脂肪酸甲酯生物柴油对直喷式柴油发动机排放性能影响研究

林 铮 （福建信息职业技术学院建筑工程系，福建 福州350003）

在汽车排放中，柴油发动机排放物主要来源于氮氧化物 （NOx）和颗粒物 （PM）。原料为植物油的生物柴油最明显的缺点是发动机的热效率较低、燃油经济性差和发动机的CO、HC和PM排放高［1］。要解决上述问题，可以采用酯基转移法将植物油的原料转化为以单酯为主要成分的脂肪酸甲酯（FAME）生物柴油 （以下简称混合生物柴油），其具有低黏度的特点［2］。下面，笔者分别使用普通柴油和混合生物柴油作为燃料推动3.0LV6直喷式柴油发动机，研究不同试验条件下发动机燃烧特性和废气排放情况，由此了解混合生物柴油对直喷式柴油发动机排放性能的影响。

1 试验方法

研究使用普通柴油和混合生物柴油 （见表1）在不同试验条件下的燃烧特性和废气排放。试验在3.0LV6柴油发动机 （见表2）上进行。发动机管理系统 （EMS）是由制造商Bosch提供的EDC17压电驱动燃料喷射系统，电涡流测功机采用Schenck公司的W230，排出气体流过采样线到烟度计AVL 415，通过气体分析仪 （Horiba Mexa 7100EGR）测量并进行记录。

表1 燃料特性表

表2 发动机规格

2 试验结果与讨论

2.1 燃油消耗率

在汽车发动机中，燃油消耗率是非常重要的参数，其用来表示每单位功率时间燃油消耗［3］。普通柴油、混合生物柴油的燃油消耗率比较图如图1所示。从图1可以看出，混合生物柴油燃油消耗率稍高于普通柴油，这是由于混合生物柴油具有较高的燃料密度和黏度，其流动和雾化过程困难，产生热值较低所致［4］。

2.2 废气排放情况

1）NOx的排放 使用普通柴油、混合生物柴油的NOx排放量比较图如图2所示。从图2可以看出，在不同试验条件下，与普通柴油相比，使用混合生物柴油的NOx排放量略高于普通柴油，这是由于混合生物柴油氧含量高，导致较高的燃烧温度和较高的峰值压力，从而促进NOx的形成［4］。

图1 普通柴油、混合生物柴油的燃油消耗率比较图

图2 使用普通柴油、混合生物柴油的NOx排放量比较图

2）CO的排放 使用普通柴油、混合生物柴油的CO排放量比较图如图3所示。从图5可以看出，在不同试验条件下，与普通柴油相比，使用混合生物柴油的CO排放量略低。这是由于混合生物柴油氧含量高，燃烧充分，CO大量转化为CO2。

3）HC的排放 HC的排放是发动机中燃油不完全燃烧的结果。使用普通柴油、混合生物柴油的HC排放量比较图如图4所示。从图4可以看出，在不同试验条件下，使用混合生物柴油的HC排放量较少。这是由于混合生物柴油的氧含量和十六烷值较高 （有助于缩短点火延迟的时间）［5］，这有利于燃料充分氧化，从而降低了HC排放量。

图3 使用普通柴油、混合生物柴油的CO排放量比较图

图4 使用普通柴油、混合生物柴油的HC排放量比较图

4）PM的排放 柴油发动机排放的颗粒物中含有烟尘、挥发性有机物和硫酸盐。图5中所示的颗粒物PM的变化为相对于在不同的发动机试验条件下使用普通柴油、混合生物柴油烟度 （颗粒物）的排放量。与普通柴油相比，混合生物柴油的PM排放量较少。这是由于生物柴油中的氧含量较高，有利于挥发性有机物等颗粒物的氧化过程。同时，混合生物柴油含硫量低，因而PM中硫酸盐的数量大为减少。

图5 使用普通柴油、混合生物柴油的PM排放量比较图

3 结 论

（1）直喷式柴油发动机中混合生物柴油的燃烧特性较好，其具有较高的燃油消耗率。

（2）直喷式柴油发动机使用混合生物柴油后具有较低的CO、HC和PM排放量和较高的NOx排放量。

［1］吕涯，李骏，欧阳福生 .生物柴油调合对其低温流动性的改善 ［J］.燃料化学学报，2011，39（3）：189－193.

［2］范晨阳，徐斌，刘亚哲，等 .柴油机燃用生物柴油的经济性和排放特性 ［J］.农机化研究，2013（2）：210－213

［3］葛蕴珊，陆小明，高力平，等 .废食用油生物柴油的制备及其掺烧时的动力与排放特性 ［J］.环境科学，2005，26（3）：12－15.

［4］梅德清 .生物柴油燃烧过程NOx生成机理分析 ［D］.镇江：江苏大学，2013.

［5］谭吉华，石晓燕，张洁，等 .生物柴油对柴油机排放细颗粒物及其中多环芳烃的影响 ［J］.环境科学，2009，30（10）：2839－2843.