高原环境下车用柴油机燃用生物柴油的试验研究

论文摘要

面对石油资源短缺、环境污染恶化以及汽车的日益推广,世界各国正积极地探索和发展清洁可再生的汽车替代燃料。在众多的代用燃料中,生物柴油的性质与柴油最为相似,具有可再生、清洁和安全三大优势而倍受关注,人们纷纷展开其在车用柴油机上的试验与应用研究。我国地域辽阔,地区海拔差异大,高原占我国面积65%以上因此,对石油资源短缺、地区海拔差异大、高原面积广的我国,深入研究和探索运行在不同海拔地区,特别是高原环境下生物柴油发动机各项性能的变化规律、相互关系及其影响因素具有重大的现实意义,而这一研究工作目前在国内外报道较少。本文首先测定了纯生物柴油与柴油／生物柴油混合燃油的主要理化指标,对比分析了它们与0号柴油理化特性的差异。按照相关国家标准,在内燃机大气模拟实验台架上分别开展了81kPa.(昆明地区)、90kPa和101kPa(平原)三种大气压下,自然吸气直喷柴油发动机燃用0号柴油(B0)、纯生物柴油(B100)及不同体积掺混比的柴油／生物柴油混合燃料的性能、碳烟和噪声及其频谱特性对比试验。同时,在昆明地区大气环境下,对一台增压中冷柴油机进行了生物柴油的排放试验。应用铁谱技术进行了B0和B100的磨损性能对比试验,研究了生物柴油对柴油发动机的腐蚀磨损,并分析了其形成机制。研究结果表明：与柴油相比,发动机全负荷时,随着生物柴油掺混比的增加,混合燃料的动力性先增后降,实测油耗先降后升,有效热效率先增后降再回升；随着负荷增加,B100噪声小于B0,同一转速全负荷时,发动机噪声随掺混比的增加总体逐步降低；在中低转速全负荷时,随着生物柴油掺混比的提高,混合燃料的CO排放总体下降；在大多数转速上B100的NOx排放与B0大致相当,而在掺混比为10～30%范围内,混合燃料的NOx排放较BO小；在大多数工况下,生物柴油的碳烟排放都降低,特别在中高转速全负荷时烟度降低明显；生物柴油所含的氧成分及多种酸性物质和甘油等杂质会导致发动机明显的腐蚀磨损。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 生物柴油概述
• 1.2.1 生物柴油的定义
• 1.2.2 生物柴油的特性
• 1.3 生物柴油的发展现状
• 1.3.1 国外发展现状
• 1.3.2 国内发展现状
• 1.3.3 生物柴油生产工艺及技术
• 1.3.4 生物柴油的成本及生命周期
• 1.4 生物柴油发动机的研究和应用现状
• 1.5 海拔高度对发动机性能的影响
• 1.6 本课题研究意义及研究内容
• 第二章 生物柴油理化特性评价指标与质量标准
• 2.1 生物柴油质量评价指标
• 2.1.1 生物柴油质量指标分类
• 2.1.2 生物柴油理化参数分析
• 2.2 生物柴油标准现状及发展
• 2.2.1 国外生物柴油标准现状及发展
• 2.2.2 国内生物柴油标准现状及发展
• 2.2.3 我国生物柴油标准化的完善
• 2.3 试验用燃油理化参数测定
• 2.4 本章小结
• 第三章 试验仪器设备与台架布置方案
• 3.1 引用和参考的国家标准
• 3.2 试验用发动机和设备仪器
• 3.3 内燃机大气模拟试系统
• 3.4 试验台架布置方案
• 3.5 本章小结
• 第四章 生物柴油对柴油机的腐蚀磨损性能试验
• 4.1 柴油机磨损分类
• 4.2 柴油机磨损阶段
• 4.3 铁谱分析系统构建
• 4.4 磨粒的个体特征分析方法
• 4.5 腐蚀磨损试验
• 4.5.1 试验用燃料和发动机
• 4.5.2 试验油样采集
• 4.5.3 铁谱分析仪器
• 4.5.4 研究方法
• 4.6 试验结果与分析
• 4.6.1 燃用柴油的磨损试验
• 4.6.2 燃用生物柴油的磨损试验
• 4.6.3 生物柴油发动机腐蚀磨损机制分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 生物柴油发动机动力性和经济性的试验研究
• 5.1 实验设备与研究方案
• 5.2 试验结果及分析
• 5.2.1 动力性对比分析
• 5.2.2 经济性对比分析
• 5.2.3 机械效率对比分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 生物柴油发动机表面辐射噪声及其频谱特性试验研究
• 6.1 发动机噪声的基本理论
• 6.1.1 发动机噪声分类
• 6.1.2 发动机燃烧噪声
• 6.2 试验方案及实验设备
• 6.2.1 噪声测试的标准
• 6.2.2 测量场地及所用的试验设备
• 6.2.3 测试点布置
• 6.3 噪声计算和修正
• 6.3.1 测量表面平均声压级的计算
• 6.3.2 测量表面平均声压级的修正
• 6.3.3 噪声声功率级的计算
• 6.4 试验结果及分析
• 6.4.1 不同大气压怠速噪声对比分析
• 6.4.2 不同大气压外特性上整机噪声对比分析
• 6.4.3 不同大气压负荷特性上整机噪声对比分析
• 6.4.4 发动机噪声频谱特性对比分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 生物柴油发动机排放特性的试验研究
• 7.1 柴油机主要有害排放的形成机理
• 7.2 试验方案与设备
• 7.3 试验结果与分析
• 7.3.1 增压中冷过量空气系数
• 7.3.2 CO排放对比
• x排放对比'>7.3.3 NO_x排放对比
• 7.3.4 碳烟排放对比
• 7.4 本章小结
• 第八章 全文总结与工作展望
• 8.1 本文工作总结
• 8.2 本文特色和创新点
• 8.3 本选题研究的工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A
• 攻读硕士期间参与科研工作和论文发表情况说明
• 一、攻读硕士期间主持与参与的科研工作
• 二、攻读硕士期间文章的发表情况