燃料乙醇属于清洁可再生能源,探索燃料乙醇作为代用燃料在柴油机上的应用对于实现“节能减排”具有重要的意义。本文对正丁醇作为乙醇—柴油混合燃料的助溶剂进行了可行性分析和相溶性试验研究,并在YC6J170-21柴油机上进行了乙醇—柴油混合燃料对发动机动力性、经济性和排放影响的台架试验研究;进行了发动机燃用混合燃料后,其他运行性能如起动性能、怠速性能、万有特性的试验研究;进行了混合燃料的燃烧特性研究。助溶剂试验结果表明:正丁醇可用作为乙醇—柴油混合燃料的助溶剂,当正丁醇以5%的体积比与乙醇、柴油混合时,含乙醇30%以下的乙醇柴油混合燃料可获得较好的相溶稳定性,满足柴油机代用燃料的实用要求。发动机台架试验研究了乙醇掺混比例分别为10%、20%、25%和30%的四种混合燃料对发动机动力性、经济性和排放的影响。试验结果表明:柴油机掺烧乙醇后,动力性有所下降,油耗率上升,但是能够通过增大供油量恢复其功率、扭矩输出,且低速扭矩输出增大;当量油耗率在中高速工况下与柴油基本相当,而在中低转速工况下比柴油稍有降低,这表明了乙醇柴油混合燃料动力性、经济性良好。柴油机燃用乙醇柴油混合燃料后,总体排放水平得到很大改善,并且随着乙醇—柴油混合燃料中乙醇比例的增大,改善程度越明显。碳烟排放及NOx排放降低,CO与柴油基本相当,但HC排放有所恶化。如用混合燃料Z5E20D75、Z5E30D65的排放和纯柴油进行对比:按外特性运行时,其碳烟排放最大降幅达到77.4%和83.9%,NOx排放最大降幅达到18.6%和31.0%,CO排放与纯柴油的基本相当,均小于0.01%的排放量,而HC排放的最大增幅达到225%和350%;在标定转速下按负荷特性运行时,其碳烟排放最大降幅达到73.7%和79.6%,NOx排放最大降幅达到11.5%和25.5%,CO排放与纯柴油的基本相当,保持在排放量不超过0.01%,HC排放增幅为80%和80%;在最大扭矩转速下按负荷特性运行时,其碳烟排放最大降幅达到71.2%和71.2%,NOx排放与纯柴油基本相当,CO排放在低负荷下较纯柴油有所增加,其最大增幅为100%和1100%,HC排放增幅为133.3%和200%。从经济性方面考虑,从图3—4可以看出乙醇比例为20%即Z5E20D75时经济性最好,Z5E25D70次之,其次是Z5E10D85和Z5E30D65,而排放方面都随着乙醇比例的变化呈现变化趋势,因此综合考虑,Z5E20D75混合燃料最适宜在发动机上使用。在对Z5E20D75混合燃料进行的柴油机其他运行性能试验结果表明:含乙醇比例为20%的混合燃料起动性能良好;怠速稳定;减小柴油机供油提前角能使NO_x排放急剧减少,但会导致碳烟排放上升,油耗率增加;其万有特性图与柴油相比,中高速扭矩与柴油相差不大,低速扭矩明显比柴油有所增加,说明其动力性良好;它的最经济区域相对于柴油曲线在纵向上较长,说明柴油机燃用混合燃料时,负荷变化较大而转速变化不大的情况下,油耗率变化较小,说明其功率适应性提高,适用范围提高,而且最低油耗率值也较小,经济性改善。燃烧特性试验表明:柴油机燃用同一种混合燃料,在相同转速下,随负荷的增大,缸内压力和放热率增加,燃烧始点提前,燃烧持续期延长;缸内压力出现双峰现象。在大负荷工况下(100%和75%负荷),混合燃料的缸内压力峰值大于柴油,峰值压力出现的时刻滞后于纯柴油。且随着柴油中乙醇比例的增加,缸内压力峰值增加,峰值滞后越明显;在中高转速(2600r/min和1500r/min),小负荷(20%)工况下,缸内压力的双峰现象明显,在第一峰值阶段,各种混合燃料的缸内压力基本相同,峰值出现时刻也相差不大,但是到第二峰值阶段时,随着柴油中乙醇比例的增加,缸内压力峰值减小,所对应的曲轴转角延迟;在低转速小负荷工况下,混合燃料的缸内压力峰值小于柴油,压力峰值出现的时刻滞后于纯柴油。且随着柴油中乙醇比例的增加,缸内压力峰值减小,峰值滞后越明显。高转速大负荷下,纯柴油的放热率曲线呈典型的双峰形曲线,前一个峰对应预混燃烧放热,后一个峰对应扩散燃烧放热;而加入乙醇后的组合燃烧放热率曲线也呈现这样的放热规律。并且由放热率曲线还可以看出,从第一峰值来看,柴油机燃用混合燃料的最大瞬时燃烧放热率峰值都高于纯柴油,且较纯柴油有所推迟,放热率曲线整体后移,并且随着乙醇比例的增大越发明显;到第二阶段峰值时,各种燃料的放热率基本相当,只是始点有所滞后,燃烧终点都较为接近;在小负荷工况下,燃料的放热率曲线呈单峰形曲线,最大放热率随着乙醇添加比例的增大而增大,放热峰值滞后越多,燃烧推迟严重。试验结果表明,在柴油机燃用乙醇柴油混合燃料具有较好的适应性,可以在实际中应用和推广乙醇柴油。