生物柴油發(fā)動機(jī)燃燒控制與排放特性試驗(yàn)研究.pdf

1、面對日益嚴(yán)重的石油安全問題和環(huán)境污染問題，生物柴油作為清潔、可再生的柴油替代燃料具有巨大的潛力。本文從燃料設(shè)計的角度改善生物柴油橡膠相容性和噴霧特性，以及發(fā)動機(jī)燃燒和排放特性，同時將燃料設(shè)計和低溫燃燒模式相結(jié)合，探索用燃料設(shè)計來優(yōu)化柴油低溫燃燒模式從而同時降低NOx排放和碳煙排放，最后從燃料分子結(jié)構(gòu)微觀角度來分析了生物柴油對燃燒排放的影響。
　　根據(jù)燃料設(shè)計概念，選用乙醇和生物柴油以不同比例互溶互混，研究了混合燃料理化特性參數(shù)，并

2、給出了這些參數(shù)與乙醇體積分?jǐn)?shù)的擬合函數(shù)關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，混合燃料絕大多數(shù)理化特性與乙醇體積分?jǐn)?shù)呈線性關(guān)系。利用不同分子結(jié)構(gòu)的單一脂肪酸甲酯和乙酯與柴油摻混成體積比為4∶6的混合燃料，研究混合燃料的理化特性隨燃料分子結(jié)構(gòu)的變化關(guān)系，并給出了這些參數(shù)與碳鏈長度和雙鍵個數(shù)的擬合函數(shù)關(guān)系。考察了燃料理化性質(zhì)以及不同分子結(jié)構(gòu)對橡膠相容性的影響，測試了發(fā)動機(jī)上常用的丁腈橡膠不同燃料中浸泡168小時前后的質(zhì)量、體積、硬度、拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率和撕裂強(qiáng)度

3、等參數(shù)，計算這些參數(shù)的變化率，比較了普通柴油與生物柴油以及乙醇-生物柴油對于丁腈橡膠的影響，還比較了甲酯不同分子結(jié)構(gòu)對橡膠的影響。為了深入了解生物柴油以及醇類混合燃料的噴霧特性，在定容壓力彈內(nèi)采用高速攝影的方法研究了生物柴油和乙醇-生物柴油的噴霧特性，并與常規(guī)柴油進(jìn)行了比較。研究發(fā)現(xiàn)，在生物柴油中添加乙醇可以明顯緩解生物柴油對丁腈橡膠性能的破壞，尤其是質(zhì)量、體積和硬度變化，而且可以改善噴霧質(zhì)量。
　　由于生物柴油中含有10％左右的

4、氧，會產(chǎn)生較多的NOx排放。因此針對生物柴油NOx排放的增加，通過燃料設(shè)計的方法改善生物柴油的NOx排放?；谌剂显O(shè)計思想，在一臺四缸柴油機(jī)上燃用生物柴油以及甲醇-生物柴油和乙醇-生物柴油混合燃料，分析了添加甲醇對生物柴油燃油經(jīng)濟(jì)性和燃燒特性的影響。重點(diǎn)評價了甲醇-生物柴油混合燃料對柴油機(jī)常規(guī)氣體排放(HC、CO、NOx、NO2)、非常規(guī)氣體排放（甲醛、乙醛、未燃甲醇、1，3-丁二烯、苯、甲苯和二甲苯）、顆粒物質(zhì)量濃度和顆粒物粒徑分布的

5、影響。比較甲醇和乙醇對于生物柴油發(fā)動機(jī)排放的影響。研究發(fā)現(xiàn)，在生物柴油中添加甲醇可以降低生物柴油的NOx排放和顆粒物排放，但甲醛、乙醛和1，3-丁二烯排放會隨之增加。
　　雖然添加醇類燃料可以降低生物柴油的NOx排放，但改善幅度有限。本文進(jìn)一步考察了在進(jìn)氣充量中添加稀釋氣體CO2后，進(jìn)氣稀釋對歐五柴油、生物柴油、生物柴油-柴油混合燃料、甲醇生物柴油和乙醇-生物柴油混燃料燃燒特性和排放特性(HC、CO、NOx、顆粒物質(zhì)量濃度和顆粒物

6、粒徑分布)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，綜合使用進(jìn)氣稀釋和燃料設(shè)計可以在降低生物柴油NOx排放的同時，維持顆粒物質(zhì)量濃度到一個相對較低的水平。
　　為了實(shí)現(xiàn)同時降低生物柴油NOx排放和顆粒物排放的目的，本文將燃料設(shè)計思想與低溫燃燒模式相結(jié)合，在發(fā)動機(jī)燃用普通柴油、純生物柴油和甲醇-生物柴油混合燃料，并同時利用廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，在高比例EGR率下實(shí)現(xiàn)了發(fā)動機(jī)的低溫燃燒。研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)動機(jī)燃用甲醇-生物柴油混合燃料可以在相對較低的EGR率下同時大幅降

7、低NOx排放和碳煙排放。同時系統(tǒng)分析了發(fā)動機(jī)燃燒相位對高溫燃燒模式和低溫燃燒模式排放特性的影響，并考察了發(fā)動機(jī)低溫燃燒模式下新的trade-off關(guān)系。根據(jù)本文研究結(jié)果提出了優(yōu)化生物柴油低溫燃燒的燃料設(shè)計原則。
　　進(jìn)一步探索了生物柴油分子結(jié)構(gòu)對發(fā)動機(jī)燃燒排放特性的影響?？疾炝嗽鹿鹚峒柞?C12∶0)、棕櫚酸甲酯(C16∶0)、硬脂酸甲酯(C18∶0)、油酸甲酯(C18∶1M)和油酸乙酯(C18∶1E)與柴油的混合燃料在發(fā)動機(jī)不同