柴油机燃用生物柴油的排放特性分析

近年来,生物能源以其燃烧质量高、排放清洁的特性得到社会各界人士的广泛认可和应用,文章主要就其在使用过程中的排放特性进行简要的分析和研究.     

乙醇—生物柴油—柴油混合燃料对柴油机性能和排放的影响

基于乙醇、生物柴油和石化柴油物化性质的互补性,配制了乙醇-生物柴油-柴油混合的多组分燃料(简称BED燃料),在0℃、10℃、15℃、20℃环境下研究了BED燃料相溶性和稳定性,试验研究了6组不同比例BED燃料对柴油机性能和排放的影响.结果表明:在不对柴油机做任何改动的情况下,燃用BED燃料后在中间转速大负荷工况下动力下降较大,下降幅度随乙醇和生物柴油组分的增加而升高,最大降幅达到10.2％;当量燃油消耗率低于纯柴油,在低负荷时,不同比例BED燃料的当量燃油消耗率不呈现明显的变化规律,在高负荷时,当量燃油消耗率随BED燃料含氧量增加而降低,最大下降9.2％;CO排放量在高负荷时明显下降,最大下降70.1％;NOx排放量随BED燃料中生物柴油比例的增加而上升,随乙醇比例的增加而降低,标定工况下最大上升29％;THC排放量随生物柴油比例的增加而下降,随乙醇比例的增加而上升,其中标定工况下最大下降32.6％.     

柴油机燃用F-T柴油/生物柴油混合燃料的燃烧及排放特性

为探究生物柴油对柴油机燃用F-T柴油燃烧过程和排放性能的影响,配制F-T柴油/生物柴油混合燃料(B10F-T、B20F-T、B30F-T),在柴油机上进行试验。结果表明：随着生物柴油掺混比增大,缸内最大爆发压力逐渐增加。与F-T柴油相比,生物柴油掺混比分别为10%、20%、30%时,缸内最大爆发压力分别增加1.9%、5.1%、6.9%,对应的时刻轻微滞后,且放热始点后移,放热率峰值增大。生物柴油掺混比由0增加到30%,燃烧过程滞燃期延长1 ℃A,燃烧始点后移,燃烧持续期略微升高,由35.4 ℃A增加到36.1 ℃A,燃烧重心由4.8 ℃A后移到5.9 ℃A,缸内最大燃烧温度由1 872 K升高到1 951 K。在中高负荷时,碳烟排放随生物柴油掺混比增大而明显降低。在F-T柴油中掺混生物柴油可以有效地降低HC和CO排放,HC和CO排放随生物柴油掺混比增大几乎呈线性下降趋势。随着负荷继续增加,混合燃料的HC和CO排放均逐渐下降,在75%负荷时,与燃用F-T柴油相比,生物柴油掺混比分别为10%、20%、30%时,CO排放分别降低2.9%、7.8%、12.1%。在不同负荷工况下,随着生物柴油掺混比例的增加,NOX排放均呈上升的趋势,且在高负荷工况下NOX排放上升更加明显。     

生物柴油-乙醇混合燃料的燃烧特性

研究了柴油机燃用生物柴油-乙醇混合燃料时的燃烧特性,结果表明:乙醇掺烧比小于30%时,各种不同比例的混合燃料的缸内压力曲线趋势相同;随着混合燃料中乙醇掺混比的增加,滞燃期延长,最大压力升高率增加,缸内最高燃烧压力增大,平均压力升高率曲线及峰值点依次滞后,放热率峰值增大且峰值点滞后,燃烧持续期缩短;最高平均压力升高率不大于0.6MPa/oCA,柴油机运转平稳.     

在Ford车用柴油机上生物燃料和标准柴油的排放研究

在Ford Mondeo ZETEC 2.0 L,16 V发动机上使用欧洲标准柴油与标准柴油和10%菜籽油混合生物燃油进行排放对比试验。试验结果表明,由于菜籽油的黏度大,使得其排放性能比标准柴油差,所以,如果将混有10%菜籽油的柴油用于柴油机时,应对柴油机进行结构调整。     

柴油机燃用乙醇-生物柴油-柴油混合燃料试验研究

先对0＃柴油（ D ）和乙醇-生物柴油-柴油混合燃料（ EBD ）的部分理化性质进行了试验、计算和对比;再基于柴油发动机台架,研究了柴油机燃用替代燃料后,其动力特性、经济特性和常规排放特性的变化。研究结果表明：在外特性下,柴油机燃用EBD的功率和转矩相对 D有0～2．84％的小幅度上升;在负荷特性下, EBD 的油耗量和油耗率相对D有较大幅度的上升,在2000r/min 转速时,增幅分别为11．26％～12．14％和7．69％～34.69％,在1700r/min转速时,增幅分别为11．86％～12．48％和5．18％～19．28％;在发动机六工况循环下的常规排放中,EBD 在CO,HC和碳烟减排方面的优势主要体现在中高负荷下,而在 NOx减排方面的优势则主要体现在中小负荷的情况下。     

柴油机燃用生物柴油的经济性和排放特性

在一台电控高压共轨增压中冷柴油机上进行了燃用B10,B20和B30等3种掺混比例的黄连木籽生物柴油与纯柴油的经济性和排放特性试验。试验发现,在相同转速下,柴油机的燃油消耗率随负荷的增加而降低。2000 r/min时,生物柴油在中小负荷的燃油消耗率略低于柴油;大负荷时,4种燃料的燃油消耗率相当;随着负荷的增大,柴油机的CO和THC排放降低,NOx升高;相同工况下,生物柴油的NOx排放与生物柴油相当,无明显变化。由此可见,高压共轨柴油机燃用黄连木籽生物柴油可以在NOx排放基本不升高的前提下降低CO和THC的排放。     

直喷式柴油机燃用生物柴油混合燃料试验研究

进行了295T型直喷柴油机燃用掺入不同比例生物柴油的混合燃料的试验研究.试验结果表明:掺烧生物柴油发动机转矩和功率略有下降,燃油消耗率增加,HC排放量显著减少,NOX排放量略有增加,CO、烟度在中低负荷阶段无明显变化,在高负荷阶段CO、碳烟排放显著减少.随着掺烧生物柴油比例的增加,CO以及HC、碳烟排放量有下降趋势,NOx排放量增加.     

甲醇柴油与生物柴油微粒排放粒径分布特

以石化柴油为参照,在发动机台架上,采用电子低压冲击仪及其附带的两级稀释系统测试了燃用柴油、甲醇柴油和生物柴油排放的不同粒径微粒的数量浓度、体积浓度,分析了发动机转速、负荷以及燃油种类对微粒粒径分布的影响.试验证明:在外特性下,柴油、甲醇柴油排放的微粒数量浓度随转速增大而增加,生物柴油排放的微粒数量浓度随转速没有明显变化规律;在2 300 r/min,生物柴油和柴油随负荷的减小排放的微粒数量浓度增加;标定功率下,柴油排放微粒的体积浓度大于生物柴油和甲醇柴油,但在核模态范围内,相对于柴油,甲醇柴油排放的微粒数量浓度是下降的,降幅达62.8%.生物柴油是上升的,升幅为30.7%.     

柴油机掺烧三种生物柴油的排放性能试验研究

以小桐子油、桐油和菜籽油为原料,通过酯交换法制备生物柴油,对柴油机掺烧3种不同原料制备的生物柴油的混合燃料排放性能进行试验研究.结果表明,0#柴油中分别掺混20%的小桐子生物柴油、桐油生物柴油和菜籽油生物柴油,在2 000r/min和100%负荷时,HC和CO的排放比0#柴油都有大幅度降低,燃油消耗率有一定程度的上升.     

国V柴油机燃用柴油/生物柴油排放性能试验

在满足国V排放标准的柴油机上进行燃用国V柴油混合不同比例餐饮废油制生物柴油的试验,探究柴油机的常规排放变化与生物柴油理化特性的相关性。试验结果表明,掺混生物柴油之后,生物柴油的高含氧量使柴油机NOx排放量有所升高,但整体升幅不大,不同混合比例生物柴油的NOx排放量均与高温燃域高度相关,并可拟合为R2大于0.97的对数函数曲线;THC和CO排放量下降,与生物柴油高含氧量相关,对于不同混合比例的生物柴油,THC和CO排放都与燃烧持续期高度相关,均可以与之拟合为R2大于0.96的幂函数曲线;总颗粒数和核态颗粒数升高,聚集态颗粒数下降,核态颗粒数上升,与生物柴油粘度、硫含量高相关,聚集态颗粒数下降与生物柴油的高含氧量相关。     

生物柴油在柴油机上的应用研究

介绍了生物柴油的主要特性和自行研制的生物柴油的独特生产工艺。通过柴油机测试表明,所研制的WD型生物柴油在柴油机动力性、经济性基本不变的情况下,烟度排放性能大幅改善。     

甲醇柴油混合燃料对柴油机性能的影响

在一台4102QB型直喷式柴油机上研究了柴油与不同添加比例甲醇相混合的燃料对柴油机动力性能和排放性能的影响。试验结果表明,在柴油机参数不作任何改动的情况下,燃料中随着甲醇添加比例的增加,柴油机的动力性有所下降,柴油机烟度和CO的排放量都明显降低,但HC和NOx的排放量有所增加。     

S195型柴油机燃用柴油/甲醇双燃料排放特性试验

在S195型柴油机基本不改变其结构和调整参数的基础上,实现了柴油/甲醇双燃料排放特性的台架试验,分析了供油提前角(fθd)的变化对柴油/甲醇双燃料中NOx和CO排放的影响。推迟供油提前角,双燃料的CO排放增加,NOx排放降低。并在等转速和等过量空气系数条件下,研究了甲醇掺入量对NOx和CO排放影响的规律和原因。CO排放随甲醇掺入量的增加而下降,但掺入甲醇使NOx排放升高。     

燃烧室形状对105型柴油机缸内气体流动和排放特性的影响

分析了燃烧室形状对柴油机缺内气体流动和排放特性的影响。用三维有限元程序,在不喷射燃油的情况下,系统地分析了缺内气体涡流、挤流、湍流等参数随曲轴转角的变化关系,并在单缸１０５型柴油机上进行了性能试验,计算和试验结果表明,优化燃烧室内何形状可以处长缸内高涡流的持续时间,活跃燃烧后期的扩散燃烧。通过延迟喷油定时,可以达到ＮＯｘ、烟度和油耗的良好折中。     

生物柴油发动机燃烧火焰与放热过程特性研究

为研究生物柴油与柴油燃烧及放热过程的差异,应用高速摄影采集了柴油机燃用豆油甲酯和柴油的缸内燃烧火焰图像,实测了缸内压力示功图.以直接的火焰辉度图像结合放热规律分析,揭示了生物柴油和柴油缸内燃烧的历程.在未调整发动机燃烧系统参数的前提下,生物柴油因弹性模量大和十六烷值高的综合贡献,使着火时刻较柴油提前1.5°CA,其中生物柴油开始喷油时刻较柴油提前0.7°CA;在速燃期生物柴油燃烧火焰最亮辉度和持续时间均低于柴油.在燃烧的最后阶段,没有明显火焰的化学反应释放出的热量仅占2％ ～3％.     

涡流水平对柴油机微粒排放的影响

用自选设计的喷气式可变涡流进气系统改变车用柴油机气缸内的涡流水平，试验研究了不同工竞下缸内涡流对微粒排放的影响。结果表明，针对工况需要调整气缸内涡流水平是降低柴油机微粒排放的有效手段。中速况气缸内形成的挤气涡流和膨胀涡流基本可以满足燃料燃烧的需求，涡流强度在范围内的变化对降低柴油机排气微粒贡献不大。提高低束负荷工况螺旋进气道形成的相对较低的涡流水平，可以有效降低柴油机微粒排放量，使微粒排放降低的主要因素是其中干烟排放量的降低。降低高速工况螺旋进气道形成的相对过主的涡流水平，可以有效降低柴油机微粒排放量，微粒中可溶性有机成分的降低是导致微粒排放降低的主要因素。     

生物柴油/柴油发动机排放颗粒电镜分析

利用高分辨率透射电镜研究了三缸直喷式柴油机在两种供油提前角和两个工况时,燃用两种比例的生物柴油/柴油混合燃料时产生的颗粒微观结构和尺寸。结果表明,在所研究的条件下,发动机燃料燃烧产生的颗粒由球形的原始粒子构成,且呈现出不同形状,具有分形结构特性;原始粒子具有多层类石墨微晶结构,且存在无序内核区。B0和B20燃料产生的原始粒子的直径分别在25.6～31.3 nm和28.7～40.0 nm之间,燃用生物柴油时产生的颗粒原始粒子平均直径大于柴油。