脂肪酸甲酯生物柴油對直噴式柴油發(fā)動機排放性能影響研究

林 錚 （福建信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程系，福建 福州350003）

在汽車排放中，柴油發(fā)動機排放物主要來源于氮氧化物 （NOx）和顆粒物 （PM）。原料為植物油的生物柴油最明顯的缺點是發(fā)動機的熱效率較低、燃油經(jīng)濟性差和發(fā)動機的CO、HC和PM排放高［1］。要解決上述問題，可以采用酯基轉(zhuǎn)移法將植物油的原料轉(zhuǎn)化為以單酯為主要成分的脂肪酸甲酯（FAME）生物柴油 （以下簡稱混合生物柴油），其具有低黏度的特點［2］。下面，筆者分別使用普通柴油和混合生物柴油作為燃料推動3.0LV6直噴式柴油發(fā)動機，研究不同試驗條件下發(fā)動機燃燒特性和廢氣排放情況，由此了解混合生物柴油對直噴式柴油發(fā)動機排放性能的影響。

1 試驗方法

研究使用普通柴油和混合生物柴油 （見表1）在不同試驗條件下的燃燒特性和廢氣排放。試驗在3.0LV6柴油發(fā)動機 （見表2）上進行。發(fā)動機管理系統(tǒng) （EMS）是由制造商Bosch提供的EDC17壓電驅(qū)動燃料噴射系統(tǒng)，電渦流測功機采用Schenck公司的W230，排出氣體流過采樣線到煙度計AVL 415，通過氣體分析儀 （Horiba Mexa 7100EGR）測量并進行記錄。

表1 燃料特性表

表2 發(fā)動機規(guī)格

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 燃油消耗率

在汽車發(fā)動機中，燃油消耗率是非常重要的參數(shù)，其用來表示每單位功率時間燃油消耗［3］。普通柴油、混合生物柴油的燃油消耗率比較圖如圖1所示。從圖1可以看出，混合生物柴油燃油消耗率稍高于普通柴油，這是由于混合生物柴油具有較高的燃料密度和黏度，其流動和霧化過程困難，產(chǎn)生熱值較低所致［4］。

2.2 廢氣排放情況

1）NOx的排放 使用普通柴油、混合生物柴油的NOx排放量比較圖如圖2所示。從圖2可以看出，在不同試驗條件下，與普通柴油相比，使用混合生物柴油的NOx排放量略高于普通柴油，這是由于混合生物柴油氧含量高，導(dǎo)致較高的燃燒溫度和較高的峰值壓力，從而促進NOx的形成［4］。

圖1 普通柴油、混合生物柴油的燃油消耗率比較圖

圖2 使用普通柴油、混合生物柴油的NOx排放量比較圖

2）CO的排放 使用普通柴油、混合生物柴油的CO排放量比較圖如圖3所示。從圖5可以看出，在不同試驗條件下，與普通柴油相比，使用混合生物柴油的CO排放量略低。這是由于混合生物柴油氧含量高，燃燒充分，CO大量轉(zhuǎn)化為CO2。

3）HC的排放 HC的排放是發(fā)動機中燃油不完全燃燒的結(jié)果。使用普通柴油、混合生物柴油的HC排放量比較圖如圖4所示。從圖4可以看出，在不同試驗條件下，使用混合生物柴油的HC排放量較少。這是由于混合生物柴油的氧含量和十六烷值較高 （有助于縮短點火延遲的時間）［5］，這有利于燃料充分氧化，從而降低了HC排放量。

圖3 使用普通柴油、混合生物柴油的CO排放量比較圖

圖4 使用普通柴油、混合生物柴油的HC排放量比較圖

4）PM的排放 柴油發(fā)動機排放的顆粒物中含有煙塵、揮發(fā)性有機物和硫酸鹽。圖5中所示的顆粒物PM的變化為相對于在不同的發(fā)動機試驗條件下使用普通柴油、混合生物柴油煙度 （顆粒物）的排放量。與普通柴油相比，混合生物柴油的PM排放量較少。這是由于生物柴油中的氧含量較高，有利于揮發(fā)性有機物等顆粒物的氧化過程。同時，混合生物柴油含硫量低，因而PM中硫酸鹽的數(shù)量大為減少。

圖5 使用普通柴油、混合生物柴油的PM排放量比較圖

3 結(jié) 論

（1）直噴式柴油發(fā)動機中混合生物柴油的燃燒特性較好，其具有較高的燃油消耗率。

（2）直噴式柴油發(fā)動機使用混合生物柴油后具有較低的CO、HC和PM排放量和較高的NOx排放量。

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