柴油機生物柴油和潤滑油對廢氣和顆粒物排放的影響

柴油機生物柴油和潤滑油對廢氣和顆粒物排放的影響

汽車是引發全球變暖的一個主要原因，使用電動汽車可以解決因使用汽車帶來的影響。預計2050年全球汽車保有量將達到25億輛，如果將這些汽車全部轉變為電動汽車則十分困難，因此使用碳排放較低的生物柴油，再結合相關后處理系統則可以緩解該問題。柴油機因其具有較高的熱效率和可用燃料的多樣性而成為降低排放、改善燃油經濟性最具潛力的發動機。對此，通過試驗將混合不同比例生物柴油混合燃料的排放與傳統柴油的排放進行了研究對比。同時，分析不同種類潤滑油及其溫度變化以及后處理系統對發動機排放的影響。

試驗使用一臺排量為3.0L的直列4缸、渦輪增壓直噴柴油機，其上還裝配了高壓共軌噴油系統、廢氣再循環系統、水冷卻器。采用的后處理系統包括柴油氧化催化劑和壁流式柴油顆粒過濾器。在制備測試燃料時，傳統柴油使用日本工業標準（JIS）規定的JIS#3柴油，生物柴油采用從廢食用油中提取的脂肪酸甲酯。對質量分數分別為20%和50%生物柴油與傳統柴油混合得到的混合燃料進行測試，同時也對純傳統柴油和純生物柴油燃料進行測試。測試使用的潤滑油為粘稠度為10W-30、市場上在售的礦物潤滑油和合成潤滑油這兩種。試驗時，冷卻液溫度為80℃，發動機在扭矩200Nm、轉速1800r/min、平均有效壓力0.84MPa的條件下運行。在測試潤滑油溫度對發動機排放的影響時，潤滑油溫度的變化范圍為85～115℃，發動機負荷平均有效壓力設定為0.21～0.84MPa。試驗結果表明：①使用混合燃料后，CO、HC和煙霧最大降低了20.8%、74.7%和74%，但由于生物柴油中氧含量增多，使得燃油消耗、CO2和NOx分別增加了5.5%、5.8%和36.5%；②使用混合燃料和后處理系統，可使排放中顆粒物含量約降低了99.95%，得到的排放氣幾乎與大氣相同；③潤滑油溫度增加20～25℃，可以改善燃油消耗，在高負荷時約降低3%，在低負荷時約降低8%；④潤滑油種類對柴油機排放和燃油消耗的影響很微小。

Kazutoshi Mori et al.SAE 2015-01-1932.

編譯：李臣