生物柴油或以生物柴油为燃料的柴油发动机的燃烧排放行为对比分析

简介

开发清洁替代品燃料可以减少空气污染并缓解能源问题，因此，它已成为一个重要的主题，生物柴油是一种清洁替代品由植物油、脂肪、动物油、废油等制成的燃料，它具有许多优点，并已广泛应用于柴油发动机近年来，首先，它具有较高的十六烷值，并且含有大约12%氧气，有利于燃烧性能并降低烟尘排放。

此外，它是可再生能源的一种形式，可以被生物降解，此外，它还具有优越的润滑性，更高的运动学粘度可减少磨损并延长燃油喷射寿命泵、发动机气缸和连杆，燃烧行为的生物柴油已经在文献的许多研究中进行了研究。

然而，与石油柴油相比，生物柴油也有一些缺点，如较高的NO标准x排放，雾化不良，和碳沉积，二甲醚（DME）具有较高的十六烷值，也非常适合柴油发动机，分子中没有C-C键并含有约8%的氧气，可抑制烟灰的形成和实现几乎零烟尘排放，此外，它具有更高的潜伏性热量，从而降低缸内温度和NOx排放，最后但并非最不重要的一点是，它有一个较低的沸点和更好的雾化。

实验装置和测试燃料

燃烧实验在柴油发动机中进行，其规格见表1，实验装置示意图为显示在生物柴油-二甲醚混合燃料系统由一个油箱、过滤器、供应泵、喷油泵、喷油器和溢流器阀，生物柴油-二甲醚混合物的低压燃料系统使用供应泵保持在1，6MPa以避免燃料蒸气由于DME的高蒸气压而锁定，先进的燃料供应发动机的正时为28°CABTDC。

燃烧压力采集系统由6125A奇石乐压力传感器组成，一台5015奇石乐电荷放大器和一台横河DL750分析记录仪，通过分析记录气缸中的燃烧压力采样频率为20000Hz的记录仪，AVLDiGas4000光用于测量常开x、CO和HC排放，AVL439烟雾计用于测量烟尘排放。

粘度、密度、表面张力和体积生物柴油的模量与二甲醚的模量有很大不同，纯生物柴油（BD100），高比例生物柴油混合物BD80（80%生物柴油+20%二甲醚混合物）和中等比例的生物柴油混合物BD50（50%生物柴油+50%二甲醚混合物）用于实验。

使用了BD50评估混合比/喷嘴的综合关系具有燃烧行为和排放特性的直径，使用的喷嘴类型是4×0，35mm喷嘴具有19MPa的打开压力和一个5×0，43mm喷嘴，带15MPa开启压力当用BD50加油时。

燃烧行为生物柴油和生物柴油共混物

在0，27MPaBMEP时，最大燃烧BD100、BD80和BD50在6°CAATDC下的压力为37，3MPa，6，19°CAATDC时为0，5MPa，5，72°CAATDC时为4，5MPa，分别，这些值在7，04°CAATDC时为4，5MPa，6，684，5°CAATDC时的MPa和6，23°CAATDC时的6，5MPa，0，41分别是MPaBMEP。

随着生物柴油比例的降低，最大燃烧压力降低，最大燃烧压力延迟燃烧压力阶段，生物柴油的十六烷值较少比二甲醚的，随着生物柴油比例的降低和二甲醚的降低比例增加，点火延迟缩短，累计预混燃烧阶段的燃料减少，因此最大燃烧压力降低。

二甲醚弹性较低，较大可压缩性，因此，随着生物柴油比例的降低和二甲醚比例增加，燃油压力变化率在管道变慢，在相同的燃油输送提前角度下，燃油喷射角度延迟，因此，最大燃烧阶段压力延迟，最大燃烧压力降低有助于减少发动机机械负载并增加热量效率，随着BMEP的增加，最大燃烧压力增加与迟滞阶段。

两级燃烧是在热释放中展出速率曲线，包括预混燃烧阶段和扩散燃烧阶段，在0，27MPaBMEP时，最大放热速率/相BD100、BD80和BD50分别为281（J/°CA）/3°CABTDC，252（焦耳/°CA）/3°CABTDC，和135（J/°CA）/0，5°CABTDC，，这些值为248（焦耳/°CA）/4°CABTDC，255（焦耳/°CA）/3，5°CABTDC，和129（J/°CA）/3，5°CABTDC分别为0，41MPaBMEP。

在两种不同的BMEP下，降低生物柴油比例导致预混燃烧减少，最大放热速率和延迟相，而随着增加在扩散燃烧中，扩散燃烧中的最大热量释放增加，因为二甲醚的十六烷值高于生物柴油，随着生物柴油比例的降低和二甲醚的比例降低增加，点火延迟缩短，累积预混燃料减少，此外，燃烧的开始被延迟。

燃烧加速是产生的基本因素压力振荡，通过压力上升加速度进行评估在这项研究中，当燃烧进入粗糙阶段时，峰值压力上升加速显著增加，BD100、BD80和BD50最大压力有两个峰值，三种燃料中每一种的加速度上升，生物柴油减少比率导致两个峰的偏移，与第一个高峰相比，BD100和BD80的第二个峰值更大，BD50的第二个峰值是较小。

随着生物柴油比例的降低，最大值压力上升加速度的幅度减小，由于DME具有较低的弹性和较大的压缩性，对燃油喷射有延迟，从中可以看出在0，27MPaBMEP时，最大压力上升加速度/相位BD100、BD80和BD50的0，26（MPa/°CA2）/3，5°CABTDC，0，39（兆帕/°CA2）/4°CABTDC，和0，21（MPa/°CA2）/4°CABTDC。

而最小压力上升加速度/相位−0，63（兆帕/°CA）2）/2，5°CABTDC，−0，63（兆帕/°CA2）/3°CABTDC，和−0，29（MPa/°CA2）/1°CAATDC，也获得了类似的发现在0，41MPaBMEP。

BD100、BD80燃烧压力的频率特性，和BD50，从中可以看出数字图44根据频率中速度的降低域，BD100、BD80和BD50的气缸压力水平曲线可分为三个阶段：快速下降阶段1，缓慢下降阶段2，波动阶段3。

在0，27兆帕时，BD100、BD80、BD50的气缸压力水平曲线居多在快速下降阶段重叠1，在缓慢下降阶段2、曲线减小，两者之间的差异逐渐增大，在波动阶段3（在2000-3000Hz范围内），BD100、BD80、BD50的曲线波动剧烈，全部三种燃料的曲线逐渐下降，0，41处的曲线MPaBMEP与0，27MPaBMEP相似，但差异不同在三种燃料中减少。

排放生物柴油和生物柴油混合物

废气温度和排放BD100、BD80和BD50在1500rpm时显示在数字图55，数字图55A显示三个的废气温度燃料，可以看出，排气温度为BD100、BD80、BD50在相同的发动机负载下逐渐减少，特点在四种不同的发动机负载中相似，随着生物柴油比，燃烧延迟，数字图55b，c显示否xBD100、BD80和BD50的排放和烟雾排放，如图所示在数字图55b，否x排放量随着BMEP的增加而增加。

同时，没有BMEP，没有x排放BD100、BD80和BD50逐渐降低，影响的关键因素热NO形成是高燃烧温度，高氧浓度，以及在高温环境中的停留时间，因此，增加BMEP会增加气缸中的温度并导致更高的NOx排放，跟生物柴油比率降低，预混燃烧减少和DME潜伏汽化热越高，最高温度越低在圆柱体中。

此外，添加二甲醚会延迟注射和燃烧并限制NOx编队，从中可以看出数字图55c，随着BMEP的增加，烟雾排放增加，特别是适用于BD100和BD80，但混合产品的烟雾排放变化不大燃料BD50，在相同的BMEP下，增加的DME比例降低烟雾排放，尤其是在高BMEP下，随着BMEP的增加，过量的空气系数降低，燃烧变差，这导致烟雾排放增加。

废气温度和排放100时的BD50和BD1000转速显示在数字图66，随着BMEP的增加，烟灰没有显着变化排放BD50，但排气温度和NOxBD50和BD100的排放量均增加，可以看出当BMEP从0，05增加到0，14MPa时，排气温度BD100略高于BD50。

随着BMEP从0，27到0，41MPa，BD100的排气温度非常出色高于BD50，在数字图66b和c，可以看出NO是xBD100的排放和烟尘排放显著高于BD50。

效果燃烧时的喷嘴参数BD50的行为

喷嘴参数至关重要对发动机喷射系统有相当大的影响喷射速率、喷雾质量、燃料/空气混合状态、燃烧行为和排放，喷嘴参数包括喷嘴数量和喷嘴直径，在这项研究中，喷嘴参数的影响研究燃料的燃烧行为和排放BD50，燃烧压力和放热速率有两类的喷嘴，从中可以看出最大燃烧压力和50×4，0mm喷嘴的最大放热率为BD35高于5×0，43毫米喷嘴在0，27和0，35MPaBMEP，并且相位最大价值是先进的。

在0，27MPaBMEP时，最大燃烧压力带4个×0，35和5个×0，43mm喷嘴5，71和5，18兆帕，最大放热速率为134，77和116，71J/°CA，其相分别为0，5°CABTDC和1，5°CA分别是ATDC，在0，35MPaBMEP时，最大燃烧压力两种类型的喷嘴是5，75和5，48MPa，最大热量释放速率分别为132，92和129，14J/°CA，它们的相为分别为1，5和2°CAATDC。

小直径喷嘴改善雾化并形成更好的燃料/空气混合物，从而燃烧更完整，具有更高的最大气缸压力和最大放热率，随着BMEP从0，27增加到0，35MPa，有这两种类型的喷嘴之间没有显着差异。