生物柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒控制與排放特性試驗(yàn)研究.pdf

1、面對(duì)日益嚴(yán)重的石油安全問(wèn)題和環(huán)境污染問(wèn)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(jì)的角度改善生物柴油橡膠相容性和噴霧特性，以及發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和排放特性，同時(shí)將燃料設(shè)計(jì)和低溫燃燒模式相結(jié)合，探索用燃料設(shè)計(jì)來(lái)優(yōu)化柴油低溫燃燒模式從而同時(shí)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(lái)分析了生物柴油對(duì)燃燒排放的影響。
　　根據(jù)燃料設(shè)計(jì)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(xiàn)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(zhǎng)度和雙鍵個(gè)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(duì)橡膠相容性的影響，測(cè)試了發(fā)動(dòng)機(jī)上常用的丁腈橡膠不同燃料中浸泡168小時(shí)前后的質(zhì)量、體積、硬度、拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度

3、等參數(shù)，計(jì)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(duì)于丁腈橡膠的影響，還比較了甲酯不同分子結(jié)構(gòu)對(duì)橡膠的影響。為了深入了解生物柴油以及醇類(lèi)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(duì)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(huì)產(chǎn)生較多的NOx排放。因此針對(duì)生物柴油NOx排放的增加，通過(guò)燃料設(shè)計(jì)的方法改善生物柴油的NOx排放?；谌剂显O(shè)計(jì)思想，在一臺(tái)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(duì)生物柴油燃油經(jīng)濟(jì)性和燃燒特性的影響。重點(diǎn)評(píng)價(jià)了甲醇-生物柴油混合燃料對(duì)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(duì)于生物柴油發(fā)動(dòng)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(huì)隨之增加。
　　雖然添加醇類(lèi)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(duì)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(jì)可以在降低生物柴油NOx排放的同時(shí)，維持顆粒物質(zhì)量濃度到一個(gè)相對(duì)較低的水平。
　　為了實(shí)現(xiàn)同時(shí)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(jì)思想與低溫燃燒模式相結(jié)合，在發(fā)動(dòng)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(shí)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(dòng)機(jī)的低溫燃燒。研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)燃用甲醇-生物柴油混合燃料可以在相對(duì)較低的EGR率下同時(shí)大幅降

7、低NOx排放和碳煙排放。同時(shí)系統(tǒng)分析了發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒相位對(duì)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(dòng)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(jì)原則。
　　進(jìn)一步探索了生物柴油分子結(jié)構(gòu)對(duì)發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)不同