究进行了介绍和总结。

2 醇类

2.1 乙醇

乙醇俗称酒精，火酒。乙醇是一种比较常见的一元醇，乙醇相比于柴油无较强毒性。所以现今为止，因为乙醇的某些特性很多国家都在研究和开发，我国也在努力的研发中。醇类燃料的原料可以是各种含糖、淀粉的生物质等，这些原料的技术制取可以通过水解和发酵等，属于可再生能源，我国近几年的燃料乙醇技术发展重点放在了可再生的农作物身上，这是考虑到粮食的安全，从长远来看，未来发挥重要功能的是生物液体燃料技术。醇类燃料的缺点是它能与大部分橡胶反应，并对机械组件有腐蚀作用，它会导致供油系统失效。其次，因醇类燃料与柴油混合与柴油机，还要添加助溶剂和着火改造剂，不然易出现互溶问题，和着火问题，这是因为甲醇十六烷值很低且与柴油互溶难。

2.2 甲醇

甲醇（ch5oh）甲醇的热值约为汽油热值的一半，抗爆性较好。在柴油机中甲醇很难直接压燃着火，因为柴油的十六烷值比甲醇的十六烷值高得多。甲醇怎样用于柴油机，可以将柴油与甲醇混合燃烧，或者把着火改进剂添加在甲醇内然后使其燃烧。

用甲醇作为替代燃料也有相应的弊端。如果甲醇未充分燃烧，甲醇的较强毒性。会影响人体健康，会产生严重的大气污染，因为甲醇的易挥发性，所以容易在运输，储存和生产中产生安全隐患。所以要注意安全防护。

甲醇燃烧时，有利于降低碳烟排放量，因为它燃烧时碳粒浓度非常小。有利于提高柴油机的冒烟功率。

3 醚类

国内外用于柴油机的醚类燃料油有很多，其中研究较多的是二甲醚。醚类燃料，有较多优点。例如：醚类燃料可以任何比例的与柴油互溶，而且他们排放性能突出，氧气含量较其它高，发火性能优越。所以醚类燃料是国内外研究的热点之一。之所以人们更关注二甲醚的研究是因为二甲醚更适合作为压燃式发动机的燃料。

二甲醚（dme）在常温下具有很多特性，最主要他还是一种理想型的清洁燃料，它充分燃烧时，没有残液、碳燃烧量少。另外，二甲醚的十六烷值比柴油高，自燃温度又比柴油低。

4 油/酯类

4.1 植物油

随着农业机械化的不断深入发展，农业机械的主要动力源——柴油机，是能源的消耗大户，因能源消耗量越来越大，人们开始自主研究。因植物油性能与柴油相近，若以其为原料开发柴油机燃料将大大降低对石油资源的依赖性，并减少环境污染。

很多国家都开展了，植物油用作柴油机燃料的研究工作，而德国日本等一些国家已经取得了一定的成果。德国政府已经出台了，生物柴油标准，而日本政府也已批准生物柴油作为加油站的商品燃料。用油来作为柴油机的燃料已成为世界各国的普遍研究方向。而我国非城镇等地方植物油相对资源丰富，我们应研究如何将他们充分利用来缓解我国能源的供需矛盾。但植物油的较高的黏度，会对供油系统的传输及喷嘴后的雾化效果产生影响。并且容易造成喷嘴堵塞，如果长期使用会导致喷油器结焦活塞环粘结。缸套磨损润滑油稀释的问题，但植物油的闪点和密度，硫含量等是满足轻柴油标准的，所以，如用植物油要对柴油机系统进行一定的改装。棉籽油属于植物油的一种，棉籽油与柴油混合之后降低了棉籽油的粘度，并且，棉籽油与柴油之间可以任意比例混溶，并且，未出现分层现象，当棉籽油与柴油达到一定比例配成混合油后，柴油机就具有较好的性能。深受人们的喜爱。

我国土地资源总量大有960万平方公里的国土面积，有几百种产油作物，国家可以种植相关的产油作物，合理地利用国土资源。增加种植者收入的同时又有效的保护了环境。又能为我国能源做出重大贡献。

4.2 重油

重油是一种调和而成的油，它是按照一定比例的渣油和柴油调和而成的，渣油是石油蒸馏剩余的油，重油分子量大，粘度高，重油的比重一般在0.82～0.95之间，设置在10000到11000kcal/kg.重油是粘稠难挥发的一种暗黑色液体。液体重油作为燃料，要求它有高发热量外，还要黏度低，这样既便于输送，又便于改善它的燃烧效率，降低重油粘度的方式是预热。

除此以外，重油要凝固点低，便于运输。重油的闪点温度高，这样便于雾化与输送，油中的含水量要少，机械杂质也要少，因为水量高和杂质多会降低发热量等。

因为重油相比于其他可替代性燃料更加便宜。所以大功率中的柴油机广泛用重油做燃料。

重油的优点是价格相对低廉，导致柴油机的机械负荷增加，是因为他的发火性能差。燃烧性能恶化，使得柴油机的排气温度增加，烟度增加，因此在看到优点时也要解决相应的缺点。

4.3 生物柴油

近年来许多研究证实，只要是柴油机燃烧生物柴油后碳氢化合物都减少。典型的“绿色能源”是生物柴油，它具有很多特性例如有很好的环保性、能很好地启动发动机、燃料性能好，原料来源渠道广泛、又是可再生能源等特性。生物柴油是指植物油、动物油、废弃油脂或微生物油脂与甲醇或乙醇经酯转化而形成的脂肪酸甲酯或乙酯。生物柴油是典型的“绿色能源”，大力发展生物柴油对经济可持续发展、推进能源替代、减轻环境压力、控制城市大气污染具有重要的战略意义。

5 燃气类

5.1 液化天然气

天然气是一种高效、清洁、价廉的民用燃料、化工原料和工业用燃料，我国的天然气资源丰富。

目前世界各国将天然气与柴油两用的发动机当做研究课题并且已经取得较大进展。

天然气-柴油两用燃料发动机同时使用天然气和柴油两种燃料。按照天然气燃料的供给方式，天然气-柴油两用燃料发动机可分为天然气进气道供给和天然气缸内直接喷射两种。天然气经由进气道供给的两用燃料发动机较为常见，而采用缸内直接喷射方式则有很大的困难，因而实际应用很少。其工作原理主要是利用少量引燃柴油喷入气缸，待其压缩点燃后引燃喷入气缸的天然气和空气的混合气。

这种发动机既能以天然气/柴油双燃料方式工作，也能以纯柴油方式工作，双燃料发动机可以将天然气的优势与柴油机的高燃油效率相结合。双燃料发动机经济性好，两种燃料可按合理的配比燃烧，在保证发动机功率和转速的同时，又可以很好地避免气体燃料和液体燃料在设计上的冲突而且废气排放低，颗粒物排放少。

根据引燃油量的多少，天然气/柴油双燃料发动机可分为常规天然气/柴油发动机和微引燃天然气发动机。

5.2 沼气

沼气是一种适合我国国情的新能源。利用沼气代替柴油作为发动机燃料是缓解石油紧缺的有效手段之一。沼气能节能减排，保护环境。使用沼气是废弃物利用，使用沼气有利于节约成本。沼气还是清洁能源，干净卫生。使用沼气作燃料可以说是清洁、无污染、经济、实用、方便。

6 混合型

若只是单纯燃用某种替代燃料，可能还需要对柴油机的供油系统和结构进行较大的改装。尽管单纯然用某种替代燃料时可能有效改善柴油机的排放性能。但如果，我们不希望对柴油机结构进行较大改动的情况下。而我们又想保持柴油机的动力性，又想减少柴油的使用量。并且，达到较好的排放性能的情况下。

人们开始将重点研究放在柴油与替代燃料的掺和燃烧。而混合燃烧时有三种方式：

一，采用双燃料发动机系统。

二，如果当燃料能够互融，则按一定比例混合。

三，当材料无法实现互溶，可采用特定表面活性剂，用乳化的方式合成乳化油。

有研究发现，生物柴油不但能与乙醇和柴油互溶，而且一定范围内，形成稳定的乙醇——柴油——生物柴油的混合燃料，这是通过生物柴油的助溶作用实现的。

使用混合燃料，具有很好的经济性，也可以减少柴油的使用性。

7 结语

综上所述，目前在探讨新型替代燃料在柴油机上的应用时，应注意以下几个方面：

（1）燃用不同燃料时，注意发动机的性能变化，以及可能对人体和环境产生的危害等。

（2）还要注意，发动机的排放性能和和发动机的特性，可能因为，柴油机在不同环境工作的压力下，混合燃料的组成比例发生变化的情况下，燃料添加剂的不同而产生影响。

（3）在燃用不同燃料时，柴油机也相应的应该进行改装。

随着石油资源的减少。人们环保意识的加强。柴油机新型替代燃料的探讨越来越受到人们的普遍关注和重视。因此应加强这方面的工作与研究，让清洁型、经济型能源走进千家万户。