a biodízel Nox-hatásának alapvető vizsgálata
NOx-képződés a dízelégetésben elsősorban a termikus mechanizmuson keresztül történik, ahol az égési levegőből származó nitrogén magas hőmérsékleten oxidálódik. A magasabb égési hőmérséklet vagy a magas hőmérsékleten hosszabb tartózkodási idő megnöveli a NOx-ot, és a biodízel NOx-kibocsátásra gyakorolt hatására vonatkozó alapvető tanulmányok arra összpontosítottak, hogy a biodízel hogyan befolyásolja ezeket a tényezőket., Kutatások kimutatták, hogy a magasabb égési hőmérséklet vagy tartózkodási idő hőmérsékleten származhat biodízel származó: (1) égési hatások fordulnak elő a henger közvetlen eredményeként különbségek üzemanyag kémia (Mueller et al., 2009) és (2) a motorra adott válaszhatások, mint például a biodízel különböző mechanikai tulajdonságai által okozott időzítési változások vagy a motorvezérlő rendszer biodízelre adott válasza által okozott paraméterbeállítások változásai (Eckerle et al., 2008).,
A Mueller and coworkers (2009) átfogó tanulmánya számos lehetséges mechanizmust értékelt, amelyeket javasoltak annak magyarázatára, hogy a szója-eredetű biodízel-égés hogyan befolyásolja az NOx-kibocsátást. Korai hipotézis volt, hogy az oxigén jelenléte a biodízelben csökkenti a hengeren belüli koromtermelést. Mivel a korom rendkívül hatékony hőhűtő, a korom csökkentése növelheti a láng hőmérsékletét, ezáltal növelheti az NOx-ot (Cheng et al., 2006)., A sugárzó hőveszteség mérésével a Mueller és munkatársai azt mutatják, hogy a sugárzó hőátadás jelentős szerepet játszik a láng hőmérsékletében; ennélfogva befolyásolja az NOx-kibocsátást, de nem közvetlenül korrelál a B100 esetében megfigyelt NOx-növekedéssel.
Mueller és munkatársai (2009) azt is kimutatták, hogy könnyű motorterhelésnél a biodízelnél gyorsabban égnek, mint a szénhidrogéneknél, és hogy az ömlesztett gáz csúcshőmérséklete magasabb, és a motorciklus elején fordul elő., Mivel az NOx-termelés magasabb hőmérsékleten kedvező, és hőképződése a tipikus motorégési időkhöz hasonló reakciósebességgel történik, a B100 korábbi és melegebb reakcióforgatókönyvei több NOx-ot termelnek. Azonban Mueller et al. nem voltak képesek hasonló égési hatásokat mutatni nagyobb terheléseknél, ahol a legtöbb NOx keletkezik, ami arra utal, hogy ez a hatás nem a fő oka a biodízelhez kapcsolódó magasabb NOx-nak.,
egy másik korai hipotézis szerint a biodízelben jelen lévő kettős kötések magasabb adiabatikus lánghőmérsékletet okozhatnak,ami magasabb hőmérsékletet eredményez a diffúziós láng előtt. Ez a hipotézis összhangban van azokkal az eredményekkel, amelyek a biodízel magasabb nox-kibocsátását mutatják az erősen telítetlen alapanyagokból (McCormick et al., 2001). Cheng és munkatársai (2006) a metil-oleát egyensúlyi számításainak eredményeit mutatják be, amelyek megcáfolják ezt a hipotézist., A Ban-Weiss és munkatársai (2007) azonban kémiai kinetikai modellek alapján végezték el az adiabatikus láng hőmérsékletének számítását, és jelentős hatásokat találtak az éretlenséggel kapcsolatban. Mueller és munkatársai (2009) felülvizsgálták ezeket a számításokat, de megállapították, hogy a biodízel adiabatikus lánghőmérséklete alacsonyabb, mint a dízelszerű molekulák esetében, és arra a következtetésre jutottak, hogy ez a hatás nem okozhatja a magasabb NOx-ot.,
nagy terhelés, ahol a legtöbb NOx képződik, Mueller, valamint munkatársai mutatják, hogy a biodízel—lehet, hogy más oxigéndús üzemanyagok—okoz-a reagál keverék egy kémiát közelebb oxigén ekvivalencia aránya 1, azaz egy magasabb láng hőmérséklet. Ez a változás a premixed autoignition alatt, valamint a lángfelvonó hossz közelében álló premixed autoignition zónában történik. Az üzemanyag-oxigén jelenléte ezekben a gazdag zónákban növeli a levegő-üzemanyag arányt, ami jelentősen magasabb hőmérséklethez vezet, és magas terhelési körülmények között növeli az NOx-ot.,
egy másik üzemanyagkémiai hatás lehet a prompt (vagy Fenimore) NO kialakulásának fokozása, amely bizonyos körülmények között az NOx-képződés akár 30% – át is kiteheti (Miller & Bowman, 1989). A Prompt NO-t a radikális szénhidrogén Fajok nitrogénnel való reakciójával alakítják ki, ami végső soron NO kialakulásához vezet. Hess és munkatársai (2005) megjegyezték, hogy a telítetlen vegyületek a pirolízis és égés során magasabb gyököket képezhetnek. Megvizsgálták az antioxidáns adalékanyagok radikális eltávolításának lehetőségét az NOx csökkentése érdekében., Néhány, de nem minden vizsgált antioxidánsról kimutatták, hogy csökkenti az elemzés alatt álló motor NOx-kibocsátását.
a NOx a biodízel tulajdonságaira adott mechanikus vagy elektronikus rendszer válaszával is növelhető. Van Gerpen közreműködők van, feltételezik, hogy a NOx növelheti eredményeként egy műszakban üzemanyag-befecskendezés által okozott magasabb tömeges modulus a kompresszibilitási (vagy a speed of sound) a biodízel képest ásványolaj dízel (Tat & Van Gerpen, 2003; Monyem et al., 2001)., Ez a tulajdonságbeli különbség az üzemanyag-szivattyú nyomáshullámának az injektor tűjére történő gyorsabb átvitelét okozhatja. Ez a megváltozott átvitel a tű korábbi emelését és az injekció beadásának időzítését eredményezte, ami az NOx növekedésének töredékét teheti ki. Szybist and Boehman (2003) szintén megvizsgálta ezt a hatást. Megállapították, hogy a szója B100 1° – os előrenyomulást és közel 4° – os előrenyomulást eredményez az égés kezdetén., Úgy tűnik, hogy az ömlesztett modulus hatás alkalmazható a szivattyúvezetékes fúvókákra és az egységbefecskendező rendszerekre, de nem azokra a nagynyomású közös vasúti rendszerekre, amelyekben a “nyomáshullám gyors átvitele” nem fordul elő.
Eckerle és munkatársai (2008) általánosabban megvizsgálták a mechanikus és elektronikus vezérlőrendszerek motorválaszát a biodízelre. Tanulmányuk azt mutatja, hogy nagy sebességnél és terhelésnél a biodízel-égés nem befolyásolja az NOx-ot a hagyományos dízelüzemanyaghoz képest, amikor a diffúziós láng égése domináns., A biodízel alacsonyabb térfogati energiatartalma azonban megváltoztatja az EGR-áramlást és egyéb paramétereket, ami ezen körülmények között 3-4% – os NOx-növekedést eredményez. Alacsonyabb sebességnél és könnyebb terhelésnél, amikor az előkevert égés dominál, a biodízel égési kémiai hatásai körülbelül 5% – kal növelték az NOx-ot. A biodízel azonban a motor paramétereit is olyan módon változtatta meg, amely csökkentette az NOx-ot, így a nettó hatás kevesebb volt, mint 1%. A biodízel NOx-ra gyakorolt hatása kisebb volt, mint a dízelüzemanyag aromás tartalmának 31,4% – ról 8,4% – ra történő változtatása., Világos, hogy a hatás a biodízel a NOx-kibocsátás nagymértékben függ a motor tervezési, ellenőrzési rendszer architektúra, illetve kalibrálási; ezek a tényezők valószínűleg figyelembe, hogy a széles NOx-kibocsátás hatások figyelhetők meg a teljes skála motor tesztek.
lehetséges a meglévő motorok kalibrálása úgy, hogy a biodízelre adott válaszként ne legyen negatív kibocsátási hatásuk. Ahogy az várható volt, a befecskendezés időzítésének késleltetése csökkentheti az NOx-ot, némi hatékonyságvesztéssel a PM-csökkentés és némi üzemanyag-fogyasztás csökkenésével., Például az Ortech (1995) és a Stotler and Human (1995) által végzett vizsgálatok során az időzítés késleltetése csökkentette az NOx-kibocsátást és növelte a PM-kibocsátást a B20-ról körülbelül 4% – ra az alap dízel szintje felett. A FEV engine Technology (1994) a befecskendezés időzítését, a befecskendezési nyomást és az EGR-t vizsgálta különböző szója-biodízel-keverékek esetében a dízelhez képest a hagyományos dízelhez képest. A viszonylag alacsony, 10-30% – os keverési szintek a szója-metil-észter jobban reagáltak a motorparaméterek változásaira a motortérképen, mint az 50% – os és 100% – os magas keverékek., Ezen alacsonyabb biodízel-keverési szintek esetében a motor időzítésének és nyomásának változtatásával lehetett csökkenteni a NOx-ot rögzített PM-szinteken, de nem lehetett egyidejűleg csökkenteni a PM-et és a NOx-ot. Írország munkatársak (2009) kimutatta, lehetséges, hogy növeli az üzemanyag-hatékonyság tovább PM szint alatt, hogy a kőolaj dízel, miközben csökkenti a NOx megváltoztatásával a motor kalibrálás, hogy növelje EGR árak, valamint az előzetes motor időzítés. A motor kalibrációinak optimalizálása a biodízel üzemeltetéséhez a jövőbeli kutatások fontos területe lehet.