进油温度对生物柴油燃烧与排放影响的研究

摘要

生物柴油作为一种可直接代替柴油的绿色可再生能源,受到了越来越多的关注。由于燃用生物柴油会导致NOX排放升高,因此国内外专家对降低生物柴油NOX排放做了很多尝试和研究。本文以国内外对生物柴油的研究为基础,通过改变进油温度的方式,对生物柴油的热力学性质和柴油机性能的影响进行研究。利用简化数学模型分析了温度和压力对生物柴油的热力学性质的影响及燃油温度对柴油机喷射系统的影响。选取四种进油温度,搭建带有燃油恒温装置的发动机试验台,系统地开展了不同进油温度的生物柴油燃烧与排放的试验研究。得到了柴油机燃用不同进油温度的生物柴油时发动机燃烧与排放的规律。根据研究结果预测不同进油温度的燃油对目前主流的柴油机电控喷射系统的影响。本文的研究工作为开发节能、环保的新型能源提供理论基础和试验依据。
　　研究表明:(1)随着燃油温度的升高,燃油的声速、密度、弹性模量均下降,而可压缩性升高。随着压力的增加,燃油的声速、密度、弹性模量均升高,而可压缩性降低。随着燃油温度的上升,喷油定时滞后、喷油率下降以及喷油持续期延长。
　　(2)与进油温度为10℃时相比,燃用温度为25℃、40℃、55℃的生物柴油时,HC和CO排放增加,碳烟排放增加,但是NOX排放降低。HC和CO排放的绝对值较小,并且在1800r/min时碳烟排放绝对值较小。
　　(3)随着进油温度的升高,燃烧压力曲线和瞬时放热率曲线远离上止点,且高负荷时燃烧曲线后移明显,后燃严重;随着进油温度的升高,峰值压力和峰值瞬时燃烧放热率降低,同时后燃期内放热率增加,循环变动率随着进油温度的升高而降低,循环变动减弱。
　　(4)进油温度对电控直列泵和电控单体泵喷射系统的影响主要取决于电磁阀的安装位置。当电磁阀安装在高压管或泵体上时,进油温度对电控直列泵和电控单体泵喷射系的影响与传统柴油机喷射系统类似;当电控喷射系统使用电磁喷油器时,进油温度升高,将导致燃油喷射系统的燃油压力建立期延长。在高压共轨系统中,进油温度升高,导致高压共轨喷射系统的泵—轨间的燃油压力建立期延长,并直接影响共轨柴油机轨压的动态特性;同时燃油密度下降,将导致高压共轨喷射系统的单位容积的燃油质量下降,在相同工况下,将会导致喷油持续期延长,进而导致后燃增加。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外生物柴油研究及发展现状

1.3 燃油温度对发动机性能影响的研究现状

1.4 本论文的研究目的和主要内容

第二章 温度对燃油热力学性质的影响分析

2.1受温度影响的燃油特性

2.2 理论依据

2.3 实验证明

2.4 模拟燃油温度对柴油机燃油喷射系统的影响

2.5 预测燃油温度的变化对发动机缸内燃烧及排放的影响

第三章 试验装置及数据处理

3.1 实验装置

3.2 数据计算

第四章 进油温度对发动机排放影响的研究

4.1油温变化负荷特性

4.2HC排放

4.3 CO排放

4.4 NOx排放

4.4本章小结

第五章 进油温度对发动机燃烧特性影响的研究

5.1滞燃期

5.2燃烧压力和压力升高率

5.3循环变动规律

5.4燃烧放热规律

5.5本章小结

第六章 预测进油温度对电控喷射系统的影响

总结与展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢