柴油機新型替代燃料的探討

李少輝

青島港灣職業技術學院 山東省青島市 266404

1 引言

隨著現代文明的不斷發展，工業水平的不斷提高，人們物質生活的逐漸豐富，我國船舶鐵路機車及日常交通工具的迅猛發展，及人們對液體燃料的需求也逐年上升，我國原油的進口需求多，原油的對外依賴程度也達到一半，并且逐年呈上升狀態，給我國目前的資源狀態起到了一個預警作用。因為世界資源的逐步衰竭，石油的價格也在不斷飆升。車的尾氣使大氣造成污染，環境也進一步受到威脅。因此，對優質的新型的發動機替代燃料的探索也在不斷進行。同時，世界各國對柴油新型替代燃料也倍加重視。目前醇類、醚類、油/酯類及混合型燃料等是人類研究較多的柴油機新型替代燃料。本文對新型替代燃料的特點及探究進行了介紹和總結。

2 醇類

2.1 乙醇

乙醇俗稱酒精，火酒。乙醇是一種比較常見的一元醇，乙醇相比于柴油無較強毒性。所以現今為止，因為乙醇的某些特性很多國家都在研究和開發，我國也在努力的研發中。醇類燃料的原料可以是各種含糖、淀粉的生物質等，這些原料的技術制取可以通過水解和發酵等，屬于可再生能源，我國近幾年的燃料乙醇技術發展重點放在了可再生的農作物身上，這是考慮到糧食的安全，從長遠來看，未來發揮重要功能的是生物液體燃料技術。醇類燃料的缺點是它能與大部分橡膠反應，并對機械組件有腐蝕作用，它會導致供油系統失效。其次，因醇類燃料與柴油混合與柴油機，還要添加助溶劑和著火改造劑，不然易出現互溶問題，和著火問題，這是因為甲醇十六烷值很低且與柴油互溶難。

2.2 甲醇

甲醇（ch5oh）甲醇的熱值約為汽油熱值的一半，抗爆性較好。在柴油機中甲醇很難直接壓燃著火，因為柴油的十六烷值比甲醇的十六烷值高得多。甲醇怎樣用于柴油機，可以將柴油與甲醇混合燃燒，或者把著火改進劑添加在甲醇內然后使其燃燒。

用甲醇作為替代燃料也有相應的弊端。如果甲醇未充分燃燒，甲醇的較強毒性。會影響人體健康，會產生嚴重的大氣污染，因為甲醇的易揮發性，所以容易在運輸，儲存和生產中產生安全隱患。所以要注意安全防護。

甲醇燃燒時，有利于降低碳煙排放量，因為它燃燒時碳粒濃度非常小。有利于提高柴油機的冒煙功率。

3 醚類

國內外用于柴油機的醚類燃料油有很多，其中研究較多的是二甲醚。醚類燃料，有較多優點。例如：醚類燃料可以任何比例的與柴油互溶，而且他們排放性能突出，氧氣含量較其它高，發火性能優越。所以醚類燃料是國內外研究的熱點之一。之所以人們更關注二甲醚的研究是因為二甲醚更適合作為壓燃式發動機的燃料。

二甲醚（dme）在常溫下具有很多特性，最主要他還是一種理想型的清潔燃料，它充分燃燒時，沒有殘液、碳燃燒量少。另外，二甲醚的十六烷值比柴油高，自燃溫度又比柴油低。

4 油/酯類

4.1 植物油

隨著農業機械化的不斷深入發展，農業機械的主要動力源——柴油機，是能源的消耗大戶，因能源消耗量越來越大，人們開始自主研究。因植物油性能與柴油相近，若以其為原料開發柴油機燃料將大大降低對石油資源的依賴性，并減少環境污染。

很多國家都開展了，植物油用作柴油機燃料的研究工作，而德國日本等一些國家已經取得了一定的成果。德國政府已經出臺了，生物柴油標準，而日本政府也已批準生物柴油作為加油站的商品燃料。用油來作為柴油機的燃料已成為世界各國的普遍研究方向。而我國非城鎮等地方植物油相對資源豐富，我們應研究如何將他們充分利用來緩解我國能源的供需矛盾。但植物油的較高的黏度，會對供油系統的傳輸及噴嘴后的霧化效果產生影響。并且容易造成噴嘴堵塞，如果長期使用會導致噴油器結焦活塞環粘結。缸套磨損潤滑油稀釋的問題，但植物油的閃點和密度，硫含量等是滿足輕柴油標準的，所以，如用植物油要對柴油機系統進行一定的改裝。棉籽油屬于植物油的一種，棉籽油與柴油混合之后降低了棉籽油的粘度，并且，棉籽油與柴油之間可以任意比例混溶，并且，未出現分層現象，當棉籽油與柴油達到一定比例配成混合油后，柴油機就具有較好的性能。深受人們的喜愛。

我國土地資源總量大有960萬平方公里的國土面積，有幾百種產油作物，國家可以種植相關的產油作物，合理地利用國土資源。增加種植者收入的同時又有效的保護了環境。又能為我國能源做出重大貢獻。

4.2 重油

重油是一種調和而成的油，它是按照一定比例的渣油和柴油調和而成的，渣油是石油蒸餾剩余的油，重油分子量大，粘度高，重油的比重一般在0.82～0.95之間，設置在10000到11000kcal/kg.重油是粘稠難揮發的一種暗黑色液體。液體重油作為燃料，要求它有高發熱量外，還要黏度低，這樣既便于輸送，又便于改善它的燃燒效率，降低重油粘度的方式是預熱。

除此以外，重油要凝固點低，便于運輸。重油的閃點溫度高，這樣便于霧化與輸送，油中的含水量要少，機械雜質也要少，因為水量高和雜質多會降低發熱量等。

因為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機廣泛用重油做燃料。

重油的優點是價格相對低廉，導致柴油機的機械負荷增加，是因為他的發火性能差。燃燒性能惡化，使得柴油機的排氣溫度增加，煙度增加，因此在看到優點時也要解決相應的缺點。

4.3 生物柴油

近年來許多研究證實，只要是柴油機燃燒生物柴油后碳氫化合物都減少。典型的“綠色能源”是生物柴油，它具有很多特性例如有很好的環保性、能很好地啟動發動機、燃料性能好，原料來源渠道廣泛、又是可再生能源等特性。生物柴油是指植物油、動物油、廢棄油脂或微生物油脂與甲醇或乙醇經酯轉化而形成的脂肪酸甲酯或乙酯。生物柴油是典型的“綠色能源”，大力發展生物柴油對經濟可持續發展、推進能源替代、減輕環境壓力、控制城市大氣污染具有重要的戰略意義。

5 燃氣類

5.1 液化天然氣

天然氣是一種高效、清潔、價廉的民用燃料、化工原料和工業用燃料，我國的天然氣資源豐富。

目前世界各國將天然氣與柴油兩用的發動機當做研究課題并且已經取得較大進展。

天然氣-柴油兩用燃料發動機同時使用天然氣和柴油兩種燃料。按照天然氣燃料的供給方式，天然氣-柴油兩用燃料發動機可分為天然氣進氣道供給和天然氣缸內直接噴射兩種。天然氣經由進氣道供給的兩用燃料發動機較為常見，而采用缸內直接噴射方式則有很大的困難，因而實際應用很少。其工作原理主要是利用少量引燃柴油噴入氣缸，待其壓縮點燃后引燃噴入氣缸的天然氣和空氣的混合氣。

這種發動機既能以天然氣/柴油雙燃料方式工作，也能以純柴油方式工作，雙燃料發動機可以將天然氣的優勢與柴油機的高燃油效率相結合。雙燃料發動機經濟性好，兩種燃料可按合理的配比燃燒，在保證發動機功率和轉速的同時，又可以很好地避免氣體燃料和液體燃料在設計上的沖突而且廢氣排放低，顆粒物排放少。

根據引燃油量的多少，天然氣/柴油雙燃料發動機可分為常規天然氣/柴油發動機和微引燃天然氣發動機。

5.2 沼氣

沼氣是一種適合我國國情的新能源。利用沼氣代替柴油作為發動機燃料是緩解石油緊缺的有效手段之一。沼氣能節能減排，保護環境。使用沼氣是廢棄物利用，使用沼氣有利于節約成本。沼氣還是清潔能源，干凈衛生。使用沼氣作燃料可以說是清潔、無污染、經濟、實用、方便。

6 混合型

若只是單純燃用某種替代燃料，可能還需要對柴油機的供油系統和結構進行較大的改裝。盡管單純然用某種替代燃料時可能有效改善柴油機的排放性能。但如果，我們不希望對柴油機結構進行較大改動的情況下。而我們又想保持柴油機的動力性，又想減少柴油的使用量。并且，達到較好的排放性能的情況下。

人們開始將重點研究放在柴油與替代燃料的摻和燃燒。而混合燃燒時有三種方式：

一，采用雙燃料發動機系統。

二，如果當燃料能夠互融，則按一定比例混合。

三，當材料無法實現互溶，可采用特定表面活性劑，用乳化的方式合成乳化油。

有研究發現，生物柴油不但能與乙醇和柴油互溶，而且一定范圍內，形成穩定的乙醇——柴油——生物柴油的混合燃料，這是通過生物柴油的助溶作用實現的。

使用混合燃料，具有很好的經濟性，也可以減少柴油的使用性。

7 結語

綜上所述，目前在探討新型替代燃料在柴油機上的應用時，應注意以下幾個方面：

（1）燃用不同燃料時，注意發動機的性能變化，以及可能對人體和環境產生的危害等。

（2）還要注意，發動機的排放性能和和發動機的特性，可能因為，柴油機在不同環境工作的壓力下，混合燃料的組成比例發生變化的情況下，燃料添加劑的不同而產生影響。

（3）在燃用不同燃料時，柴油機也相應的應該進行改裝。

隨著石油資源的減少。人們環保意識的加強。柴油機新型替代燃料的探討越來越受到人們的普遍關注和重視。因此應加強這方面的工作與研究，讓清潔型、經濟型能源走進千家萬戶。