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生物柴油和发动机负荷对直喷柴油机部分排放特性的影响

此前Shirneshan1,名Almassi2,强烈阵雨Ghobadian3.Ali Mohammad Borghei1和Gholamhassan Hassan Najafi3.

1伊朗德黑兰伊斯兰阿扎德大学农业机械工程系,科学与研究分支。

2伊朗德黑兰伊斯兰阿扎德大学科学和研究部农业机械化系。

3.伊朗德黑兰,Tarbiat Modares大学农业机械学系。

DOI:http://dx.doi.org/10.12944/CWE.7.2.03

本研究在一台四缸直喷式柴油机上进行了以生物柴油为替代燃料及其混合燃料的试验,研究了发动机转速为1800 rev/min时,四种发动机负载(25%、40%、65%和80%)下的排放特性。以废炸油为原料制备的四种柴油/生物柴油(B20、B40、B60和B80)为燃料,对其进行了试验,并对试验结果进行了分析。生物柴油的使用降低了碳氢化合物(HC)和一氧化碳的排放,增加了一氧化碳的排放2也没有x.研究表明,柴油/生物柴油混合燃料的尾气排放低于柴油燃料。

排放;生物柴油;浪费油磨损;柴油

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王志强,王志强,王志强,等。生物柴油和发动机负荷对直喷柴油机部分排放特性的影响。Curr World Environ 2012;7(2):207-212 DOI:http://dx.doi.org/10.12944/CWE.7.2.03

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王志强,王志强,王志强,等。生物柴油和发动机负荷对直喷柴油机部分排放特性的影响。环境科学学报2012;7(2):207-212。可以从://www.a-i-l-s-a.com/?p=275


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收到: 2012-07-12
接受: 2012-09-17

介绍

近年来,由于某些经济的快速发展,特别是在亚洲和中东,对能源的需求增长非常快。酒精和生物柴油等生物燃料已经被提议作为柴油发动机的替代品。1,2,3特别是使用化石燃料所排放的废气所带来的环境问题,也鼓励了生物柴油的使用。事实证明,生物柴油比化石燃料更环保。特别是生物柴油作为柴油燃料的替代品受到了广泛的关注,因为它具有可生物降解、无毒、可显著减少CO的有毒排放和整个生命周期的排放等特点2当发动机作为燃料燃烧时。4,5

生物柴油被称为碳中性燃料,因为废气中的碳最初是从大气中固定下来的。6这种供应不足将对许多依赖石油进口的非石油生产国产生严重影响。此外,化石燃料的广泛使用增加了温室气体的产生,特别是二氧化碳(CO2),从而加剧温室效应。减少化石燃料依赖和一氧化碳释放的潜力2到大气中。

从废弃食用油中提取生物柴油是一种更经济的燃料来源。Kulkarni和达赖7结果表明,废煎炸油制备的生物柴油的发动机性能优于柴油,除NO含量增加外,生物柴油的排放均低于柴油x

Lapuerta et al .,8测试了两种不同的生物柴油燃料,这两种燃料是从废弃食用油中提取的,以前在柴油微粒排放方面的用途不同。他们发现,这两种生物柴油的排放没有显著差异。

通过详尽的发动机试验,可以得出结论,生物柴油可以作为现有常规柴油机的替代燃料,而不需要对发动机的机械系统进行重大改造。传统柴油发动机中生物柴油排放的未燃烧HC、CO、硫酸盐、多环芳烃、硝化多环芳烃和PM要比传统柴油排放的少得多。9、10不同来源生物柴油混合燃料的氮氧化物排放量略低于传统柴油,而生物柴油比例较高的混合燃料的氮氧化物排放量差异较大。11其他研究人员观察到,所有不同来源的植物油混合物都有同样的行为。12、13、14多项研究表明,从废弃食用油中提取的生物柴油可用于不同类型的柴油发动机,且不会造成效率损失15以及PM排放的显著减少,16,17,18,19,20Co排放17日,20和总碳氢化合物(THC)排放量19日21与传统的化石柴油燃料的排放相比。以废弃食用油来源的生物柴油为燃料时,用于发电的发动机的性能和烟雾结果表明,B100的烟雾减少约60%,B20的烟雾减少约25%。12剑鱼et al .,22在一台额定功率为34 kW的四冲程、三缸、2.5 L直喷发动机上使用废弃橄榄油进行了八模试验。他们实现了58.9%的CO减少,8.6%的CO减少2二氧化硫排放量减少57.7%。另一方面,在B100和B20混合物中,氮氧化物排放和燃料消耗率分别增加了32和8.5%。Murillo等人(2007)23在一艘四冲程柴油机外航发动机上进行了常规柴油、常规柴油与一定量的废食用油生物柴油(10,30和50%)混合,以及纯生物柴油的试验,证明生物柴油混合是传统柴油的环保替代品。他们发现,与传统柴油相比,B10和B30的功率降低了约5%,B50和B100的功率降低了8%。

通过孟等人的实验,对从废弃食用油中提取的生物柴油进行了测试。24在未改装的柴油机上,结果表明,在所有条件下,动力性能保持正常。此外,B20和B50混合燃料产生了令人不满意的排放,而B20混合燃料显著降低了PM、HC和CO的排放。在另一项研究中,餐馆的废弃食用油通过酯交换反应生产干净的生物柴油,然后将转化后的生物柴油用于制备生物柴油/柴油混合物。该研究的作者得出结论,B20和B50是最佳的混合燃料,在排放方面。25

在这个研究中,废煎炸油甲酯的性能与柴油混合燃料(B20)的比率为20%,40% (3),60% (B60)和80% (B80)调查和比较与常规柴油在柴油机的排放四个引擎加载在一个引擎1800转速/分钟的速度。

材料和方法

实验是在一台四缸四冲程增压直喷柴油机上进行的。发动机规格如表1所示。

测试发动机与液压测功机相连接,提供110kw的最大发动机功率,±0.1 KW的不确定性,以控制发动机转速和负载。当测试不同的燃料时,测试发动机在不同的扭矩下运行。测力仪上的载荷是用应变负载传感器测量的,在实验前用标准砝码校准。感应式速度传感器用于测量发动机的速度,并通过光学转速计进行校准。采用AVL DICOM4000气体分析仪测量CO, CO2,氮氧化物和HC排放。

在实验中,柴油燃料没有。对2和4种柴油/生物柴油混合燃料进行了测试。将废煎炸油甲酯与柴油按体积比例分别按0%、20%、40%、60%和80%混合。混合物是在实验前准备的。在测试中,废弃的煎炸油由莫达雷斯大学生物柴油研究所提供。废炸油甲酯的规格见表2。

所有燃料均在1800转/分和4台发动机部分负载(25%、40%、65%和80%)下进行测试。一般的测试程序可以总结如下。发动机是用柴油发动的。在完成标准的预热时间后,发动机转速提高到3000转/分。测试和数据收集是在四种不同的发动机负载下进行的。发动机继续运转,以便在关闭前将燃油管道、喷射泵和喷油器中的柴油/生物柴油混合物冲洗出一段时间。

分析和结果

实验分别在额定扭矩转速为1800转/分、25%、40%、65%和80%的发动机负载下进行。

在每个发动机负载下,对柴油和各种混合燃料进行了试验。本文研究了发动机负荷和生物柴油对HC、CO、CO排放的影响2也没有x被调查。

如图1所示,对于Diesel来说,HC的排放随着发动机负荷的增加而降低,这是因为发动机负荷越大,燃烧温度越高。对于生物柴油混合燃料,HC排放低于柴油,且随燃料中生物柴油含量的增加而降低。而对于生物柴油混合燃料,HC排放并没有随着发动机负荷的增加而直接降低,而是在发动机负荷为40%时达到峰值。如Lapuerta et al.(2008)[8]所述,生物柴油混合柴油降低HC排放的原因有几个。然而,生物柴油挥发性较低,导致发动机低负荷时HC排放差异较大。柴油、B20、B40、B60、B80的最大HC浓度分别为35ppm、29ppm、27ppm、26ppm和25ppm,表明随着生物柴油的添加,最大HC排放降低。

CO的排放特征如图2所示。每种燃料的Co排放随发动机负荷的增加而降低。25%发动机负荷时,柴油、B20、B40、B60、B80的峰值浓度分别为0.04%、0.037%、0.036%、0.035%和0.035%。发动机负荷越高,燃烧温度越高,总体呈下降趋势。随着生物柴油的加入,CO的排放也降低了。可能是燃料中所含的氧增强了汽缸内的完全燃烧,减少了CO的排放。26日,27日图3比较了CO2柴油机中使用的各种燃料的排放。的有限公司2如预期的那样,排放随着负荷的增加而增加。低比例的生物柴油混合燃料排放的CO含量非常低2与柴油相比。B20的二氧化碳排放量非常低。使用高浓度的生物柴油作为燃料,CO2发现排放量增加了。但其排放水平低于柴油模式。B80释放出更多的CO2,与生物柴油混合燃料相比。更多的CO2废气排放是燃料完全燃烧的标志。这支持较高的废气温度值。

图4显示了NO的变化x随发动机负荷排放。无x浓度随发动机负荷的增加而增加。与柴油相比,NOx生物柴油混合燃料的排放在所有试验负荷下略有增加,在较高负荷下增加更为明显。从柴油到B80, NOx排放增加。80%发动机负荷时,柴油、B20、B40、B60、B80的峰值浓度分别为670ppm、640ppm、640ppm、620ppm和600ppm。
表1:测试引擎的规格 表1:测试引擎的规格
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表2:柴油和生物柴油燃料的规格 表2:柴油和生物柴油燃料的规格
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图1:生物柴油和发动机负荷对碳氢化合物排放的影响 图1:生物柴油和
发动机负荷对碳氢化合物排放的影响

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图2:生物柴油和发动机负荷对CO排放的影响 图2:生物柴油和
发动机负荷对CO排放的影响

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图3:生物柴油和发动机负荷对CO2排放的影响 图3:生物柴油和
发动机的二氧化碳排放负荷

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图4:生物柴油和发动机负荷对NOx排放的影响 图4:生物柴油和
发动机负荷对氮氧化物排放的影响

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结论

在柴油机上进行了使用柴油、柴油-生物柴油混合燃料的试验。本研究中使用的生物柴油是由废弃的煎炸油制成的。试验中使用了生物柴油含量分别为20%、40%、60%和80%的混合燃料。研究了发动机负荷和燃料混合对排放的影响。使用柴油与生物柴油混合,相比柴油的排放量;总体而言,发动机低负荷时HC和CO排放较高,高负荷时HC和CO排放较低x随发动机负荷增加而增加。也有限公司2如预期的那样,排放随着负荷的增加而增加。低比例的生物柴油混合燃料排放的CO含量非常低2与柴油相比。在混合燃料中添加生物柴油后,由于燃料富氧改善了燃烧,HC和CO排放降低。但是,没有x由于燃烧温度升高和可燃混合物中氧气含量增加,排放增加。

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