专利名称：一种降低柴油车微粒排放的含氧混合燃料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种柴油机用燃料，具体地说，涉及一种可以大幅度 降低柴油车微粒排放的含氧混合燃料。
背景技术：
柴油机尽管有着油耗低的优势，但微粒(PM )和氮氧化物(NOx) 排放高于汽油机 一直是难以解决的问题。目前釆用改善燃烧的各种技 术，如推迟喷油时间、废气再循环(EGR)、高压喷油和进气增压等， 由于PM与NOx之间存在两律相悖的关系，难以使两种排放物同时大 幅度降低。因此，为满足中国第4阶段(简称国4，相当于欧4)及其 以上的排放法规，柴油车通常采用的技术路线有两种 一种是发动机 釆用EGR降低NOx,同时排气系统安装微粒捕集器(DPF)净化PM; 另一种是发动机釆用高压喷油和进气增压降低PM,同时排气系统安 装选择还原催化剂(SCR)降低NOx。也就是说，为满足第4阶段排 放法规，柴油车必须安装排气后处理装置(DPF或SCR)。但一套后 处理装置的价格往往是柴油机的50- 100%,这样高的成本增加对生 产厂商和用户都十分不利。
在柴油中掺混含氧燃料，如甲醇、乙醇、碳酸二甲酯(DMC) 等，可以显著降低柴油机碳烟排放，但排放法规所限制的PM未必能 以相同幅度下降，因为PM是由干碳烟、可溶性有机成分(SOF)以 及硫酸盐三种主要成分组成。
发明人在研究中发现，由于上述含氧燃料的十六烷值较低，导致 燃烧室内部分区域不完全燃烧，使得SOF排放增多，因而在碳烟显著 降低的同时，PM并不能以相似程度降低，甚至有升高的可能。也就 是说，为降低PM排放必须使碳烟和SOF都降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种可大幅度降低柴油车微粒排放的含氧 混合燃料。
为了实现本发明目的，本发明提出了 一种降低柴油车微粒排放的
含氧混合燃料，所述混合燃料的含氧量为10~20%，十六烷值为50 60。
具体地来说，本发明所述混合燃料包括如下体积百分比含量的组
分
生物柴油(脂肪酸甲酯)30~50%，柴油30~50%，碳酸二甲酯 (DMC) 10~ 200/0。
其中，所述生物柴油(脂肪酸甲酯)为含氧燃料，含氧量为10% 左右，十六烷值略高于普通柴油，但其粘度较高。要求满足国标 GB/T20828-2007《柴油机燃料调合用生物柴油》。
所述碳酸二甲酯(DMC)为含氧燃料，其含氧量为53%,主要用 于提高混合燃料的含氧量，但十六烷值和粘度低于柴油。
所述柴油为低含硫(小于50ppm)和低芳香烃(小于10%)的柴 油。优选釆用较高十六烷值，以保证最终混合燃料的十六烷值在 50~60。其它性能指标满足国标GB19147-2003《车用柴油》即可。
对于混合燃料的含氧量，过低不能最大限度的降低碳烟，过高会 使燃料热值降低过大，导致最大输出功率和转矩降低过大。
对于混合燃料的十六烷值，是指按经验公式CN二i;XiCNi(其 中Xi为第i种燃料的容积比，CNi为第i种燃料的十六烷值)计算的十 六垸值CN。 CN应控制在50 60,过低会使SOF生成过多，过高会使 着火落后期过短，燃油与空气混合不充分，导致碳烟增加。但釆用着 火添加剂提高十六烷值的方法往往抑制SOF排放的效果不好，不推荐 使用。
本发明含氧混合燃料应控制尽可能低的含硫量，以降低硫酸盐排 放。还应控制尽可能低的芳香烃含量，因为芳香烃也是碳烟生成的原 因之一。
本发明含氧混合燃料的粘度与普通柴油接近，以保证喷油雾化特 性与燃油润滑能力与普通柴油相近。
本发明所用的各成分之间的互溶性较好，在常温常压下搅拌均匀 即可使用。
一般柴油机在不作任何改造的情况下，直接用这种含氧混合燃料
替代柴油，可以使碳烟和微粒排放下降40~80%。这种效果随柴油机
实际排放水平的不同而异，原机微粒排放水平高的降低效果往往较
高。对于原机微粒排放在第3阶段的柴油机，釆用这种混合燃料后， 有可能不用DPF等后处理装置达到国4阶段的微粒排放标准，因而可 以大大降低柴油机满足严格排放法规的成本。
用这种混合燃料替代柴油时，由于其热值较低，由此会造成柴油 机最大输出功率和转矩下降，其降低程度约等于混合燃料的含氧量， 但增加喷油量后可以恢复。另外，由于是燃料含氧，会造成NOx排放 比使用柴油时高10 ~ 3 0%,但通过调整喷油时间或使用EGR技术可以 消除这种负面效应。
本发明为大幅度降低柴油机微粒排放，提出了高含氧量和高十六 烷值的混合燃料设计基本原则，主要特点有氧含量应为10~20%， 十六烷值应为50 60，同时应尽可能降低硫和芳香烃含量。试验结果 表明，在不装后处理装置和发动机不作改进和调整的条件下，微粒排 放降低60%以上，低于中国第4阶段(相当于欧洲第4阶段)重型柴油 车排放法规。本燃料的特点是，可以同时降低碳烟和可溶性有机成分， 从而可以大幅度降低微粒排放，为柴油车不用排气后处理技术满足第 4阶段排放标准提供了一种可能的技术路线。
具体实施例方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例l
按生物柴油50% (十六烷值为51，氧含量为10.7%,硫含量< 10ppm)、碳酸二甲酯15% (十六烷值为36，氧含量为53.3%)、直馏 柴油35% (十六烷值为62，硫含量〈50ppm，芳香烃含量为零)的比 例配制了混合燃料。其含氧量为13.4%，十六烷值为52.6。
在一台排量为6.7升的带有冷却EGR系统的6缸柴油机上进行试 验，试验按国家重型柴油车排放测试标准进行。稳态试验(ESC)结 果为PM=0.015g/kWh, NOx=3.0 g/kWh,分别是国4限值的75%和 85%;瞬态试验(ETC)结果为PM=0.023g/kWh, NOx=3.16 g/kWh， 分别是国4限值的77%和90%。
结果表明，釆用这种含氧混合燃料可以不用后处理技术达到国4 排放法规。同时，用稳态试验方法与纯柴油作了对比，结果使PM降 低60%以上。 对比例1
按生物柴油50% (十六烷值为51,氧含量为10.7%,硫含量< 10ppm)、碳酸二甲酯15% (十六烷值为36,氧含量为53.3%)、巿售 柴油35% (十六烷值为55,硫含量160ppm，芳烃含量14%)的比例配 制了混合燃料。其含氧量为13.4%,与实施例l相同，但十六烷值为 50.2，低于实施例l，硫含量和芳烃含量明显高于实施例l。
应用试验在一台排量为6.7升的带有冷却EGR系统的6缸柴油机 上进行试验，试验按国家重型柴油车排放测试标准进行了稳态试验 (ESC),结果为PM=0.021 g/kWh， NOx=3.0 g/kWh,分别是国4限 值的105%和85%。
结果表明，尽管该方案的含氧量与实施例l相同，但由于硫含量 和芳烃含量明显提高，加之十六烷值也较实施例l低，因而PM升高， 超出国4限制。
实施例2
按生物柴油50% (十六烷值为64，氧含量为11.2%，硫含量< 10ppm)、碳酸二甲酯20% (十六烷值为36,氧含量为53.3%)、直馏 柴油30% (十六烷值为62，硫含量〈50ppm，芳香烃含量为零)的比 例配制了混合燃料。其含氧量为18.2%，十六烷值为57.8。
应用试验在一台排量为6.7升的带有冷却EGR系统的6缸柴油机 上进行试验，试验按国家重型柴油车排放测试标准进行了稳态试验 (ESC)，结果为PM=0.012g/kWh, NOx=3.0 g/kWh，分别是国4限 值的60%和85%。
结果表明，由于这种含氧混合燃料的十六烷值和含氧量均比实施 例1提高，导致干碳烟和可溶性有机成分都比实施例l进一步降低，因 而PM进一步降低。但最大转矩比实施例1降低了约4%，这主要是混 合燃料的热值降低造成的。由此也说明，应根据实际发动机排放特性 与动力性等其它性能来确定混合燃料的最优方案。 实施例3
按生物柴油30% (十六烷值为56，硫含量〈10ppm，氧含量为 11.3%)、碳酸二甲酯20% (十六烷值为36,氧含量为53.3%)、直馏柴 油50% (十六烷值为62，硫含量〈50ppm,芳香烃含量为零)的比例 配制了混合燃料。其含氧量为16.2%,十六烷值为55.0。
应用试验在一台排量为6.7升的带有冷却EGR系统的6缸柴油机 上进行试验，试验按国家重型柴油车排放测试标准进行了稳态试验 (ESC)，结果为PM=0.014 g/kWh， NOx=2.9g/kWh，分别是国4限 值的70%和83%。
虽然，上文中已经用 一般性说明及具体实施方案对本发明作了详 尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本 领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础 上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
权利要求
1、一种降低柴油车微粒排放的含氧混合燃料，其特征在于，所述混合燃料的含氧量为10～20％，十六烷值为50～60。
2、 根据权利要求l所述的含氧混合燃料，其特征在于，所述混合 燃料包括如下体积百分比含量的组分生物柴油 30~50%， 柴油 30~50%， 碳酸二甲酯 10~20%。
3、 根据权利要求2所述的含氧混合燃料，其特征在于，所述柴油 釆用含硫量低于50ppm以及芳香烃含量低于10。/。的柴油。
4、 根据权利要求3所述的含氧混合燃料，其特征在于，所述燃料 包括如下体积百分比含量的组分生物柴油 50%, 柴油 35%， 碳酸二甲酯 15%。
全文摘要
本发明提供了一种降低柴油车微粒排放的含氧混合燃料，所述混合燃料的含氧量为10～20％，十六烷值为50～60。本发明的含氧混合燃料可以同时降低碳烟和可溶性有机成分，从而可以大幅度降低微粒排放，为柴油车不用排气后处理技术满足中国或欧洲第4阶段排放标准提供了一种可能的技术路线。
文档编号C10L1/00GK101338227SQ20081011923
公开日2009年1月7日 申请日期2008年8月29日 优先权日2008年8月29日
发明者吴复甲, 帅石金, 王建昕, 肖建华 申请人:清华大学