Grunnleggende Studier av Biodiesel NOx Innvirkning
NOx-dannelse i diesel forbrenning skjer først og fremst via termisk mekanisme, hvor nitrogen fra forbrenningsluften oksidert ved en høy temperatur. Høyere forbrenning temperaturer eller lengre botid ved høye temperaturer føre til økt NOx, og grunnleggende studier på effekten av biodiesel på NOx-utslipp har fokusert på hvordan biodiesel påvirker disse faktorene., Forskning har vist at høyere forbrenning temperaturer eller residence ganger på temperaturen kan komme fra for biodiesel fra: (1) forbrenning effekter som oppstår i sylinderen som et direkte resultat av forskjeller i drivstoff kjemi (Mueller et al. 2009) og (2) motor-respons-effekter, som for eksempel endringer i timing forårsaket av biodiesel er forskjellige mekaniske egenskaper eller endringer i parameter innstillinger forårsaket av responsen av de engine control system til biodiesel (Eckerle et al., 2008).,
Den omfattende studien av Mueller og kolleger (2009) har vurdert flere mulige mekanismer som har blitt foreslått for å forklare hvordan soya-avledet biodiesel forbrenning påvirker utslipp av NOx. En tidlig hypotese var at tilstedeværelsen av oksygen i biodiesel reduserer i-sylindret sot produksjon. Fordi sot er en svært effektiv varme radiator, reduksjon av sot kan øke flamme temperatur og dermed øke NOx (Cheng et al., 2006)., Ved å måle strålevarme tap, Mueller og medarbeidere viser at strålevarme overføre spiller en betydelig rolle i flamme temperatur; derav, det påvirker NOx-utslipp, men er ikke direkte korrelert til økning i NOx observert for B100.
Mueller og kolleger (2009) viste også at, i lys motor belastning, forbrenning skjer raskere for biodiesel enn for hydrokarboner og at peak bulk gass temperaturen er høyere og forekommer tidligere i motoren syklus., Siden NOx-produksjon er favorisert ved høyere temperaturer og dens termiske dannelse oppstår ved reaksjon priser sammenlignes med vanlig motor forbrenning ganger tidligere og varmere reaksjon scenarier fra B100 produsere mer NOx. Imidlertid, Mueller et al. var ikke i stand til å vise lignende forbrenning effekter på høyere belastning, hvor de fleste NOx er produsert, noe som tyder på at denne effekten er ikke den viktigste årsaken til høyere NOx forbundet med biodiesel.,
en Annen tidlig hypotese er at den doble obligasjoner til stede i biodiesel kan føre til et høyere adiabatic flamme temperatur, fører til en høyere temperatur på flamme foran spredning flamme. Denne hypotesen er i samsvar med resultater som viser høyere nivåer av NOx-utslipp for biodiesel fra flere svært umettet feedstocks (McCormick et al., 2001). Cheng og kolleger (2006) presenterer resultater av likevekt beregninger for methyl oleate at avkrefte denne hypotesen., Imidlertid, Ban-Weiss og kolleger (2007) utført beregninger av adiabatic flamme temperatur basert på kjemiske kinetisk modeller og funnet betydelige konsekvenser knyttet til unsaturation. Mueller og kolleger (2009) revisited disse beregningene, men fant at adiabatic flamme temperaturer for biodiesel var lavere enn for diesel-som molekyler og konkludere med at denne effekten ikke kan være årsaken til høyere NOx.,
Ved høy belastning, hvor de fleste NOx dannes, Mueller og medarbeidere viser at biodiesel—og muligens andre oksygenrikt brensel fører til at den reagerer blanding å ha en stoichiometry nærmere oksygen ekvivalens forholdet 1 og, derfor, å ha en høyere flamme temperatur. Denne endringen skjer under ferdigblandet autoignition og i stående ferdigblandet autoignition sone nær flammen lift-off lengde. Tilstedeværelsen av drivstoff oksygen i disse rike soner øker luft-til-drivstoff-forhold, som fører til betydelig høyere temperaturer og økt NOx under høy belastning.,
en Annen drivstoff kjemi effekten kan være forbedring av dannelsen av dos-ledetekst (eller Fenimore) INGEN, som kan forklare opp til 30% av NOx-dannelse under visse forhold (Miller & Bowman, 1989). Be IKKE er dannet ved reaksjon av radikale hydrokarbon arter med nitrogen, til slutt førte til dannelsen av NO. Hess og kolleger (2005) bemerket at umettede forbindelser kan danne høyere nivåer av radikaler under pyrolyse og forbrenning. De har undersøkt potensialet for radikal scavenging antioksidant tilsetningsstoffer for å redusere NOx., Noen, men ikke alle, antioksidanter testet ble vist å redusere NOx-utslipp for motor under analyse.
NOx kan også økes ved en mekanisk eller elektronisk system svar til egenskapene til biodiesel. Van Gerpen og samarbeidspartnere har postulert at NOx kan øke som et resultat av et skift i bensininnsprøytning timing forårsaket av høyere bulk elastisitet av compressibility (eller speed of sound) av biodiesel i forhold til petroleum diesel (Tat & Van Gerpen, 2003; Monyem et al., 2001)., Denne forskjellen i egenskapene kan føre til en mer rask overføring av drivstoff pumpe trykkbølge til sprøyta nål. Dette endret overføring forårsaket tidligere nål heis og en liten forhånd injeksjon timing som kan kontoen din for en brøkdel av NOx øke. Szybist og Boehman (2003) undersøkte også denne effekten. De fant at soya B100 lager en 1° forhånd injeksjon timing og en nesten 4° forhånd i starten av forbrenning., Bulk elastisitet effekten ser ut til å være aktuelt å pumpe-linje munnstykke og enhet injection systemer, men ikke til høytrykks common rail-systemer som «rask overføring av en trykkbølge» ikke forekommer.
Eckerle og kolleger (2008) undersøkte motoren svar av mekaniske og elektroniske kontrollsystemer til biodiesel mer generelt. Deres studie viser at det ved høye hastigheter og belastninger, biodiesel forbrenning har ingen innvirkning på NOx i forhold til konvensjonell diesel drivstoff når diffusjon flamme forbrenning er dominerende., Imidlertid lavere volumetrisk energi innhold av biodiesel fører til endringer til EGR flow og andre parametre, som resulterer i en 3% til 4% økning i NOx under disse forholdene. Ved lavere hastigheter og lettere belastning, når ferdigblandet forbrenning er dominerende, biodiesel forbrenning kjemi virkninger forårsaket av NOx til å øke med om lag 5%. Imidlertid, biodiesel også forårsaket motoren parametere for å endre på en slik måte at redusert NOx, slik at netto-effekten var mindre enn 1%. Effekten av biodiesel på NOx var mindre enn effekten av varierende aromatisk innhold av diesel fra 31.4% til 8,4%., Klart virkningen av biodiesel på utslipp av NOx vil være svært avhengig av motor design, kontroll system arkitektur, og kalibrering; disse faktorene trolig konto for det brede spekter av NOx-utslipp virkninger som har vært observert i full skala motor tester.
Det er mulig å kalibrere eksisterende motorer slik at de har ingen negative utslipp innvirkning i respons til biodiesel. Som forventet, bremse injeksjon timing kan redusere NOx, med noe tap av effektivitet for PM reduksjon og noen reduksjon i drivstoff økonomi., For eksempel, i studier utført av Ortech (1995) og ved Stotler og Menneske (1995), bremse timing resulterte i redusert NOx-utslipp og økt PM utslipp fra B20 til ca 4% over bunnen diesel nivå. FEV Engine-Teknologi (1994) undersøkte injeksjon timing, injeksjon press, og EGR for ulike soya biodiesel blandes med diesel i forhold til de for konvensjonell diesel. Relativt lav blending nivåer av 10% til 30% soya methyl ester var mer responsive til motoren parameteren endringer over motoren kart enn høy blanding av 50% og 100%., For disse lavere biodiesel-blanding nivåer, det var mulig å redusere NOx på fastsatte nivåer av SVEVESTØV, men ikke til å redusere samtidig PM og NOx ved hjelp av motor timing og trykkendringer. Irland og kolleger (2009) viste at det var mulig å øke drivstoffeffektiviteten og holde PM nivåer under petroleum diesel, mens å redusere NOx-ved å endre engine kalibrering for å øke EGR priser og forhånd motor timing. Optimalisering av motor kalibreringer for drift på biodiesel kan være et viktig område for videre forskning.