生物柴油混合比对柴油机排放颗粒特性的影响.pdf

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1、第28卷第18期农业工程学报642012年9月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringV

2、01．28NO．18Sep．2012生物柴油混合比对柴油机排放颗粒特性的影响马志豪1’2※，张小玉1，马凡华2，段俊法3，徐斌2，吴建2(1．华北水利水电学院清洁能源发动机和工程车辆重点实验室，郑州450011；2．河南科技大学车辆与动力工程学院，洛阳471003；3．清华大学汽车安全与节能国家重点实验室，北京100084)摘要：为研究负荷和生物柴油

3、对柴油机排放颗粒的影响，该文利用高分辨率透射电镜研究了电控高压共轨增压中冷柴油机在转速2000r／min、扭矩75和225N·m2种负荷下，燃用混合比为0、10％、50％和100％4种掺混比例(分别记做B0、B10、B50和B100)的黄连木籽生物柴油／柴油混合燃料时，产生排放颗粒的微观形貌和结构。结果表明，除B100产生排放颗粒中基本粒子的形状和粒径分布呈现出不规则性外，其余燃料的排放颗粒均由球形的基本粒子构成且粒径具有单分散特性；基本粒子具有多层类石墨微晶结构，碳层之间受到扭转和平移，存在无序内核区；B1

4、00在转速2000r／min、扭矩225N·m工况时的基本粒子平均粒径为45．57nm，与其余3种混合燃料排放颗粒的粒径相差很大。负荷和掺混比例在50％以内的生物柴油／柴油混合燃料对基本粒子的平均粒径影响不大。研究结果可为柴油机颗粒生成机理和后处理系统的设计提供参考。关键词：柴油机，燃料，颗粒，高分辨率透射电镜doi：10．3969巧．issn．1002—6819．2012．18．010中图分类号：TK421+．6；TK46+．4文献标志码：A文章编号：1002—6819(2012)一18—0064—06马志

5、豪，张小玉，马凡华，等．生物柴油混合比对柴油机排放颗粒特性的影响[J]．农业工程学报，2012，28(18)：64—68．MaZhihao，ZhangXiaoyu，MaFanhua，eta1．Effectsofproportionsofbiodiesel／dieselblendsonstructuresofdieselengineparticulates[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheC

6、SAE)，2012，28(18)：64—68．(inChinesewithEnglishabstract)0引言众所周知，由柴油机燃烧生成的排放颗粒可引发人类的多种疾病，对人类的健康造成了很大的威胁11。5l。因此美国和欧洲国家对柴油机的颗粒排放法规日益严格。2009年，欧美国家新乘用车的颗粒排放物被限制在0．005g／km，达到了欧V排放法规的规定，其限值仅为欧Ⅳ排放限值的1／4【6J，中国近期也开始限制PM2．5的排放量。对颗粒生成机理的深入研究才能有效降低颗粒排放物，因此，颗粒的表面形貌【7】和微观结构

7、已成为了重要的研究课题肾11J。生物柴油是一种清洁的替代燃料，在柴油中加入生物柴油可有效降低柴油机的排放颗粒、CO和HC等有害物的排放【12‘”J。目前，在欧洲使用的柴油中已掺入了5％体积的生物柴油，计划在2020年在化石燃料中掺入10％体积的生物柴油【14】。研究发动机燃用不同燃料产生排放颗粒的形态学特性和收稿日期：2012．02．04修订日期：2012—08．17基金项目：汽车安全与节能国家重点实验室(KFlll61)：华北水利水电学院清洁能源发动机和工程车辆重点实验室(NCwU．2010一10)；河南省

8、自然科学基金(092300410125)作者简介：马志豪(1965一)，男，回族，河南，教授。研究方向为内燃机燃烧与污染物排放控制。郑州华北水利水电学院清洁能源发动机和工程车辆重点实验室，450011。Email：mazhihao@mail．haust．edu．ca微观结构对认识其形成和氧化机理以及评估对人类健康的影响具有重要意义【l51，不仅可以通过控制燃烧过程降低排放颗粒的生成，而且为发动机排放颗粒后处理系统的优化设计提供理论和技术支持。所以，本文用高分辨率透射电镜对以黄连木籽为原料制取的生物柴油以不同的

9、掺混比例用于电控高压共轨柴油机时产生的颗粒进行了研究。1材料和方法1．1试验装置试验用发动机为长城汽车有限公司生产的绿静GW4D20直列四缸、增压中冷柴油机。使用微栅铜网支持膜和HORIBA公司生产的MDLT-1302TMA分流式颗粒采样系统采集发动机排放气体中的颗粒。利用日本电子公司生产的JEM-2100型高分辨率透射电子显微镜分析收集颗粒的微观特陛。详细参数见3L谳[16]。1．2试验方法试验用