脂肪酸甲酯生物柴油對直噴式柴油發動機排放性能影響研究

林 錚 （福建信息職業技術學院建筑工程系，福建 福州350003）

在汽車排放中，柴油發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動機的熱效率較低、燃油經濟性差和發動機的CO、HC和PM排放高［1］。要解決上述問題，可以采用酯基轉移法將植物油的原料轉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直噴式柴油發動機，研究不同試驗條件下發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柴油發動機 （見表2）上進行。發動機管理系統 （EMS）是由制造商Bosch提供的EDC17壓電驅動燃料噴射系統，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 發動機規格

2 試驗結果與討論

2.1 燃油消耗率

在汽車發動機中，燃油消耗率是非常重要的參數，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大量轉化為CO2。

3）HC的排放 HC的排放是發動機中燃油不完全燃燒的結果。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 柴油發動機排放的顆粒物中含有煙塵、揮發性有機物和硫酸鹽。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 論

（1）直噴式柴油發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。

［1］呂涯，李駿，歐陽福生 .生物柴油調合對其低溫流動性的改善 ［J］.燃料化學學報，2011，39（3）：189－193.

［2］范晨陽，徐斌，劉亞哲，等 .柴油機燃用生物柴油的經濟性和排放特性 ［J］.農機化研究，2013（2）：210－213

［3］葛蘊珊，陸小明，高力平，等 .廢食用油生物柴油的制備及其摻燒時的動力與排放特性 ［J］.環境科學，2005，26（3）：12－15.

［4］梅德清 .生物柴油燃燒過程NOx生成機理分析 ［D］.鎮江：江蘇大學，2013.

［5］譚吉華，石曉燕，張潔，等 .生物柴油對柴油機排放細顆粒物及其中多環芳烴的影響 ［J］.環境科學，2009，30（10）：2839－2843.