生物柴油排放性能研究

２００８年第３期（总第１０５期）　内燃机与动力装置Ｉ．Ｃ．Ｅ＆Ｐｏｗｅｒｐｌａｎｔ　２００８年６月　【排放与噪声】　生物柴油排放性能研究　姜斌　，袁晓东　，张红云　，王芳　，杜谋涛　（１．西安洪庆高科技研究所，陕西西安７１００２５；２．海军后勤技术装备研究所，北京１０００７２；　３．第二炮兵青州士官学校，山东青州２６２５００）　摘要：采用单缸、四冲程、水冷、直喷式柴油机对豆油乙二醇乙醚酯和菜籽油乙二醇甲醚酯　生物柴油进行了发动机台架试验，将生物柴油与０＃柴油混合，Ｂ０、Ｂ５０和Ｂ１００（生物柴油在混　合燃料中的体积百分含量），研究了在２３００ｒ／ｍｉｎ和２０００ｒ／ｍｉｎ工况下柴油发动机废气排放情　况，结果表明碳烟、ＣＯ、ＨＣ排放明显减少，ＮＯ　排放略有增加。　关键词：生物柴油；柴油机；废气排放　中图分类号：ＴＫ４２１．５文献标识码：Ａ文章编号：１６７３—６３９７（２００８）０３—００２２—０３　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｂｉｏｄｉｅｓｅｌ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｔｈｒｏｐｅｒｔ　Ｊ］ＡＮＧ　Ｂｉｎ　，ＹＵＡＮ　Ｘｉａｏ—ｄｏｎｇ２，ＺＨＡＮＧ　Ｈｏｎｇ—ｙ１ｌ　，ＷＡＮＧ　Ｆａｎｇ￣，ＤＵ　ＭｏｕｔａｏＩ　（１．Ｘｉ—ａｎ　Ｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｈｉｇｈ—ｔｅｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉ—ａｎ　７　１００２５；２．Ｎａｖａｌ　ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００７２；３．Ｔｈｅ　Ｓｅｃｏｎｄ　Ａｒｔｉｌｌｅｒｙ　Ｃｏｒｐｓ　Ｑｉｎｇｚｈｏｕ　Ａｃａｄｅｍｙ，Ｑｉｎｇｚｈｏｕ　２６２５００）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｇａｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｂｉｏｄｉｅｓｅｌ　ｏｆ　ｇｌｙｃｏｌ　Ｍｏｎｏｅｔｈｙｌ　Ｅｔｈｅｒ　Ｓｏｙａｔｅ　Ｂｉｏｄｉｅｓｅｌ　ａｎｄ　Ｇｌｙｃｏｌ　Ｍｏｎｏｅｔｈｙｌ　Ｅｔｈｅｒ　ｒｄ　ｏｉｌ　Ｂｉｏｄｉｅｓｅｌ，ｂｅｎｃｈ　ｔｅｓｔ　ｉｓ　ｄｏｎｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｉｎｇｌｅ　ｃｙｌｉｎｄｅｒ，４一ｓｔｒｏｋｅ，ｗａｔｅｒ　ｃｏｏｌｅｄ，ｄｉｒｅｃｔ　ｉｎｊｃｅｔｉｏｎ　ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ．Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｘｈａｕｓｔ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ａｓ　ｅ，ｃｉｒ￣ｉｓ　ａｔ　２３００ｒ／ｉｍｎ　ａｎｄ　２０００ｒ／ｍｉｎ　ｉｆ　ｉｔ　ｂｕｍｓ　Ｂ０．Ｂ５０　ａｎｄ　Ｂ１００　ｂｌｅｎｄ　ｆｕｅｌ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｂｌｅｎｄｅｄ　ｗｉｈｔ　０＃ｄｉｅｓｅｌ　ａｎｄ　ｂｉｏｄｉｅｓｅ１．，Ｉ１１ｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｒｅ　ｔｈａｔ　ｓｔｒｏｋｅ，ＣＯ　ｅｍｉｓｉｏｎ　ａｎｄ　ＨＣ　ｅｍｉｓｉｏｎ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔｌｙ，ｎａｄ　ｔｈｅｎ　ＮＯｌ　ｅｍｉｓｉｏｎｓ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：Ｂｉｏｄｉｅｓｅｌ；Ｄｉｅｓｅｌ　Ｅｎｇｉｎｅ；　Ｅｘｈａｕｓｔ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｌ试验装置和台架布置　发动机台架试验是在ＴＹｌｌ００型柴油机上进行，　柴油机的主要技术参数如表１所示。　表１柴油发动机主要技术参数　技术参数　指标　技术参数　指标　气缸直径／ｍｍ　１００　燃烧室　气缸行程／ｍｍ　１１５　压缩比　１８　连杆长／ｃｍ　１９０　柱塞直径／ｍｍ　８．５　活塞排量，Ｌ　Ｏ．９０３　标定功率／ｋＷ　ｌ１　台架布置如图１所示：发动机排气烟度采用　ＡＶＬＤｉｓｍｏｋｅ４０００不透光烟度计在线检测，碳烟排放　值以消光系数表示；使用佛山分析仪器厂的五气分　图１发动机测试装置示意图　１．发动机２．曲轴转角传感器３．压力传感器４．ＣＳ２０００数　析仪在线测量ＮＯ　、ＣＯ、ＨＣ有害气体浓度。本试验　据采集器５．油耗测量装置６．电涡流测力机７．转速表８．　采用型号为Ｄ一１５０的电涡流测功机测定发动机的　烟度分析９．ＰＳＩ五气分析仪１Ｏ．排气温度表　功率、扭矩。　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００８年第３期　姜斌，等生物柴油排放性能研究　２实验结果与分析　２．１碳烟排放　芳香烃的碳氢质量比（Ｃ／Ｈ）远大于烷烃，故生物柴　油的烟度排放比纯柴油低；第二，生物柴油是含氧燃　Ｏ　Ｏ８　７料（含氧量达１０％以上），氧原子在燃烧过程中起到　由图２可以看出，燃烧ＢＳ０后，烟度降低了５０％　一了助燃作用，特别是在燃料浓度高的区域，燃料含氧　减少了燃料的缺氧燃烧，使燃料能够比较完全地燃　７０％。燃烧Ｂ１００后，排放效果更加明显，烟度降　低了５０％　８０％。这主要有两方面的原因：第一，　烧，从而降低了烟度的排放。　生物柴油中不含芳香烃，饱和烷烃含量比较高，因为　、一　漂　＼＿【一籁曦　漂　１　１　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　２　Ｏ　８　６　４　２　Ｏ　０　平均有效压力／（ＭＰａ）　平均有效压力／（ＩＰａ）　（ａ）２３００　ｒ／ｒａｉｎ烟度捧放　（ｂ）２０００　ｒ／ｎｉｎ烟度捧放　图２烟度排放　２．２　ＣＯ排放　内气体温度增加，由于生物柴油是含氧燃料，含氧量　从图３可知，在低负荷下，燃用三种燃料ＣＯ排　比较高，氧化作用增强，提高了燃料燃烧的完全程　放浓度相对变化不是很大。但随着负荷的增大，燃　度，特别是在高负荷时有利，因此ＣＯ排放急剧减　烧Ｂ５０和Ｂ１００后ＣＯ排放浓度相对大幅度降低。　少。另外，生物柴油的十六烷值比柴油高，十六烷值　出现这种规律的原因是，平均有效压力较低时，由于　是柴油着火性质的量度，十六烷值高，其燃油的着火　负荷低所需功率也较低，因而发动机供油量要求较　燃烧性能好，有利于柴油机启动。研究结果表明，十　少，缸内气体温度低，此时发动机处于贫油状态下燃　六烷值提高，在冷启动、热启动和其它工况时ＣＯ排　烧，由于空气量过量，燃料能较为充分完全燃烧，因　放减少。燃烧Ｂ１００后，ＣＯ排放浓度降低了５５％一　此ＣＯ排放小；当平均有效压力较高时，高负荷要求　７５％；燃烧Ｂ５０后，ＣＯ排放浓度降低了４ｏ％　５５％。　燃料数量较多，此时发动机处于富燃状态下工作，缸　０．３０　０．２５　０．２０　掌　掌　、一　＼　０　０・１５　Ｕ　Ｕ　０．１０　０．０５　０．１　０．２　０．３　０．４　０．５　０．６　０．７　０・Ｏ０　平均有效压力／（ＭＰａ）　（ａ）２３００ｒ／ｍｉｎ　ＣＯ捧放　（ｂ）２０００ｒ／ｍｉｎ　ＣＯ捧放　图３　ＣＯ排放　２．３　ＨＣ排放　差别不大；大负荷工况下，燃烧Ｂ１００后，ＨＣ的排放　从图４可知，柴油机燃烧三种燃料后，ＨＣ排放　相对０＃柴油大幅度地降低，这主要因为生物柴油　呈波动变化规律。小负荷工况下，三种燃料的排放　含氧量较高，不含芳香烃，十六烷值较高，所以燃油　维普资讯 http://www.cqvip.com 内燃机与动力装置　２０Ｏ８年６月　着火性能好，滞燃期短，其未燃碳氢和裂解碳氢均　大幅度降低。燃烧Ｂ１００后ＨＣ排放下降了５０％　少。从图可知，无论燃烧ＢＳ０还是Ｂ１００，ＨＣ排放均　６３％，燃烧Ｂ５０后ＨＣ排放下降了３０％　４５％。　平均有效压力／（肝＆）　平均有效压力／（ⅥＰ＆）　（＆）２３０Ｏｒ／ｍｉｎ　ＨＣ捧放　（ｂ）２０００ｒ／．ｉｎ　ＨＣ捧放　图４　ＨＣ排放　２．４　ＮＯ　排放　ＮＯ　增加。虽然生物柴油十六烷值高，滞燃期短，有　从图５可以看出，三种燃料在低负荷时基本一　使ＮＯ　排放减少的趋势，但生物柴油是含氧燃料，　致，在高负荷时燃烧生物柴油ＮＯ　排放量略有增　氧原子在燃料燃烧过程中起到了助燃作用，在柴油　加。这是因为对于柴油机而言，小负荷下混合气中　机结构不改变的情况下，燃烧时的富氧又增加了　有较充足的氧，但燃烧室内温度较低，故ＮＯ　排放　ＮＯ　排放。所以燃烧豆油乙二醇乙醚酯生物柴油后　含量也较低；随着负荷增大，燃烧室内气体温度升　ＮＯ　排放量略有增加，但并不是很大。　高，提高了高温下Ｎ２氧化生成ＮＯ　的速率，所以　平均有效压力／（ＩＰａ）　平均有效压力／（１ｉＰ＆）　（＆）２３００ｒ／．ｉｎ　ＮＯ，捧放　（ｂ）２Ｏ００ｒ／ａｉｎ　Ｎ　捧放　图５　ＮＯ，排放　３结论　通过研究豆油乙二醇乙醚酯和菜籽油乙二醇甲　参考文献：　醚酯生物柴油按不同比例Ｂ０、ＢＳ０、Ｂ１００与０＃柴油　［１］Ｓ．Ｚｈｅｎｇ，Ｍ．Ｋａｔｅｓ，Ｍ．Ａ．ＤＬ】ｂｅ，Ｄ．Ｄ．Ｍｃｌｅａｎ．Ａｃｉｄ—ｃａｔｌａｙ￣　混合进行燃烧的情况，从结果中可以看出，在掺人了　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂｉｏｄｉｅｓｅｌ　ｆｒｏｍ　ｗａｓｔｅ　ｆｒｙｉｎｇ　ｏｉｌ．Ｂｉｏｍａｓｓ　ａｎｄ　生物柴油后，碳烟、ＣＯ、ＨＣ等有害气体的排放量明　Ｂｉｏｅｎｅｒｇｙ　３０（２００６）４６１—４６８．　显降低，在未来生活中生物柴油取代矿物柴油成为　［２］Ｃ．Ｃ，ａｔｒａｒｅｔｔｏ，Ａ．Ｍａｃｔｏｒ，Ａ．Ｍｉｒａｎｄｏｌａ，Ａ．Ｓｔｏｐｐａｔｏ，Ｓ．Ｔｏｎｏｎ．　主要燃料后，有害气体的排放将会大量减少，对于保　Ｂｉｏｄｉｅｓｅｌ　ａｓ　ａｌｔｅｍａｌｉｖｅ　ｆｕｅｌ：Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｅｎｅｒｇｅｔｉｃ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｓ．Ｅｎｅｒｇｙ　２９（２ｏｏ４）２１９５—２２１１．　护环境具有重要的意义。　（下转第３７页）　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８年第３期　张瓒，等杯型挺杆的外圆磨削对母线平行度的影响　・３７・　我们在试验时发现，导轮的工作转速提高一些，　杯型挺杆外圆平行度也略有改善。这说明，随着导　轮在垂直面内的倾斜角ａ减小，相应地，导轮的工　作转速也应调高一些，有利于平行度的改善。　的中心高应选略大值，导轮在垂直面内的倾斜角，和　导轮修整器在水平面内的回转角应选较小角度，同　时导轮的工作转速应比调整前略快时，杯型挺杆外　圆能够取得的较好的平行度和圆度结果。具体的情　况应根据不同磨床设备具体调整，而且要多次调整　３结论　才能取得较好结果。　杆外圆时兰　篓。　明　篓参考文献：　影响平行度的各种因素中，主要是工件的　～…”　打Ｍ　，中心高。其次，导轮在垂直面内的倾斜角、导轮修整　器在水平面内的回转角，也有影响作用。因此，工件　［１］薄宵主编．磨工实用技术手册．江苏科学技术出版社，　（上接第２４页）　ｌ　３　Ｊ　Ｌａｕｒｅａｎｏ．Ｃａｎｏｉｒａ，Ｒａｍｏｎ．Ａｌｃａｎｔａｒａ，Ｍ．Ｊｅｓｕｓ，Ｇａｒｃｉａ．　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ａｎｄ　ｂｌｏ—ｄｅｒｉｖｅｄ　ｆｕｅｌｓ　ｐｒａｙｓ　ｆｒｏｍ　ａ　ｃｏｍｍｏｎ　ｒａｉｌ　Ｍａｒｔｉｎｅｚ．Ｂｉｏｄｉｅｓｅｌ　ｆｒｏｍ　Ｊｏｊｏｂａ　ｏｉｌ—ｗａｘｉ　Ｔｍｎｓｅ￣ｔｅｒｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｍｅｎｔｈａｎｏｌ　ａｎｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ａｓ　ａ　ｆｕｅ１．Ｂｉｏｍａｓｓ　ａｎｄ　Ｂｉｏｅｎｅｒｇｙ　３０　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｌＲＪ．ＳＡＥ　２０００—０１—１２５２，２０００．　［８］吕兴才，黄震，等．柴油机燃用柴油醇的性能与排放特性　的研究．内燃机学报，２Ｏ０３，２１（４）：１９３～１９８．　（２００６）７６—８１．　［４］周龙保等．内燃机学．机械工业出版社，１９９８，（１０）．　［５］汪礼权．国外车用柴油机新产品开发概况．柴油机，２００３，　（２）：６～９．　［９］吕兴才，等．燃料设计改善发动机燃烧和排放的研究（２）　一对柴油机燃烧与排放影响的分析，内燃机学报，２Ｏ０４，２２　（３）：２１０～２１５．　［６］吴中兴．柴油引擎使用生物柴油混合燃料之粒状污染物　排放研究．２１世纪可持续发展之环境保护（上卷］，２００５．　１７　Ｊ　Ｇｒｉｍａｌｄｉ　Ｃ，Ｐｏｓｔｒｉｏｆｉ　Ｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　［１Ｏ］张红云．豆油乙二醇乙醚酯生物柴油研究．　［１１］蒋大勇．菜籽油乙二醇甲醚酯生物柴油合成与性能研　究．