关于单缸柴油机代用燃料问题分析

摘要：单缸柴油机排放污染方面很严重，这些单缸柴油机被普遍用作手扶拖拉机、农用三轮车和四轮车、农用排灌、小型船舶等小型车辆的动力装备。本文分析了目前柴油机排放污染的严重性，研究讨论关于使用非石油系液体燃料，即醇类燃料（甲醇和乙醇等）和各种植物油燃料（包括菜籽油和棉籽油等）。经过比较分析，植物油可以与柴油作任何混合比的混合燃料使用，最有可能成为柴油机的代用燃料，不但能减少不可再生能源的负担，还能减少对空气的污染。

关键词：柴油机；代用燃料；植物油

中图分类号：TK42 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）17-0314-02

1 单缸柴油机排放污染问题

单缸柴油机排放污染方面很严重，这些单缸柴油机被普遍用作手扶拖拉机、农用三轮车和四轮车、农用排灌、小型船舶等小型车辆的动力装备。因为此产品的科学技术投入少，性能远远赶不上国外的水平，加上社会经济发展的遗留问题，行业发展太快，生产厂家增多，投资不集中，以及这些年很多民营企业用低装配廉价的销售手段参与进来，导致单缸柴油机的生产过剩，产品质量得不到保证，出现很多投诉状况。不难看到，这样的事情持续发生会给企业的发展带来很大的负面影响。在此呼吁，政府不仅要监管城市车辆的污染排放，还要加强对农用车及动力机械排放的限制。

2 柴油机的代用燃料问题

内燃机基本消耗燃料就是石油，所以一些发达国家重视这一问题，并积极探索解决方案，找到代用燃料。

现在人们研究的主要是醇类燃料（甲醇和乙醇等）和各种植物油燃料（包括菜籽油和棉籽油等）作为代用燃料。醇有很高的辛烷值，所以挥发性强，且容易跟汽油溶解，用它来作汽油机燃料比较合适；植物油能和柴油以随意比例混合作用，被看作是最有可能成为的柴油机的代用燃料。

生物柴油属于可再生能源，它的产生过程是通过大豆油、菜籽油等植物油、动物脂肪等脂类物质，在低碳醇和催化剂反应后，把甘油脂甘油基提炼出来，构成含有可再生原料、易生物降解、含硫量少、没有芳香茎等优点的长链脂肪酸单酯类物质。它的燃烧性能不次于0号石油柴油，从排放性能上讲比石化柴油强，有利于保护环境，对发动机的保养也省时省力。生物柴油的产生令世界瞩目。现在又发明了超临界流体法，代替了生产生物柴油时用的酸、碱等催化剂，即省去了催化剂的使用。

欧洲多以菜籽油为原料生产生物柴油，如德国汽车制造商大多使用从油菜籽中提炼的生物柴油，因此在德国生物柴油也被称为“油菜籽甲脂（RME）”。菜籽油生物柴油在合适的条件下可保持良好排放性能的情况下减少NOx排放量，添加剂EGR对此有促进作用，氧化安定性比较好。因此，菜籽油生物柴油有广阔发展前途，其主要生产方法有化学法、酶法和超临界流体法。

根据我国石油少，但制醇原料、植物油作物比较多的情况，可以把植物油作为柴油的代用燃料，以备不时之需。从资源优化的角度，即原料产地农村比较适合采取此方法。可是植物油跟柴油的物理、化学性质不太一样，存在雾化特性、混合、着火和燃烧特性的不同。虽然柴油与籽油物性参数不一样，但经过各种喷射压力和时间见证，喷雾穿梭的路程特性是一样的，基本没有区别，表明经过喷射压力的变化，两种燃料的喷雾锥角其实相差不大。所以，即使不改变柴油机的结构及喷射条件，这两种燃料的喷雾宏观性指标大体也是一致的。以上所述，在气缸内空气运动对喷雾结构的作用和喷雾对空气的涡流及由此引起的流场变化都是基本上一样的，燃料和空气混合是没有问题的，不用在进气系统上做大的改装。一样的喷油压力，柴油的雾滴平均直径要比菜籽油的还小，大概小7.5%。一样条件下，轻柴油的着火延迟期比纯菜籽油要短差不多1倍，跟气缸压力有关。假如让喷油压力上升多于10kg/cm2，那么在喷油及燃烧特性上两者大致一样。此外，菜籽油可预热，因温度升高时其粘性系数会迅速下降，利用喷油提前角的方法可以让其着火时间和柴油的一样。

菜籽油的低热值即使比柴油的小8%～10%左右，但其体积热值和柴油基本一致，所以其实柴油机功率和扭矩并没有减少，基本上不会影响柴油机的动力性能。

从经济性能上看，即使燃用菜籽油比燃用柴油在柴油机中的油耗比多约10%，但菜籽油含氧量（9%以上）大大超出于柴油的含氧量（4%以下），使菜籽油的过量空气系数小，燃烧速度较高，充分利用热量，它的指示热效率比柴油还高。

因为菜籽油氧的含量高，碳的含量低，所以能完全燃烧，而且排放的碳烟等污染物要少于柴油的燃烧。加上菜籽油能很快燃烧，温度下降得快，致使氮氧化合物含量比较少，减少排放污染，对环境保护有着极大的意义。

另外菜籽油还具有如下特点，性能好，不会增加油泵、油嘴、柱塞偶件磨损。可与柴油作任何比例混合，并没有分层效应，如果菜籽油比例在20%以下，则柴油机结构和喷油提前角都不必改变，其整机动力性和经济性基本不变；此外其凝点低，即使在寒冷地区也不易冰冻。不足之处是菜籽油着火温度高（320～350℃），冬季冷车起动有一定的困难。

3 结束语

在国内，基本上所有的单缸柴油机都是用在农业生产上的，所以该产品质量的优劣会直接影响到农民的切身利益及健康安全。虽然柴油机污染物排放不是空气污染最主要的原因，但处理不当同样对环境也会产生威胁，所以为了我们的生存环境，生产厂家和使用者都要以身作则。植物油是可以作为柴油机的代用燃料使用的，菜籽油属于可再生的能源，例如菜籽油的来源可以是买来的新鲜的未用的，更可以是用过的废油，甚至是地沟油，还能降低汽车尾气污染物排放，有利于环境保护，创造一个绿色的世界。

虽然国家对于农业上使用能源及动力燃料有相关的制度法规，但是，石油是不可再生资源，最终会用之殆尽。所以，利用植物油作为柴油机的代用燃料，既解决了能源短缺问题，又能帮助有效地解决污染排放问题。

参考文献：

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