de Grundlæggende Undersøgelser af Biodiesel NOx-Effekt
NOx-dannelsen i diesel forbrænding sker primært via termisk mekanisme, hvor kvælstof fra forbrændingsluft er oxideret ved en høj temperatur. Højere forbrændingstemperaturer eller længere opholdstid ved høje temperaturer fører til øget No., og grundlæggende undersøgelser af effekten af biodiesel på No. – emissioner har fokuseret på, hvordan biodiesel påvirker disse faktorer., Forskning har vist, at højere forbrændingstemperaturer eller opholdstider ved temperatur kan stamme for biodiesel fra: (1) forbrændingseffekter, der forekommer i cylinderen som et direkte resultat af forskelle i brændstofkemi (Mueller et al., 2009) og (2) motorresponseffekter, såsom ændringer i timing forårsaget af biodiesels forskellige mekaniske egenskaber eller ændringer i parameterindstillinger forårsaget af motorstyringssystemets reaktion på biodiesel (Eckerle et al., 2008).,
den omfattende undersøgelse af Mueller og kolleger (2009) evaluerede mange mulige mekanismer, der er blevet foreslået for at forklare, hvordan sojaafledt biodieselforbrænding påvirker No.-emissioner. En tidlig hypotese var, at tilstedeværelsen af ilt i biodiesel reducerer sodproduktionen i cylinderen. Da sod er en meget effektiv varmeradiator, kan reduktionen i sod øge flammetemperaturen og dermed øge no. (Cheng et al., 2006)., Ved at måle strålevarmetab viser Mueller og kolleger, at strålevarmeoverførsel spiller en betydelig rolle i flammetemperaturen; derfor påvirker det No. – emissioner, men er ikke direkte korreleret med stigninger i NO. observeret for B100.
Mueller og kolleger (2009) viste også, at der på baggrund belastning af motoren, forbrænding sker hurtigere for biodiesel end for kulbrinter, og at peak bulk gas temperaturen er højere, og optræder tidligere i motoren cyklus., DA NO. – produktion foretrækkes ved højere temperaturer, og dens termiske dannelse sker ved reaktionshastigheder, der kan sammenlignes med typiske motorforbrændingstider, producerer de tidligere og varmere reaktionsscenarier fra B100 mere No.. Dog Mueller et al. var ikke i stand til at udvise lignende forbrændingseffekter ved højere belastninger, hvor der produceres mest No., hvilket antyder, at denne effekt ikke er hovedårsagen til den højere No., der er forbundet med biodiesel.,
en anden tidlig hypotese er, at de dobbeltbindinger, der findes i biodiesel, kan forårsage en højere adiabatisk flammetemperatur, hvilket fører til en højere temperatur ved flammen foran diffusionsflammen. Denne hypotese er i overensstemmelse med resultater, der viser højere niveauer af No. – emissioner for biodiesel fra mere højt umættede råmaterialer (McCormick et al., 2001). Cheng and co .orkers (2006) præsenterer resultater af ligevægtsberegninger for methyloleat, der afviser denne hypotese., Men Ban-Weiss og kolleger (2007) udført beregninger af adiabatiske flammetemperatur baseret på kemiske kinetiske modeller og fandt betydelige virkninger forbundet med umættethed. Mueller og kolleger (2009) revisited disse beregninger, men fandt, at adiabatiske flamme temperaturer for biodiesel var lavere end for diesel-lignende molekyler og konkludere, at denne effekt ikke kan være årsag til højere NOx.,
Ved høje belastninger, hvor de fleste NOx dannes, Mueller og medarbejdere viser, at biodiesel—og eventuelt andre iltet brændstoffer—forårsager reagerer blanding at have en støkiometri tættere på en ilt ækvivalens forholdet 1 og dermed, at have en højere flammetemperatur. Denne ændring sker under forblandet autoignition og i Den Stående forblandede autoignitions zoneone nær flammeløftlængden. Tilstedeværelsen af brændselso .ygen i disse rige zonesoner øger luft-til-brændstofforholdet, hvilket fører til markant højere temperaturer og øget no.under høje belastningsforhold.,
et Andet brændstof kemi virkning kan være en styrkelse af dannelsen af prompt (eller Fenimore) INGEN, som kan udgøre op til 30% af NOx-dannelsen under visse betingelser (Miller & Bowman, 1989). Prompt NO dannes ved reaktion af radikale carbonhydridarter med nitrogen, hvilket i sidste ende fører til dannelsen af NO. Hess and co .orkers (2005) bemærkede, at umættede forbindelser kan danne højere niveauer af radikaler under pyrolyse og forbrænding. De undersøgte potentialet for radikale opfangende antio .idantadditiver for at reducere no.., Nogle, men ikke alle, testede antio .idanter viste sig at reducere no. – emissioner for den analyserede motor.
no.kan også øges ved en mekanisk eller elektronisk system reaktion på egenskaberne af biodiesel. Van Gerpen og samarbejdspartnere har postuleret, at NOx kan stige som følge af et skift i brændstofindsprøjtning timing, der er forårsaget af den højere bulk modulus af kompressionsevne (eller hastigheden af lyd) af biodiesel i forhold til råolie diesel (Tat & Van Gerpen, 2003; Monyem et al., 2001)., Denne forskel i egenskaber kan medføre en hurtigere overførsel af brændstofpumpens trykbølge til injektornålen. Denne ændrede overførsel forårsagede tidligere nåleløft og et lille fremskridt i injektionstimingen, der muligvis tegner sig for en brøkdel af No. – stigningen. S .ybist og Boehman (2003) undersøgte også denne effekt. De fandt, at soja B100 producerer en 1 advance forskud i injektion timing og en næsten 4 advance forskud i starten af forbrændingen., Bulkmoduleffekten ser ud til at være anvendelig på pumpeledningsdyse og enhedsinjektionssystemer, men ikke til højtryks Common rail-systemer, hvor “hurtig overførsel af en trykbølge” ikke forekommer.Eckerle and co .orkers (2008) undersøgte motorens respons fra mekaniske og elektroniske kontrolsystemer til biodiesel mere generelt. Deres undersøgelse viser, at ved høje hastigheder og belastninger har biodieselforbrænding ingen indflydelse på NO.i forhold til konventionelt dieselbrændstof, når diffusionsflammforbrænding er dominerende., Det lavere volumetriske energiindhold i biodiesel medfører imidlertid ændringer i EGR-strømmen og andre parametre, hvilket resulterer i en stigning på 3% til 4% I no.under disse forhold. Ved lavere hastigheder og lettere belastninger, når forblandet forbrænding er dominerende, biodiesel forbrænding Kemi effekter forårsaget No.at stige med omkring 5%. Biodiesel fik imidlertid også motorparametrene til at ændre sig på en måde, der reducerede no., så nettoeffekten var mindre end 1%. Effekten af biodiesel på No.var mindre end virkningen af at variere det aromatiske indhold af dieselolie fra 31,4% til 8,4%., Klart virkningen af biodiesel på NOx-emissionen vil være meget afhængig af motorens design, kontrol, system arkitektur, og kalibrering; disse faktorer vil redegøre for den brede vifte af NOx-emissionen virkninger, som er blevet observeret i fuld skala motor tests.
det er muligt at kalibrere eksisterende motorer, så de ikke har nogen negativ indvirkning på emissionerne som reaktion på biodiesel. Som forventet kan retardering af injektionstiming reducere no.med et vist tab af effektivitet til reduktion af partikler og en vis reduktion i brændstoføkonomien., For eksempel i undersøgelser udført af Ortech (1995) og af Stotler og Menneskelige (1995), forsinke tidspunktet resulteret i reduceret NOx-udledning og øget PM-emissionerne fra B20 til omkring 4% over bunden diesel niveau. FEV Engine-Teknologi (1994) undersøgte injektion timing, injektion pres, og EGR for forskellige sojabønner biodiesel blandinger med diesel i forhold til dem, for konventionel diesel. Relativt lave blandingsniveauer på 10% til 30% sojamethylester var mere lydhøre over for motorparameterændringer over motorkortet end høje blandinger på 50% og 100%., For disse lavere biodieselblandingsniveauer var det muligt at sænke no.på faste niveauer af PM, men ikke samtidig reducere PM og No. ved hjælp af motortiming og trykændringer. Irland og kolleger (2009) viste, at det var muligt at øge brændstofeffektiviteten og holde PM-niveauer under petroleumdiesel, samtidig med at no.reduceres ved at ændre motorkalibreringen for at øge EGR-satser og fremme motorens timing. Optimering af motorkalibreringer til drift på biodiesel kan være et vigtigt område for fremtidig forskning.