柴油机燃烧地沟油生物柴油速度特性排气烟度分析毕业论文

1、湖北文理学院毕业论文湖北文理学院毕业论文（设计）论文（设计）题目柴油机燃烧地沟油生物柴油速度特性排气烟度分析 院 （系） 专 业 年 级 11 级 学生姓名 学 号 指导教师 二一五 年 五 月摘要本文首先对国内外的能源状况进行了总结，认识到世界各国正面临着两大压力，一是石油资源不足，二是环境污染严重，因此在发动机上除采用各种节能措施以更有效地利用现有能源外，寻找新一代能源，则是更为主动的减少对石油资源过分依赖的途径。生物柴油作为一种新兴的绿色能源，己引起国内外科研工作者的高度重视。本文首先对生物柴油的制备方法和物理化学性质进行了总结，并与柴油的物理化学性质进行了对比，总体上认为生物柴油与柴油

2、性质接近，可以直接用生物柴油替代柴油。 本论文以能源危机、环境污染和地沟油回流为切入点，以开发利用再生能源地沟油生物柴油为目的，通过实验测量数据的方法，分析柴油机燃用地沟油生物柴油速度特性下烟度变化。分析目前发展替代能源的迫切性，分析发展生物柴油的可行性，并介绍生物柴油作为未来替代能源的优势。分析地沟油生物柴油和柴油在燃油消耗率、排气温度和排气烟度上的差别以及颗粒物排放的差别，并解释产生的原因，提出一定的优化措施。关键词：能源威胁；环境污染；地沟油;柴油发动机；生物柴油；烟度IAbstractThe situation of domestic and international resourc

3、es is introduced, we realize that many countries of the world are facing huge pressure that petroleum resources fall shortage and environmental pollution are serious，therefore different energy-saving measures must be taken to make use of available resources in the motor technology. To find new energ

4、y resources is an active way to solve the problem that we reduce the excessive dependence of petroleum.Bio-diesel，as clean green alternative fuels for petroleum, has draw scholars' and engineers' many attentions.At the beginning, the way of producing bio-diesel is summarized in this paper. T

5、he bio-diesel's important physical and chemical properties are similar to diesel's, thus, the author considers that the bio-diesel could be used in diesel engine directly in place of diesel.In this paper, the energy crisis, environmental pollution and cooking oil return as the breakthrough p

6、oint, in the development and utilization of renewable energy - cooking oil bio-diesel, for the purpose of through the method of experimental measurement data, analysis of load characteristics of the diesel engine burning cooking oil bio-diesel. Analysis the urgency of the development of alternative

7、energy sources, analyze the feasibility of development of bio-diesel, and introduces the advantages of bio-diesel as alternative sources of energy in future. Analysis of cooking oil and bio-diesel in specific fuel consumption, exhaust temperature, and the difference on the exhaust smoke, explain the

8、 reasons, some optimization measures are put forward.Key words: Energy threat; Environmental pollution; Cooking oil; Diesel engine; Bio-diesel;SmokeII目 录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1全球能源形势、发展新能源和替代燃料的必要性11.2研究背景及意义21.2.1研究背景21.2.2研究意义21.3国内外研究及分析31.3.1国外研究31.3.2国内研究41.4本文的主要研究内容及技术路线5第二章 生物柴油的理化特性及制备方法62.

9、1生物柴油的物理化学特性62.1.1十六烷值62.1.2粘度及冷凝点温度62.1.3闪点和燃点72.1.4热值72.1.5稳定性72.2生物柴油的制备82.2.1制备生物柴油的原料82.2.2生物柴油的制备方法8第三章 实验装置和实验方法93.1发动机实验台架简介93.1.1测功机的种类93.1.2测功机的控制系统93.1.3参数测量及数据处理系统93.2实验装置103.2.1实验的主要仪器和设备103.3实验台架简图示意图113.4实验用发动机参数123.5实验其他主要仪器介绍133.6实验前准备工作和实验过程的控制173.6.1实验前的准备工作173.6.2实验过程的控制和数据记录17第四

10、章 实验数据的处理分析204.1柴油机在不同转速下的燃油消耗率曲线对比204.2柴油机在不同转速下的排气温度曲线对比234.3柴油机在不同转速下排气烟度曲线对比254.4小结27第五章 全文总结与工作展望285.1全文总结285.2工作展望28参考文献30致 谢32V第一章 绪论1.1全球能源形势、发展新能源和替代燃料的必要性能源是经济发展和社会文明的物质基础。从远古时代的钻木取火到近代的核能利用，伴随着社会的发展，始终贯穿着人类为寻找和获取新能源而进行的不懈努力。某种有潜质的新能源的发现与应用，配上技术进步的强劲翅膀往往会促成社会发展的一次飞跃。作为例证，煤与蒸汽机的结合引发了英国举世闻名的

11、工业革命；石油与内燃机的结合则为20世纪世界经济的高速发展提供了源源不断的动力。然而进入21世纪，全球经济的快速发展，世界汽车工业迅猛发展，这与能源短缺的矛盾日益明显，能源问题再次引起世界的广泛关注。石化燃料消费需求的大幅攀升，促使人们更多地考虑资源问题对未来可持续发展的影响。国际能源署首席经济学家比罗尔表示，全球石油枯竭速度已超出预期，能源危机逼近将给全球经济构成危害。灾难性的能源危机正在逼近，其原因是世界主要油田大多已过生产高峰。国际能源署最近对全球800多处主要油田所做的评估显示，多数大油田已过产油高峰期。目前，石油生产的下滑速度近两年前评估的两倍。许多政府似乎并未意识到石油枯竭速度已超

12、出预期，未来10年左右全球石油生产就可能达到高峰，这较此前大部分国家的预期提前了至少10年。目前，国际上解决能源安全问题的途径主要是建立战略石油储备，即储存多余的石油来保障在石油危机时国家社会和企业的石油供应。另外，大力推广节能技术和石油进口多元化等措施可以暂时的缓解能源供应，但不能彻底解决能源安全问题。目前最有效的途径是能源供应多元化，而利用生物技术开发的可再生能源是多元化能源体系中最关键部分。英国能源白皮书将生物燃料和氢确定为未来低碳运输燃料最有前景的备用燃料。且生物燃料的一个突出优点是，与其他为了潜在低碳运输燃料（比如氢）不同，它可以直接用作常规燃料的替代品，而无需生产新的车辆。在某些情

13、况下，生物燃料可单独使用，但目前更常见的是与常规化石燃料混合使用。1.2研究背景及意义1.2.1研究背景随着我国各地地沟油“回流”到餐桌事件的频频曝光，回收地沟油成了我国甚至世界的重要任务之一。地沟油，众所周知，多数是餐桌上废弃的油脂。但是回收地沟油之后，加工成生物燃料、洗衣粉、肥皂、甘油等（主要用途为生物燃料），用来本国使用或者出口到国外去，就会使地沟油“变废为宝”了。在世界范围内，很多国家都已经开始地沟油回收再利用的工程，比如，日本早在20世纪60年代，就有早期的地沟油回收了。这跟日本政府严格立法和执法密切相关的，但是在用地沟油做成生物燃料的这项工程，可以给日本带来不仅环境上的优化，经济收

14、益方面也是有很大益处的。1.2.2研究意义发展生物柴油对于我国具有重大的现实意义。首先，发展生物柴油可以缓解我国能源紧张的现状。随着经济的发展，我国的国民生产以及日常消费中所需的石油资源越来越多，并且我国石油消费中柴油所占的比例很大，柴汽油供需不平衡，并且太过依赖进口。柴油的供需平衡问题是我国未来较长时间石油市场发展的焦点问题，尽管在近几年，炼化企业通过高新技术改造使柴汽油产量不断提高，但仍不能满足市场消费要求;另外，柴、汽比的需求矛盾也日益严峻，目前，生产柴、汽比约为1. 8，而市场的消费柴、汽比均在2. 0以上。随着西部开发进程的加快，随着国民经济重大基础项目的相继启动，这种局面可能还会继

15、续拉大。因此，发展生物柴油产业不仅可以调整这种柴、汽供需比例失调的局面，还可以缓解我国长期依赖石油进口的局面，而且对我国的能源安全问题也有保障，意义深远。其次，发展生物柴油还有很现实的生态意义。生物柴油与矿物柴油相比具有可再生、清洁和安全三大优势，有益于保护生态环境。生物柴油中硫含量低，使得二氧化硫和硫化物的排放低，燃烧之后减少了SOX的排放量，很有利的控制了酸雨的形成;生物柴油中不含对环境会造成污染的芳香族烷烃，因而废气对人体损害低于柴油;与普通柴油相比，使用生物柴油可降低90%的空气毒性，降低94%的患癌率;由于生物柴油含氧量高，使其燃烧时排烟少，与柴油相比一氧化碳的排放减少约10%;生物

16、柴油的生物降解性高。在各种替代燃油中，只有生物柴油能全面达到美国清洁空气法所规定的健康影响检测要求。另外很重要的一点是，生物柴油在其整个生命周期内所排放的温室气体CO2很少，因为生物柴油的原料是由植物的光合作用生长的，植物的光合作用可以消耗相当数量的CO2，这为全球控制温室气体CO2的排放找到了出路。可见，生物柴油无毒、可生物降解、可再生，并能减少温室气体排放、降低空气污染，是一种值得信赖的、环境友好的燃料。故生物柴油又被称作“液体太阳能燃料”和“绿色燃料”。再次，发展生物柴油对我国农业发展也有积极意义。我国是一个农业大国，地大物博，因此我国发展油料植物生产生物柴油创造了得天独厚的条件。据估算

17、，南方3亿亩荒山、荒坡可种植油料作物，生产的生物能源相当于3个大庆的原油产量;北方的15亿亩盐碱地可种植抗盐碱植物，也可提供丰富的原料;西部还有大片的戈壁滩和沙漠，也是种植生物能源所需植物的理想土地。我国石油储量主要集中在东北地区，而在气候条件较好的西南、东南地区相对贫油，在我国南方发展天然植物，生产生物柴油作替代燃料有很重要的现实意义。发展生物柴油产业不仅可以使我国荒废土地得到充分利用，而且利于调整农业结构;不仅不会威胁到粮食安全问题，而且还可以走出一条农产品向工业品转化的富农强农之路，解决农村就业和农民增收问题。因此，生物柴油产业对我国农业有重大的影响意义。综上所述，发展生物柴油产业对我国

18、农业结构调整、能源安全和生态环境综合治理有十分重大的战略意义。1.3国内外研究及分析1.3.1国外研究生物柴油最早诞生于1988年，由德国聂尔公司发明。生物柴油突出的环保性和可再生性引起了世界发达国家，尤其是资源贫乏国家的高度重视。近年来，西方国家加大生物柴油商业化投资力度，使生物柴油的投资规模增大，开工项目增多。1美国美国是最早研究生物柴油的国家之一。生物柴油在美国的商业应用始于20世纪90年代初,联邦政府、国会以及有关州政府通过政令和法案,支持生物柴油的生产和消费,并采取补贴等措施,使生物柴油产业迅速发展起来。目前,美国已经有多家生物柴油生产厂和供应商,生产原料主要以大豆油为主,年生产能力

19、达30万吨。2日本日本1995年开始研究生物柴油,由于植物油资源贫乏,日本主要以煎炸油为原料生产生物柴油,1999年建成了259L/d的工业化实验装置,目前日本生物柴油年生产能力达40万吨。3欧洲国家目前，生物柴油运用最多的是欧洲。随着生产生物柴油所需的工业油籽需求量的不断增长，出于工业目的种植油籽的预留地面积也迅速增长。在欧盟各国以前通常被用来作饲料用油的废食用油脂，现在也正转向生产生物柴油。欧洲议会免除了生物柴油90的税收，而高额燃油税一般要占普通柴油燃料零售价格的50甚至更多。欧洲国家对替代燃料的立法支持、差别税收以及对油籽生产的补贴共同促进了生物柴油的价格对其他柴油燃料价格的竞争性。2

20、003年,欧洲国家生物柴油的产量超过了176万吨,到2010年,欧洲国家的生物柴油产量达到830万吨。4其他国家巴西于20世纪80年代推出“生物柴油计划”,年产量一度达到50万吨。韩国目前有年生产能力20万吨的生物柴油生产厂。一些富产天然油脂的发展中国家如马来西亚,印度尼西亚等也纷纷与发达国家展开合作,来积极研制和生产生物柴油。1.3.2国内研究我国生物柴油研究尽管起步较晚，但是发展速度很快，现在已经形成了自主知识产权的生物柴油生产技术和工业化工厂。民营企业海南正和生物能源有限公司于2001年9月在河北邯郸建成年产近1万吨的生物柴油试验工厂，油品经石油化工科学研究院以及环境科学研究院测试，主要

21、指标达到美国生物柴油标准，它成为我国生物柴油产业化的标志。2002年8月，四川古杉油脂化工公司成功开发出生物柴油，经鉴定，其主要性能指标达到德国DIN51606标准。2006年12月，全球第一套生物酶法新工艺生产生物柴油的工业化装置（2万吨/年）在湖南益阳海纳百川生物有限公司正式投产。另外我国还有许多在建或准备建设的生物柴油工厂。总的来说，目前我国生物柴油产业化还在起步阶段，产业政策、技术标准、销售模式、环境评估等各方面还不配套、不健全。中国“十一五”期间提出要发展各种石油替代品，确定了把发展生物液体燃料作为国家能源产业发展的新任务之一。2006年1月1日可再生能源法生效，为生物柴油等替代燃油

22、进入市场提供了保障。2010年11月，由中海油新能源投资有限责任公司在海南东方工业园区投资建设的年产6万吨国家级生物柴油项目所产的首批生物柴油。我国地沟油资源丰富，但成分复杂，来源不稳定，需要建立合理的回收方法及制度；完善相关的检测方法；加大政策扶持力度；加强环保节约的舆论宣传；加强科研部门与企业的合作，走产业化、 规模化发展的路子。面临石油资源的日益短缺，我国的广大学者就地沟油制备生物柴油、地沟油制备生物柴油的深加工、地沟油制备生物柴油的副产品的深加工等方面做了大量的工作。1.4本文的主要研究内容及技术路线本文以能源危机、环境污染和地沟油回流为切入点，以开发利用再生能源地沟油生物柴油为目的，

23、通过实验测量数据的方法，分析柴油机燃用地沟油生物柴油速度特性下的烟度变化，并提出一定的优化措施。本文的主要研究内容和技术路线如下：1.通过实验研究，进行排气温度、燃油消耗率、排放烟度对比分析。找出燃用地沟油生物柴油的优势和与传统柴油有哪些区别。2.分析比较柴油和地沟油生物柴油的优缺点，分析地沟油生物柴油的特性，怎么更好的用来替代柴油作为燃料。第二章 生物柴油的理化特性及制备方法2.1生物柴油的物理化学特性生物柴油主要由C, H, O三种元素组成，生物柴油之所以可以应用于柴油机，是因为生物柴油具有与柴油相似的物理化学特性。评价生物柴油是否可以作为柴油的替代燃料，应当看其性质与矿物柴油是否相近，主

24、要有以下几方面的性质和考察指标:（1）十六烷值评价生物柴油的自燃性能;（2）粘度及冷凝点温度粘度对生物柴油的雾化影响最为显著，而冷凝点决定了生物柴油的低温流动性;（3）闪点、燃点这是决定生物柴油是否具有良好的安全性的重要指标;（4）热值决定发动机的动力性;（5）稳定性保持其本身物理化学性质稳定的特性，这对于保存及运输意义重大。2.1.1十六烷值十六烷值是衡量燃料在压燃式发动机中燃烧性能好坏的重要指标。由于柴油的蒸发性和流动性都比较差，因此柴油机的混合气只能在气缸内部形成，即在接近压缩行程终点时，通过喷油器把柴油喷入气缸内，柴油油滴在炽热的空气中受热、蒸发、扩散，并与空气混合形成可燃混合气，最终

25、自行发火燃烧，可燃混合气燃烧作功。柴油可燃混合气是否容易发火，即柴油的自燃性用十六烷值来表示，十六烷值高说明容易自燃，十六烷值低则不容易自燃。十六烷值低，燃料发火困难，滞燃期长，发动机工作时容易爆震:十六烷值高的柴油，其自燃温度低，滞燃期短，容易冷起动且怠速噪音低，但过高十六烷值的柴油在燃烧过程中容易裂解，造成排气过程中的碳烟增加，因此，一般认为适宜的柴油十六烷值应为45-60，可以保证柴油均匀燃烧，热功率高，耗油量低，发动机工作平稳，排放正常。2.1.2粘度及冷凝点温度运动粘度是衡量燃料流动性能及雾化性能的重要指标。运动粘度太高，流动性就差，会使喷油困难，同时喷出的油滴的直径过大，油流射程过

26、长，使得油滴有效蒸发面积减少，蒸发速度减慢，还会引起混合气组成不均匀，燃烧不完全，燃料消耗量大，并且生成黑烟，影响排放性能。而粘度过低时流动性会过高，会使燃料从油泵的柱塞和泵筒之间的空隙流出，致使喷入气缸的燃料减少，发动机功率下降。同时雾化后油滴直径过小，喷出油流射程短，不能与空气均匀混合，燃烧不完全。凝点，是蜡状晶体结构形成的最高温度。蜡状结晶会导致燃油滤清器阻塞。温度低于凝点时，生物柴油中的甲酷或乙酷就会结晶析出，这些晶体会堵塞输油管和过滤器，使燃料不能正常输送，发动机不能正常运转。生物柴油结构特性对凝点的影响在于未饱和程度、碳链长度、分枝程度。解决生物柴油凝点高的最简单方法是将生物柴油以

27、一定的比例与矿物柴油混合后，使生物柴油被矿物柴油稀释，这样可以有效改善其低温流动性能，解决其在寒冷地区冬季使用的问顾。2.1.3闪点和燃点闪点是表示油品蒸发性和着火危险性的指标，指油品在规定条件下加热到它的蒸气与火焰接触发生闪火时的最低温度，称为闪点。油品的危险等级是根据闪点划分的，闪点高于90的燃料被认为在存储和使用上都是安全的，而生物柴油的闪点一般高于100，在运输、存储和使用上十分安全。从油品的闪点还可以判断其馏分组成的轻重，一般来说，油品蒸气压越高，馏分组成越轻，其闪点越低;油品在规定条件下加热到能被接触到的火焰点着并燃烧且不少于5s时的最低温度，称为燃点。2.1.4热值热值是生物柴油

28、应用于发动机的基本衡量指标，关系到发动机的动力性能。生物柴油的质量热值比矿物柴油低10%左右，但其密度高于矿物柴油，并且由于氧元素的存在，在一定程度上促进生物柴油完全燃烧因此其体积热值仅低于矿物柴油3%-4%。而进入柴油机缸内的能量正是以燃油系统每个循环所供给的燃油体积热值来计算的。生物柴油直接应用于柴油机，在每个循环供油量不变的情况下，功率只比燃用柴油略低，而其含氧性却可以大幅降低黑烟排放。2.1.5稳定性生物柴油的稳定性包括在热和冷的环境下的稳定性，是指抵制氧化、聚合、微生物作用和抵制水分影响的能力，因为生物柴油在存储过程中会受到空气、热、金属、过氧化物、光的影响。生物柴油在使用和贮存过程

29、中不可避免地会与空气中的氧接触，在一定条件下，油品与氧彼此会起反应生成一些新的氧化产物，生物柴油氧化产物会影响燃油存储寿命以及形成存储罐、燃油系统、滤清器的沉积物。所以，生物柴油在制备，运输和使用过程中一定要注意减少有害杂质，以提高其稳定性。2.2生物柴油的制备2.2.1制备生物柴油的原料动植物油脂都可作为生物柴油的原料，世界上己经确认的油料作物有350种之多。根据自然条件不同和农业政策不同，不同国家和地区采用的原料也不同，如巴西主要以蓖麻油为原料、南非以葵花子油为原料、美国则主要是以大豆油为主要原料。国内生物柴油的生产才刚刚开始，根据地区不同原料变化较大，菜籽油、棉籽油、大豆油、椰子油、麻疯

30、果油、葵花籽油等均被作为生物柴油原料，注意力更多地集中在野生植物油(如麻疯果油、乌柏油、黄连木果油等)和一些不能食用的副产油料(如花椒油、烟籽油、蓖麻油、棉籽油等)。市场回收的废旧油脂作为生物柴油的原料，具有双重环保意义，动物油脂是另一个重要的生物柴油潜在原料。2.2.2生物柴油的制备方法生物柴油的制备方法可以分为物理法和化学法。物理制备方法包括掺和法和微乳法;化学制备方法包括热裂解法和酷交换法。第三章 实验装置和实验方法本章主要是介绍实验装置和实验方法。实验装置包括实验台架的结构、实验装置的布置、实验用发动机的基本参数和主要测试设备安装和使用,列出主要技术参数。实验方法中介绍了实验前的准备及

31、注意事项,并简要介绍了实验方案。本实验主要采用的发动机为车用柴油发动机。3.1发动机实验台架简介一个完善的发动机试验台架通常由以下几部分组成:1)测功机;2)操作台及电气控制系统;3)参数测量系统;4)数据处理系统;5)测试程序设定控制装置。此外，为了满足测试工作需要，还应配置风冷却发动机的冷却风系统、排放废气的抽风系统以及发动机节气门控制器、排放测功机使用水的水泵等辅助设施。3.1.1测功机的种类测功机有电力测功机、电涡流测功机和水力测功机三类。本文实验用测功机是DW160型电涡流测功机。电涡流测功机的工作原理是:当测功机转子在耗能制动鼓中运转时，制动实验装置鼓中励磁线圈产生的磁力线使转子中

32、产生高频脉动的电涡流使转子发热消耗能量，从而使转子产生制动力矩成为测功机的负荷。同时，这个制动力矩的反作用力矩也会通过电磁感应作用在测功机外壳上，使其发生摆动，通过与外壳相连的秤或扭矩传感器也能很方便地将这个力(或力矩)检测出来。功率，油耗等的测量与直流测功机相似。3.1.2测功机的控制系统测功机控制系统的作用是根据控制模式的要求对测功机的工作状态进行自动控制，控制方式一般为定速和定扭矩两种。测功机控制系统是传感器(转速或扭矩)、变换器、放大器、调节器、驱动电路几部分组成的一个闭环自动调节系统，因而具有很高的控制精度，能使测功机保持稳定的工作状态，不随发动机工况而波动。3.1.3参数测量及数据

33、处理系统进行发动机测试，除需要测量转速、扭矩、油耗等量以外，还应对发动机各部位温度、压力、大气参数、空气及燃料流量等进行测量。这需要相应的参数系统来实现。参数测量系统由各种型式的传感器和相应的变换器，放大及显示器组成。一个完善的测量系统可以实现对发动机进排气温度、机油温度、冷却水温度、大气温度、温度以及进排气压力、机油压力、大气压力、空气流量、燃油流量等许多参数的测量、显示并供数据处理系统进行参数计算和操作人员监测。数据处理系统由计算机和信号采集电路及接口电路组成，可以对各种被测数据进行采样综合及参数计算，得出最终检测参数，并将结果打印出来或将曲线绘制出来，从而使测试结果更加准确和科学。3.2

34、实验装置3.2.1实验的主要仪器和设备1控制系统：硬件系统和软件系统两部分。硬件系统：计算机、打印机、显示器、存储设备、智能数据采集板、智能控制数据板。软件系统：数据采集与处理、数据台自动控制功能。2传感器：扭矩仪、转速仪、油耗仪、空气流量计、烟度计等。3负载控制器：电涡流测功机4执行机构（1） 节气门驱动：由驱动电源、步进电机、变速机构组成；（2） 负载调节：由驱动电源、步进电机、电位器组成；（3） 测功机：DW160型电涡流测功机。3.3实验台架简图示意图实验台架示意图如下图所示：图3.1 实验台架示意图如图，台架主要有柴油机、测功机、油耗仪，回油处理器、温度传感器、烟度计和颗粒物收集器、

35、控制系统等实验装置组成。3.4实验用发动机参数本实验使用发动机EH36参数如下表：表2.1 本实验用发动机EH36参数项目参数发动机型式燃烧室型式缸径（mm）行程（mm）/排量（L）标定功率/转速（kw/r/min）最大扭距（N.m）最大扭距点转速（r.min）：标定点油耗（g/kw.h）怠速（r/min）压缩比启动方式净重（kg）外形尺寸长X宽X高（mm）试验用燃料单缸，卧式，蒸发水冷，4冲程直喷1351251/78925/2200121.5176024080016.5手摇启动或电启动230916x475x709石化柴油、地沟油生物柴油3.5实验其他主要仪器介绍主要仪器介绍如下图所示：图3.

36、2 实验用电涡流测功机使用前，要对测功机用砝码进行标定，以保证实验数据的准确。使用时，测功机的水压要达到规定刻度线的一半，保证测功机的安全。测功机转子在耗能制动鼓中运转时，制动实验装置鼓中励磁线圈产生的磁力线使转子中产生高频脉动的电涡流使转子发热消耗能量，从而使转子产生制动力矩成为测功机的负荷。同时，这个制动力矩的反作用力矩也会通过电磁感应作用在测功机外壳上，使其发生摆动，通过与外壳相连的秤或扭矩传感器也能很方便地将这个力(或力矩)检测出来。图3.3 实验用ET2500智能油耗仪采用一体化设计技术，传感器和二次仪表集于一体，是一个独立而完整的油耗测量仪器，可以独立的完成发动机燃油消耗的测量，数

37、据可以通过数据采集面板直接进行采集。图3.4 实验用不透光型烟度计实验前，要对烟度计进行预热，预热完要对烟度计进行标定，而且要注意对烟度计镜片的清洗，以保证实验数据的准确性。这类型烟度计非常适合适合柴油发动机的自由加速试验和瞬态烟度测量，具有同时显示不透光度和光吸收系数、具备自动调零功能、预留油温和转速接口等特点。图3.5 实验控制系统和数据采集系统控制面板第一张图为控制系统面板，速度特性就是在保持发动机油门开度大小不变，改变转速，在不同的转矩，功率下进行有关数据的采集与控制。实验基于负载系统的6种控制模式：恒扭矩/恒转速控制（M/n）恒转速/恒扭矩控制（n/M）恒扭矩/恒油门位置控制（M/P

38、）恒转速/恒油门位置控制（n/P）P1/PM/n2 。第二张图为数据采集控制面板，可以记录转速（r/min）、功率(kW)、燃油消耗量 (Kg/h)、扭矩(N.M)、排气温度（）等数据，方便数据的采集。图3.6 实验用EH36发动机实验前对发动机技术状况进行检查，检查发动机内部、外部附件的完整性和性能进行检查调整，并检查各个支架的情况及连接情况。检查发动机与测功机是否对中，检查发动机的机油，检查发动机与架台的连接是否紧密。通过测量，分析比较发动机的排气温度、燃油消耗率和排气烟度等特性，了解发动机燃烧不同燃料的的动力性、经济性。3.6实验前准备工作和实验过程的控制3.6.1实验前的准备工作检查发

39、动机底座和发动机与测功机连接部位的是否松动，检查发动机的机油是否在两个指示的刻度之间，检查油箱的油量和水箱水量是否充足。待检查完毕，打开进水口的水阀，打开测功机的阀门和抽水泵的阀门，观察测功机的水位压力是否过了刻度的一半，检查完毕，方可进行实验。3.6.2实验过程的控制和数据记录启动发动机，怠速运行五分钟，进行暖机。一切正常后，可以进行实验操作。速度特性试验数据的测定方法是保持发动机油门开度不变，通过调节发动机转速从高到低慢慢变化，转矩慢慢变化适应转速。测定油耗量、排气温度、排气烟度等参数。实验在不同的油门开度条件下进行，选取四个不同油门开度，依次10%，20%，30%，40%，其次在油门开度

40、一定下，调节转速，测量相应的试验数据每做完一次实验，待稳定后记录实验数据，保证实验数据准确性，依次进行实验，直到实验完成,然后将实验数据进行整理。实验图片如图所示： 图3.7 实验现场图片实验用的负载控制器、传感器、执行机构。通过相互协调运转，进行实验，。图3.8 实验现场图片实验用的控制系统，包括计算机、打印机、显示器、存储设备、智能数据采集、智能控制数据板，具有数据采集与处理、数据台自动控制功能。 第四章 实验数据的处理分析柴油机的速度特性 是指柴油机在保持油门开度不变的情况下,改变柴油机转速时,其主要性能参数随转速变化的规律。运用柴油和地沟油生物柴油进行实验，然后进行对比。4.1柴油机在

41、不同转速下的燃油消耗率曲线对比曲线如下图所示:图4.1 在油门开度为10%时的对比图由图可知，同转速时，柴油的最大燃油消耗率为382g/kW.h，最小燃油消耗240.8g/kW.h；生物柴油的最大燃油消耗率为330g/kW.h，最小燃油消耗率为243.3g/kW.h。燃烧生物柴油和柴油的燃油消耗率差别不是很大，由上图可知生物柴油的燃油消耗率在同样工况下要比柴油要高。 图4.2 油门开度20%时的对比图由图可知，随着转速增加，燃油消耗率也增加。同转速时，柴油的最大燃油消耗率为370g/kW.h，最小燃油消耗231.7g/kW.h；生物柴油的最大燃油消耗率为382.6g/kW.h，最小燃油消耗率为

42、250.5g/kW.h。燃油消耗率随着转速的降低而减少。燃烧生物柴油和柴油的燃油消耗率差别不是很大，但生物柴油的燃油消耗率要比柴油的高，而且柴油的变化曲线更加平缓。图4.3 油门开度30%时的曲线对比图由图可知，随着转速增加，燃油消耗率继续增加。同转速时，柴油和生物柴油的的最大燃油消耗率分别为为392/kW.h和406.2g/kW.h；柴油和生物柴油的最小燃油消耗率为235g/kW.h和259.4g/kW.h。在转速比较高的时候，燃油消耗率比较明显，转速较低时，变化缓慢一点。 图4.4 油门开度40%时的曲线对比图由图可知，随着转速降低，燃油消耗率继续降低。同转速时，柴油和生物柴油的的最大燃油

43、消耗率分别为为296/kW.h和307.6/kW.h；柴油和生物柴油的最小燃油消耗率为236g/kW.h和254.5g/kW.h。在不同油门开度的情况下，燃油消耗率的最小值不一样，在转速1330r/min时，一般会出现最小点。生物柴油的燃油消耗率要高于柴油的主要原因有两点，一是生物柴油的热值低于柴油的热值，二是因为生物柴油的密度大于柴油，在喷油器不变的情况下，喷出的生物柴油的质量流量要大于柴油的质量流量。另外，发动机在高速运转时生物柴油的油耗上升得比柴油快，这主要是由于生物柴油的粘度大，高速时喷油量增加，雾化不好，造成燃油消耗率上升。从图中还可以看出，无论是柴油还是生物柴油作为燃料，柴油机的经

44、济运行工况都是中等偏高负荷区域。4.2柴油机在不同转速下的排气温度曲线对比对比曲线如下图图4.5 油门开度10%时的排气温度对比曲线由图可知，生物柴油的排气温度低于柴油。在转速较高时，排气温度比较低大概在150左右，随着试验的进行，温度开始慢慢上升，大致上呈线性增长。图4.6 油门开度20%时的排气温度对比曲线由图可知，随着油门开度增加，排气温度升高，生物柴油的排气温度低于柴油，燃烧柴油排气温度上升趋势更大。而生物柴油的温度变化随着试验的进行变化缓慢，柴油的排气温度比生物柴油的排气温度上升要快。图4.7 油门开度30%时的排气温度对比曲线由图可知，随着试验的进行，排气温度升高。在实验刚开始是，

45、柴油排气温度约为213，生物柴油约为200。在油门开度为30%时，柴油的排气温度与生物柴油的排气温度的相差不大，保持稳定上升。图4.8 油门开度40%时的排气温度对比曲线由图可知，排气温度是随着转速变化，在逐渐上升。在高转速情况下，柴油的排气温度和生物柴油的排气温度很接近。在油门开度为405时，两者排气温度基本持平。燃烧生物柴油的排气温度要比柴油的低的原因：生物柴油十六烷值高，燃烧迅速，燃料形成均匀混合气，燃烧迅速,燃烧后，排气温度较低。生物柴油的热值比柴油的要低，导致生物柴油的排气温度低于柴油。可以降低缸内最高燃烧温度及高温持续时间。氮氧化物生成条件是高温、富氧及高温持续时间，温度低有利于减

46、少氮氧化物的生成。4.3柴油机在不同转速下排气烟度曲线对比对比曲线图如下所示：图4.9 油门开度10%时的排气烟度曲线对比图由图可知，在油门开度一定时，转速较高时，柴油和生物柴油的排气烟度都很小，相差不大，生物柴油的排气烟度微大于柴油。随着转速降低，转矩增加，排气烟度增大，随着转矩继续增加，柴油远大于生物柴油。图4.10 油门开度20%时的排气烟度曲线对比图由图可知，在转速较高时，转矩较小，柴油和生物柴油的排气烟度都很小，保持在0.02m-1左右，生物柴油的排气烟度小于柴油。随着功率增大，排气烟度增大，在转速较低时，柴油的排气烟度迅速上升，柴油远大于生物柴油。图4.11 油门开度30%时的排气

47、烟度曲线对比图由图可知，在油门开度逐渐增大时，柴油和生物柴油的排气烟度都变大，生物柴油的排气烟度微小于柴油。随着转矩增大，排气烟度增大，在转速1340r/min时，柴油的排气烟度迅速上升，最大时约为生物柴油的7-10倍。图4.12 油门开度40%时的排气烟度曲线对比图由图可知，在转速较小，油门开度较大时，柴油和生物柴油的排气烟度都很大，但柴油的烟度明显要大于生物柴油。随着转矩增大，排气烟度增大，在转速较低时，柴油的排气烟度迅速上升，柴油的排气烟度约为生物柴油的3-5倍。在同样工况下，燃烧生物柴油的烟度要明显低于燃烧柴油时的烟度。生物柴油之所以能减少碳烟的生成，有两点原因:一是生物柴油本身含氧，

48、使得燃料燃烧时局部缺氧的状况大为缓解;二是生物柴油分子中所含芳香烃极少，芳香烃会使燃料中的碳氢比(c的大大增加，这使得燃料分子在缺氧的环境下裂解出更多的碳，从而导致烟度的上升。再加上生物柴油热值低，燃烧时的温度略低于柴油，这样综合的效果便是生物柴油的烟度低于柴油。在负荷特性时，生物柴油与柴油在小功率的工况下烟度都为零，这是因为此时喷油量比较少，空燃比很高，有利于燃料的充分完全燃烧，所以此时生成的碳烟都很少，表现为烟度为零。4.4小结通过比较生物柴油和柴油对发动机负荷特性、排气温度和排气烟度的影响，可得出以下结论：1. 生物柴油和柴油具有相似的理化特性，生物柴油可以作为柴油的代替燃料使用。2.

49、生物柴油的燃油消耗率高于柴油的，生物柴油的排气温度低于柴油，有利于减少废气排放。3.小负荷时，生物柴油的排气烟度稍大于柴油;大负荷时，生物柴油的排气烟度远小于柴油的。生物柴油在小功率时，由于黏度大，雾化程度差，燃烧不充分，燃油消耗率和排气烟度大于柴油。大功率时，缸内温度高，喷油量增加，生物柴油的雾化得到改善，缸内氧含量高，燃烧充分，所以排气烟度远小于柴油。而且生物柴油不含芳烃，硫含量很低，所以给柴油机作燃料时，可以有效降低有害物质的排放。第五章 全文总结与工作展望5.1全文总结面对日益严重的石油安全问题和环境污染问题，生物柴油作为清洁、可再生的柴油替代燃料具有巨大的潜力。地沟油生物柴油应运而生

50、，地沟油生物柴油，绿色环保及可再生，成为重要的新能源燃料。生物柴油中硫含量低，二氧化硫和硫化物的排放量低，可减少约30%；生物柴油中不含对环境会造成污染的芳香族烷烃，因而废气对人体损害低于柴油。它由于闪点高，生物柴油不属于危险品。而且由于生物柴油燃烧时排放的二氧化碳，远低于植物生长过程中所吸收的二氧化碳，从而改善了由于二氧化碳的排放而导致全球变暖这一有害于人类的重大环境问题。生物柴油的排放烟度小，排放污染物少。地沟油制备生物柴油的技术正在逐步走向成熟，将生物柴油用到柴油发动机上国内国外都有一定范围的应用。柴油发动机燃用柴油时的动力性能指标、经济性能指标最好，柴油发动机燃用生物柴油时产生的动力性

51、能指标、经济性能指标最差；发动机燃用地沟油时的动力性指标、经济性指标都略差于柴油。5.2工作展望本文首先对柴油发动机燃用地沟油生物柴油和柴油，从动力性、经济性和排放特性进行对比分析，在柴油机上燃用生物柴油燃料可以达到既改善柴油机排放又缓解石化能源匮乏的目的。但就目前的情况而言,在柴油机上使用生物柴油在技术方面还有很多的地方有待研究,具体包括以下几方面:1. 地沟油制备生物柴油的成本仍很昂贵，如何开发新技术、采取有效措施将地沟油制备成生物柴油成本降下来，使其快速商业化，完成对汽车能源的补充。2. 由于生物柴油是由多种饱和与不饱和脂肪酸甲酯组成的混合物，很难得到统一的燃烧模型。因此寻找一种适合生物

52、柴油的参比燃料，进而分析其燃烧化学反应机理，可以更好的揭示生物柴油排放物形成机理和其他的特性，例如外特性、排放特性、燃烧特性。也可以对更多种类的内燃机替代燃料和石油基燃料（如乙醇、醚类等）在发动机内进行混合燃烧，分析对发动机动力性指标、经济性指标和排气品质的影响，最终找出最优燃料配比。3. 可以研究，温度低时生物柴油如何更好的雾化，更好的与空气混合，充分燃烧，减少浪费和污染物的排放；研究如何防止生物柴油的碳化。让生物柴油更好的运用在发动机上，进而可以替代柴油，缓解能源危机和改善环境污染。4. 加强生物柴油的燃烧机理的研究以及新型发动机的设计和研究。设计出更适合燃烧生物柴油的发动机，进一步提升生

53、物柴油的燃烧性能、发动机的经济性和动力性等性能。在发动机参数优化发面，试验分析更多因素对发动机性能的影响，包括改变喷油提前角、改变喷油压力对气缸结构设计进行参数变化以及优化排气管结构等，寻求最优参数从而完成对发动机性能的提升。参考文献1 李兴虎.汽车环境污染与控制M.北京：国防工业出版社，2011.2 孟兴凯. 不同生物柴油组分分析及理化特性研究D.西安：长安大学，2013.3 岳金方，左春丽，黄琴. 地沟油制备生物柴油的研究进展.4 李军，刘彪，郭超，等7.柴油发动机地沟油燃烧与排放特性仿真试验j.山东内燃机,2014(3).5 蒋剑春,杨凯华,聂小安.生物柴油的研究与应用J.能源研究与利用

54、, 2004(5),: 22-24.6 聂小安,蒋剑春,杨凯华,等.天然油脂制备生物柴油新技术的研究J.生物质化学工程.7 袁银南,江清阳,孙平,等.柴油机燃用生物柴油的排放特性研究J.内燃机学报,2003,21(6):423-427.06, 40(2): 27-30.8 苏有勇,张无敌,刘士清,等.植物油制备生物柴油的研究J.可再生能源,2005(6):13-15.9 冀星,郗小林,孔林河,等.生物柴油技术发展与产业前景J.中国工程科学,2002,4(9):8693.10 Akasaka Yukio.Exhaust emissions of a DI diesel engine fueledwith blends of bio-diesel and low sulfur diesel fuelA.In:SAEPaperC.1997,972998.11 梁斌，闵恩泽.利用西部可再生资源发展生物柴油产业J. 四川大学学报：工程科学版，2006，38（5）：33-36.12 梁斌，蒋炜，鲁厚芳，等.酯化/酯交换反应生物柴油快速清洁生产工艺：中国，200810045581.5P. 2008.13 Gamma Technologies. GT-SUITEflow REFERENCE MANUAL. VERSION 6.1 August, 2005