排气污染的前处理——含氧燃料的开发利用
摘要
随着世界经济的发展，能源与环保成为人们日益关注的焦点。代用燃料的研究也越来越为世界各国所关注。
本文首先较为详细地介绍了内燃机代用燃料——天然气和液化石油气、氢气、醇类燃料、二甲醚(DME)和碳酸二甲脂(DMC)的物理特性排放特点、优缺点及使用时应解决的问题。并重点介绍了本实验所采用的燃料——甲醇(富氧燃料)。以N485Q柴油机为实验样机。先测出柴油机在正常技术状态下燃用柴油时的性能参数，然后采用不同M值，即不同甲醇与柴油的配比作燃料时，分别测出不同M值时的发动机性能参数，并与正常技术状态下燃用纯柴油时的性能参数相比较，得出M值对发动机性能的影响规律。并以M值为变化依据，绘出该N485Q柴油机的M调整特性曲线。接着运用多因素正交回归旋转组合设计方法，设计了M、转速、负荷三个调整参数的实验，研究M、转速、负荷三个调整参数相互匹配的情况对柴油机功率、油耗率和碳烟排放影响的规律。运用统计软件SPSS建立功率、油耗率和烟度各项性能指标随上述三个调整参数而变化的数学模型，定量描述了各调整参数对发动机动力性、经济性和碳烟排放的影响。最后，利用计算机寻优，对最大扭矩工况和标定工况下的六个回归方程进行优化，得到各自理论的性能指标的
最优值及其调整参数相应数值。并以此调整参数为依据。通过实验，测出其
实际各项指标，并与理论相比较。运用理论和实验相结合的方法，讨论确定
了该N485Q柴油机的最佳M值。
研究结果表明，甲醇嫩料有明显的降低燃油消耗率和烟度的作用。在中、
大负荷时效果尤为明显。由于本实验没有改变实验柴油机的结构，所以M值
不能取得太高，即不能大于M20，计算机寻优结果与实验结果预报的M值均
在M15左右，并且上述两结果的误差在3%以下，结果是令人满意的。
Along with the development of world economy, energy and environmental protection become the focus that people pay attention to increasingly .The research of alternative fuel is more and more paid attention to by the countries all over the world.
At first, this paper introduces in detail physical characteristics, exhaust features, merits and demerits and problems solved in use of substitute fuel of internal combustion engine, such as GNC, LPQ hydrogen, alcohol fuel, DME and DMC. And emphatically introduce methanol fuel (oxygen fuel). Next, the experiment is carried on N485Q DI diesel engine as an example. First of all, the performance parameters are measured under normal technology state of diesel engine. Then different proportion methanol fuel was carried on diesel engine and the performance was measured. And contrasted with the performance parameters
under normal technology state, these parameters can give us the influence laws of power, economic performance and smoke emission of diesel engine. And then following this using orthogonal regression rotation design method, the experiment of three adjusting parameters (M, rotation speed, load rate) is designed. The influence laws of power, oil consumption rate and smoke emission are researched under the circumstances of these three adjusting parameters (M, rotation speed, load rate) mutual matching. Thus mathematical models including power, oil consumption rate and smoke emission concerning three adjusting parameters have been established with statistical software SPSS, the effects on power, economic performance are descripted batchingly of the three adjusting parameters. Finally, with computer looking for the best parameters, the six regression equation at maximum torque and at maximum power are optimized. The best values of each performance index in theory and the corresponding values of adjusting parameters are concluded. Based on these parameters, the engine is adjusted again, and each practical performance index is measured by experiment, and contrasted with the theoretical values. Finally, the best adjusting parameters of different M have been determined by theoretical and experimental method.
The research result shows that methane! fuel is beneficial to low the oil consumption rate and smoke emission obviously. When the diesel engine under heavy load and moderate load conditions, the effect is dramatically obvious. Because we don't change the structure of the diesel engine, the M value is not too large. And the limit is M20. The best parameters by computer looking for is
approximately M15, and the practice value is so. The experimental result is satisfactory as the errors of the outcomes found out by computer for the best value and the experiment outcomes are within 3 percent.
本文首先较为详细地介绍了内燃机代用燃料——天然气和液化石油气、氢气、醇类燃料、二甲醚(DME)和碳酸二甲脂(DMC)的物理特性排放特点、优缺点及使用时应解决的问题。并重点介绍了本实验所采用的燃料——甲醇(富氧燃料)。以N485Q柴油机为实验样机。先测出柴油机在正常技术状态下燃用柴油时的性能参数，然后采用不同M值，即不同甲醇与柴油的配比作燃料时，分别测出不同M值时的发动机性能参数，并与正常技术状态下燃用纯柴油时的性能参数相比较，得出M值对发动机性能的影响规律。并以M值为变化依据，绘出该N485Q柴油机的M调整特性曲线。接着运用多因素正交回归旋转组合设计方法，设计了M、转速、负荷三个调整参数的实验，研究M、转速、负荷三个调整参数相互匹配的情况对柴油机功率、油耗率和碳烟排放影响的规律。运用统计软件SPSS建立功率、油耗率和烟度各项性能指标随上述三个调整参数而变化的数学模型，定量描述了各调整参数对发动机动力性、经济性和碳烟排放的影响。最后，利用计算机寻优，对最大扭矩工况和标定工况下的六个回归方程进行优化，得到各自理论的性能指标的
最优值及其调整参数相应数值。并以此调整参数为依据。通过实验，测出其
实际各项指标，并与理论相比较。运用理论和实验相结合的方法，讨论确定
了该N485Q柴油机的最佳M值。
研究结果表明，甲醇嫩料有明显的降低燃油消耗率和烟度的作用。在中、
大负荷时效果尤为明显。由于本实验没有改变实验柴油机的结构，所以M值
不能取得太高，即不能大于M20，计算机寻优结果与实验结果预报的M值均
在M15左右，并且上述两结果的误差在3%以下，结果是令人满意的。
Along with the development of world economy, energy and environmental protection become the focus that people pay attention to increasingly .The research of alternative fuel is more and more paid attention to by the countries all over the world.
At first, this paper introduces in detail physical characteristics, exhaust features, merits and demerits and problems solved in use of substitute fuel of internal combustion engine, such as GNC, LPQ hydrogen, alcohol fuel, DME and DMC. And emphatically introduce methanol fuel (oxygen fuel). Next, the experiment is carried on N485Q DI diesel engine as an example. First of all, the performance parameters are measured under normal technology state of diesel engine. Then different proportion methanol fuel was carried on diesel engine and the performance was measured. And contrasted with the performance parameters
under normal technology state, these parameters can give us the influence laws of power, economic performance and smoke emission of diesel engine. And then following this using orthogonal regression rotation design method, the experiment of three adjusting parameters (M, rotation speed, load rate) is designed. The influence laws of power, oil consumption rate and smoke emission are researched under the circumstances of these three adjusting parameters (M, rotation speed, load rate) mutual matching. Thus mathematical models including power, oil consumption rate and smoke emission concerning three adjusting parameters have been established with statistical software SPSS, the effects on power, economic performance are descripted batchingly of the three adjusting parameters. Finally, with computer looking for the best parameters, the six regression equation at maximum torque and at maximum power are optimized. The best values of each performance index in theory and the corresponding values of adjusting parameters are concluded. Based on these parameters, the engine is adjusted again, and each practical performance index is measured by experiment, and contrasted with the theoretical values. Finally, the best adjusting parameters of different M have been determined by theoretical and experimental method.
The research result shows that methane! fuel is beneficial to low the oil consumption rate and smoke emission obviously. When the diesel engine under heavy load and moderate load conditions, the effect is dramatically obvious. Because we don't change the structure of the diesel engine, the M value is not too large. And the limit is M20. The best parameters by computer looking for is
approximately M15, and the practice value is so. The experimental result is satisfactory as the errors of the outcomes found out by computer for the best value and the experiment outcomes are within 3 percent.
引文
1．何学良，内燃机燃料，中国出版社，1999．11
2．金国栋，关于未来车用动力的若干思考，车用发动机，2001．4
3．邓泽英，我国柴油机的发展现状及其排放控制技术，小型内燃机，2000(5)
4．龚正，降低车用发动机的排气排放物的措施，小型内燃机，2000(1)
5．刘生全，一种汽油车用二甲醚混合燃料的开发研究，汽车工程，2003(2)
6．姚春德，醇燃料——未来汽车的石油替代燃料，柴油机，2004(1)
7．魏象仪，压燃甲醇的自燃历程及火焰温度的光测分析研究，内燃机工程，1993(1)
8．王辉，柴油机燃用甲醇——柴油混合燃料的研究[J]，河南农业大学学报，2000(4)
9．周龙保，轻型直喷柴油机燃用二甲醚性能和燃烧特性研究，西安交通大学学报，2000(1)
10．方铀，含氧燃料DMC在公交柴油车上的应用研究，汽车技术，2003(2)
11．金福祥，乙醇燃料的研究发展于应用，柴油机，2002(5)
12. The Los Angeles country Metrapotitan Transportation Authority(LACMTA ). Methanol Buses Return to Los Angeles, News from Http: WWW. afdc.org (Alternative Fuel Data Center of USA ) Jan 30,1998
13. B.Bartunek ,etal ,Verwendung Von Methanol in PKW-Motoren mit Direkeinsprit zuang ,Tagung Wolfsburg ,24. bis 26.November, 1992
14．史绍熙等，甲醇用作柴油机代用燃料的研究，15th CIMA，1983
15．N485Q柴油机使用说明书，湖南衡阳建湘柴油机厂
16．蔡兴旺，旋转回归设计在农机试验中的应用，农业工程学报，1988(6)
17．茆诗松等编，回归分析及试验设计，上海；华东师范学院出版社，1981
18．丁希泉，农业应用技术，吉林科技出版社，1986
19. Kanury AM．Introduction of combustion phenomena 北京；中国标准出版社，1993
20．崔心存，现代汽车新技术，人民交通出版社，2001，10
21．张榕林，民用液体燃料及其应用技术，中国农业出版社，1998，7
22．陆际清等编，汽车发动机燃料及其应用技术，中国农业出版社，1998，7
23．郝黎仁等编，SPSS实用统计分析，中国水利水电出版社，2002，7
24．钱耀义，现代汽车发动机燃料供给装置，人民交通出版社，1996，8
25．汪荣鑫，数理统计，西安交通大学出版社，2002，4
26．上海师范大学数学系概率统计教研组编，上海教育出版社出版
27. Alternate Fuel Committee of The Engine Manufactures Association, A Technical Assessment of Alcohol Fuels, SAE820261
28．黄乙武编，液体燃料的性质和应用。烃加工出版社
29．刘敬印，许斯都编，汽车低排放技术的发展趋势，自然杂志，20卷3期
30．张春润等编，柴油机排气微粒净化技术概述，汽车运用，1998，5
31．揭玉芩等编，甲酵柴油双喷射柴油机性能及燃烧研究，兰州铁道学院学报，1995，1
32．[美]Mullins P编，燃油品质对发动机排放的影响，国外内燃机，1996，1
33．谷华等编，甲醇发动机混合气预热的研究，汽车技术，1992，8
34．黄洪周，国内外甲醇燃料发展概况
35．邓天渊，我国代用车用燃料发展现状，节能，1987，12
36．王宇，柴油／甲醇／水三元乳化燃料在柴油机上使用影响节油率因素的研究，小型内燃机，1997，6
37. Alfredo Viilegas Gamil, Guilermo Conzalez Camarena999—1103, Santa Fe 01210, Mexico City,Mexico(alfredo villegas prodigy.net.mx)．乙醇作为墨西哥城市中心区污染问题的一种解决办法，UNEP产业与环境，2001，4
38．闵光洋、张传铎编，柴油机试验，北京：中国农业机械出版社，1984
39．谭浩强主编，C程序设计题解与上机指导，北京：清华大学出版社，1992
40．李东江，影响柴油机排放的基本因素，小型内燃机，1997(1)
41．边耀璋编著，汽车节能原理和措施，福建人民出版社，1986
42．[苏]M·C·霍瓦赫主编，汽车发动机，人民交通出版社，1983
43. Suga T P、Performance and Detailed Emissions of an Rlectronic Fuel Injection System with Operates on Any Alcohol—Gasoline Blend. CI—18 VIAFTS ,1982
44．刘惟倍编著，机械最优化设计(第二版)，北京：清华大学出版社，1994
45．陆魁，试验设计与分析，北京：清华大学出版社，1996
46．孔繁荫、李大成主编，内燃机与林用车辆理论(第二版)，北京：中国林业出版社，1995
47．广东交通学校编，汽车发动机与汽车理论(汽运专业与修理专业用)，北京：人民交通出版社，1979
48. Menrad H、Engine and vehicle Concepts for Methanol—Crasoline Blends. SEA 831686.
49．汽车星空网(Autostarry.com)网页，我国汽车排放标准严格化。
50．武得玉、张正顺，运行状况对柴油机碳烟排放影响的研究，小型内燃机，1998(6)
51．张武高等编，上海市公交柴油车碳烟排放的评估与分析，汽车工程，2003，2
52．赵瑞兰等编，M15燃料的蒸发排放对环境的影响，中科院环境化学研究所，1986
53．Wood C D．柴油机代用燃料评述。见：代用燃料专辑。吉工大出版社，1984
2．金国栋，关于未来车用动力的若干思考，车用发动机，2001．4
3．邓泽英，我国柴油机的发展现状及其排放控制技术，小型内燃机，2000(5)
4．龚正，降低车用发动机的排气排放物的措施，小型内燃机，2000(1)
5．刘生全，一种汽油车用二甲醚混合燃料的开发研究，汽车工程，2003(2)
6．姚春德，醇燃料——未来汽车的石油替代燃料，柴油机，2004(1)
7．魏象仪，压燃甲醇的自燃历程及火焰温度的光测分析研究，内燃机工程，1993(1)
8．王辉，柴油机燃用甲醇——柴油混合燃料的研究[J]，河南农业大学学报，2000(4)
9．周龙保，轻型直喷柴油机燃用二甲醚性能和燃烧特性研究，西安交通大学学报，2000(1)
10．方铀，含氧燃料DMC在公交柴油车上的应用研究，汽车技术，2003(2)
11．金福祥，乙醇燃料的研究发展于应用，柴油机，2002(5)
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13. B.Bartunek ,etal ,Verwendung Von Methanol in PKW-Motoren mit Direkeinsprit zuang ,Tagung Wolfsburg ,24. bis 26.November, 1992
14．史绍熙等，甲醇用作柴油机代用燃料的研究，15th CIMA，1983
15．N485Q柴油机使用说明书，湖南衡阳建湘柴油机厂
16．蔡兴旺，旋转回归设计在农机试验中的应用，农业工程学报，1988(6)
17．茆诗松等编，回归分析及试验设计，上海；华东师范学院出版社，1981
18．丁希泉，农业应用技术，吉林科技出版社，1986
19. Kanury AM．Introduction of combustion phenomena 北京；中国标准出版社，1993
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24．钱耀义，现代汽车发动机燃料供给装置，人民交通出版社，1996，8
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29．刘敬印，许斯都编，汽车低排放技术的发展趋势，自然杂志，20卷3期
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31．揭玉芩等编，甲酵柴油双喷射柴油机性能及燃烧研究，兰州铁道学院学报，1995，1
32．[美]Mullins P编，燃油品质对发动机排放的影响，国外内燃机，1996，1
33．谷华等编，甲醇发动机混合气预热的研究，汽车技术，1992，8
34．黄洪周，国内外甲醇燃料发展概况
35．邓天渊，我国代用车用燃料发展现状，节能，1987，12
36．王宇，柴油／甲醇／水三元乳化燃料在柴油机上使用影响节油率因素的研究，小型内燃机，1997，6
37. Alfredo Viilegas Gamil, Guilermo Conzalez Camarena999—1103, Santa Fe 01210, Mexico City,Mexico(alfredo villegas prodigy.net.mx)．乙醇作为墨西哥城市中心区污染问题的一种解决办法，UNEP产业与环境，2001，4
38．闵光洋、张传铎编，柴油机试验，北京：中国农业机械出版社，1984
39．谭浩强主编，C程序设计题解与上机指导，北京：清华大学出版社，1992
40．李东江，影响柴油机排放的基本因素，小型内燃机，1997(1)
41．边耀璋编著，汽车节能原理和措施，福建人民出版社，1986
42．[苏]M·C·霍瓦赫主编，汽车发动机，人民交通出版社，1983
43. Suga T P、Performance and Detailed Emissions of an Rlectronic Fuel Injection System with Operates on Any Alcohol—Gasoline Blend. CI—18 VIAFTS ,1982
44．刘惟倍编著，机械最优化设计(第二版)，北京：清华大学出版社，1994
45．陆魁，试验设计与分析，北京：清华大学出版社，1996
46．孔繁荫、李大成主编，内燃机与林用车辆理论(第二版)，北京：中国林业出版社，1995
47．广东交通学校编，汽车发动机与汽车理论(汽运专业与修理专业用)，北京：人民交通出版社，1979
48. Menrad H、Engine and vehicle Concepts for Methanol—Crasoline Blends. SEA 831686.
49．汽车星空网(Autostarry.com)网页，我国汽车排放标准严格化。
50．武得玉、张正顺，运行状况对柴油机碳烟排放影响的研究，小型内燃机，1998(6)
51．张武高等编，上海市公交柴油车碳烟排放的评估与分析，汽车工程，2003，2
52．赵瑞兰等编，M15燃料的蒸发排放对环境的影响，中科院环境化学研究所，1986
53．Wood C D．柴油机代用燃料评述。见：代用燃料专辑。吉工大出版社，1984