生物柴油分子結(jié)構(gòu)對(duì)燃油噴射特性及發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響研究.pdf

1、人類社會(huì)日益增長(zhǎng)的石化燃料需求造成了世界范圍內(nèi)的能源短缺、環(huán)境污染問題，為了解決這一日益加劇的矛盾，積極開發(fā)和利用綠色、清潔、高效的可再生能源，持續(xù)降低內(nèi)燃機(jī)排放成為當(dāng)前能源與環(huán)境領(lǐng)域的一個(gè)重要的課題，生物柴油在柴油機(jī)上的應(yīng)用研究日趨重要。由于生物柴油中脂肪酸甲酯的分子結(jié)構(gòu)，如碳鏈長(zhǎng)度、雙鍵數(shù)目、飽和程度等對(duì)燃料的十六烷值、粘度、低溫流動(dòng)性和氧化安定性等性能起著決定作用，進(jìn)而影響柴油機(jī)的噴射霧化、燃燒和排放特性，因此本文從生物柴油微觀分

2、子結(jié)構(gòu)方面入手，開展了柴油機(jī)燃用生物柴油的噴射過程、燃燒和性能研究。
　　首先針對(duì)電控高壓共軌系統(tǒng)，利用AVL-HYDSIM軟件搭建了噴射過程模型，研究了石化柴油、月桂酸甲酯（C12:0）、硬脂酸甲酯（C18:0）、油酸甲酯（C18:1M）和油酸乙酯（C18:1E）等不同分子結(jié)構(gòu)的脂肪酸甲酯的噴射過程，主要包括碳鏈長(zhǎng)度、雙鍵個(gè)數(shù)和飽和程度等對(duì)噴射過程的影響。研究結(jié)果表明，利用模型計(jì)算的值與試驗(yàn)值相吻合。石化柴油、月桂酸甲酯和硬脂酸

3、甲酯三種燃料的噴油速率曲線形狀相似，噴油始點(diǎn)差別不大，三種燃料的噴油終點(diǎn)依次延后；最大噴油速率依次增大；循環(huán)噴油量依次增加；循環(huán)噴射能量先減小再增加。短碳鏈的月桂酸甲酯的循環(huán)噴油量和循環(huán)噴射能量均低于長(zhǎng)碳鏈的硬脂酸甲酯。硬脂酸甲酯、油酸甲酯和油酸乙酯三種燃料的最大噴油速率曲線波動(dòng)形狀也相似，噴油始點(diǎn)和噴油終點(diǎn)依次提前；噴油終點(diǎn)差別更明顯；最大噴油速率、循環(huán)噴油量均先降低再增加；循環(huán)噴射能量依次降低。
　　在燃油噴射過程的研究基礎(chǔ)上

4、，進(jìn)一步利用AVL-BOOST軟件建立了直列六缸增壓中冷柴油機(jī)的整機(jī)計(jì)算模型，分別對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃用月桂油酸甲酯、硬脂酸甲酯、油酸甲酯和油酸乙酯燃料進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，當(dāng)碳鏈長(zhǎng)度由12增加為18時(shí)，硬脂酸甲酯的缸內(nèi)壓力曲線、溫度曲線相位均比月桂酸甲酯提前，壓力峰值升高，石化柴油的缸內(nèi)壓力曲線相位最后，壓力峰值最高。月桂酸甲酯和硬脂酸甲酯的壓力升高率曲線最大幅值相近，均明顯小于石化柴油的最大幅值，燃燒柔和。石化柴油、月桂酸甲酯和硬脂酸甲酯

5、的最高缸內(nèi)溫度依次升高，隨著曲軸轉(zhuǎn)角的變化，差別變得明顯。與月桂酸甲酯相比，碳鏈長(zhǎng)度增加，硬脂酸甲酯的燃燒持續(xù)期變長(zhǎng)，燃燒靠后，后燃增加，排氣溫度增加，排氣壓力降低，有效燃油消耗率增加，NOx排放降低。月桂酸甲酯的NOx排放均高于石化柴油，而硬酯酸甲酯的NOx排放略低于石化柴油。與包含一個(gè)雙鍵的油酸甲酯相比，分子結(jié)構(gòu)中不包含雙鍵的硬脂酸甲酯的缸內(nèi)壓力曲線相位略早，兩者的峰值相近，油酸乙酯的相位略早，缸內(nèi)壓力峰值較低。硬酯酸甲酯、油酸甲酯

6、和油酸乙酯的壓力升高率最大幅值相近，燃燒粗暴程度相似；三者的缸內(nèi)溫度曲線相位依次延后，最高缸內(nèi)溫度依次降低，隨著曲軸轉(zhuǎn)角的變化，差別變得明顯。硬脂酸甲酯、油酸甲酯和油酸乙酯的燃燒持續(xù)期依次縮短，后燃減少，排氣溫度降低，排氣壓力均依次增加，有效燃油消耗降低。對(duì)于三種燃料而言，油酸甲酯的NOx排放最高，其次為硬酯酸甲酯，油酸乙酯的NOx排放最低。
　　進(jìn)一步將脂肪酸甲酯碳鏈長(zhǎng)度較長(zhǎng)、不飽和程度高的菜籽油生物柴油RME，碳鏈長(zhǎng)度較短、不

7、飽和程度較低的棕櫚油生物柴油PME和碳鏈長(zhǎng)度居中、不飽和程度較高的大豆油生物柴油SME分別與石化柴油混合，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)性能研究，考察混合比例、發(fā)動(dòng)機(jī)工況、生物柴油種類等對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)燃燒特性、有效燃油消耗率、排氣溫度和NOx排放特性的影響規(guī)律，并與燃用石化柴油的發(fā)動(dòng)機(jī)性能進(jìn)行了對(duì)比。研究結(jié)果表明，隨著混合燃料中菜籽油比例的增加，缸內(nèi)壓力峰值依次降低，峰值相位依次提前；最高缸內(nèi)溫度略降低，壓力升高率最大幅值逐漸變小，燃燒變?nèi)岷停欢行加拖?/p>

8、率、排氣溫度和NOx排放均依次增加。石化柴油中分別摻混大豆油和棕櫚油，摻混比例對(duì)缸內(nèi)燃燒、油耗率、排溫和NOx排放等性能的影響與摻混菜籽油的影響規(guī)律相似，但影響的程度不同。缸內(nèi)壓力峰值和壓力升高率最大幅值由高到低依次為石化柴油、RME40、SME40和PME40；而最高缸內(nèi)溫度由高到低卻依次為石化柴油、PME40、RME40和SME40。無(wú)論在石化柴油中摻混菜籽油、大豆油還是棕櫚油，摻混后有效燃油消耗率、排氣溫度均增加，而且摻混大豆油時(shí)