柴油掺烧地沟油的台架性能试验分析

陈艳艳

（黄河水利职业技术学院，河南 开封 475003）

0 引言

生物柴油和石化柴油掺混是目前最合适的柴油发动机燃油应用方式之一。生物柴油的掺混比例直接影响发动机的动力性、燃油经济性和排放性［1~2］。因此，根据台架性能试验，合理确定生物柴油掺混比例十分重要。

本试验采用D19TCI柴油机，分析发动机燃用BDGX-0.1，Y-525（G表示混合燃油中添加有乙醇，“X-0.1”表示减烟剂在混合燃油中的体积为0.1%，“Y-5”表示乙醇在混合燃油中的体积百分比为5%，“25”表示地沟油和乙醇在混合燃油中的体积比为25%）和BD0两种油样，在标定点转速-100%标定点扭矩、标定点转速-75%标定点扭矩、标定点转速-50%标定点扭矩、标定点转速-10%标定点扭矩、扭矩点转速-100%标定扭矩、扭矩点转速-75%扭矩点扭矩、标定点转速-50%扭矩点扭矩、扭矩点转速-10%扭矩点扭矩8个工况下的动力性能、经济性能、排放性和综合性能，以期确定最佳的地沟油掺混比例。

1 试验设备

1．1 试验用柴油机

试验用柴油机为D19TCI高压共轨电控增压柴油机，为立式、直列、水冷、四冲程、增压中冷、顶置双凸轮轴、每缸4气门、电控高压共轨柴油机。其主要技术参数为：4缸，增压中冷，压缩比18.5，标定功率 ／转速为 82 kW／4 000 r／min， 最大扭矩 ／转速 ／为235 N.m／18 00～2 300 r／min，排量 1.85 L，最低空载稳定转速为 900 r／min。

1．2 试验仪器

试验所用测试仪器包括：美国ABB公司生产的油耗仪，上海自动化仪表三厂生产的红外测温仪WFHX-68，奥地利AVL公司生产的电力测功机AVL，奥地利AVL公司生产的五气分析仪，杭州弈科机电技术公司生产的油耗仪ABBFCM 2000_MS21，奥地利AVL公司生产的烟度计AVL415等。

2 石化柴油掺烧地沟油试验分析

2．1 动力性分析

发动机燃用两种油样BDGX-0.1，Y-525和BD0所得外特性数据处理后功率和扭矩对比曲线如图1所示。

由图1可以看出，两油样功率和扭矩随发动机转速的变化趋势一致，随发动机转速增加，功率也逐渐增大，扭矩在转速为2 100r／min时达到最大值，然后逐渐下降。

2．2 经济性分析

外特性试验所得小时油耗量和比能耗对比曲线如图2所示。

从图2可看出，发动机燃用两油样时，比油耗和比能耗的变化趋势基本相同。与BD0相比，BDGX-0.1，Y-525的小时油耗量平均升高2.16%，而比能耗平均下降1.66%。考虑到试验客观影响和人为因素，可以认为，发动机燃用混合燃油和石化柴油在外特性的燃油经济性能上趋于一致。

图1 功率和扭矩对比曲线Fig.1 Correlation curves of power and torque

图2 比油耗和比能耗对比曲线Fig.2 Correlation curves of specific fuel consumption and specific energy consumption

2．3 排放性分析

发动机燃用两油样时的外特性碳烟排放特性对比、CO、CH排放特性对比、NOx排放特性对比如图3～图 5 所示［3］。

从图 3 可以看出， 与 BD0 相比，BDGX－0．1，Y－525 的消光系数平均下降19．5%，降烟效果比较稳定。由图4可以看出，两种油样的CO、CH排放水平的变化趋势基本一致，均随着转速的上升下降较快，在高转速后降到最低，之后略有上扬。与石化柴油BD0相比，BDGX－0．1，Y－525 的 CO、CH 排放水平分别 平均 升高 了1．29%、2．46%，尤其是在低转速区域内，生物柴油及其混合燃油的CO、CH排放水平均明显高于石化柴油。从图5可以看出，两油样的NOx变化趋势基本相同，均随着发动机转速的增加而快速升高，在2 800 r／min左右达到最大值，然后缓慢下降。与BD0相比较，BDGX－0．1，Y－525 的 NOx 排放水平分别平均增大 1．58%， 尤其是在高转速 3 400 r／min左右，比BD0 增加 17．1%。

由于发动机是喷油压燃，燃油在燃烧室中的停留时间短，因而受冷激效应、油膜吸附、沉积物吸附作用很小，因此其HC排放较低。反映在图4上，燃用两油样时的HC排放水平都非常低，受试验仪器的测量精度所限，试验误差的影响较大，可认为HC排放变化不明显［4］。

图3 光吸收系数对比曲线Fig.3 Correlation curves of optical absorption coefficient

图4 CO和HC排放特性对比曲线Fig.4 Correlation curves of CO and HC discharge features

图5 NOx和tr对比曲线Fig.5 Correlation curves of NOx and tr

2．4 综合性能分析

发动机燃烧混合燃油的动力性、经济性和排放特性对比试验数据处理结果如表1所示。

通过发动机燃用混合燃料掺烧特性各项性能指标的变化可以看出， 优选复配方案 BDGX－0．1，Y－525 和BD0对比动力性变化不大，下降了1．96%和1．94%，油耗略有增加，增加了2．16%，但是排放性得到了很大改善，CO、HC、NOX都有所下降，特别是碳烟排放大大降低，降低了 19．52%和 19．41%。

表1 优选复配BDGX-0.1，Y-525各项性能指标相对BD0的变化Table 1 Changes of optimal compound BDGX-0.1，Y-525 performance index to BD0

3 结语

经过试验，初步认识了地沟油掺烧石化柴油混合燃油对发动机动力性、经济性和排放特性的影响。综合分析可以得出：发动机燃用 BDGX－0．1，Y－525 时，动力性下降不多，烟度排放降低明显，其他指标变化不明显，可以满足目标要求。 因此，推荐采用 BDGX－0．1，Y－525（简称BDG25）作为使用地沟油掺烧石化柴油的优选配比。

［1］刘家利．添加乙醇对柴油－生物柴油混合燃料性能的影响［J］．上海汽车，2008（2）：9－12．

［2］袁银南．柴油机燃油生物柴油的燃烧与排放［J］．江苏大学学报，2006，27（3）：216－219．

［3］GB17691－2005，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［S］．

［4］边耀璋．汽车新能源技术［M］．北京：人民交通出版社，2003．