studii fundamentale ale impactului Biodiesel NOx
formarea NOx în arderea diesel are loc în principal prin mecanismul termic, în cazul în care azotul din aerul de ardere este oxidat la o temperatură ridicată. Temperaturile mai ridicate de ardere sau timpul de ședere mai lung la temperaturi ridicate conduc la creșterea NOx, iar studiile fundamentale privind efectul biodieselului asupra emisiilor de NOx s-au concentrat asupra modului în care biodieselul afectează acești factori., Cercetările au arătat că temperaturile de ardere mai ridicate sau timpii de ședere la temperatură pot proveni pentru biodiesel din: (1) efectele de ardere care apar în cilindru ca rezultat direct al diferențelor în chimia combustibilului (Mueller et al., 2009) și (2) efectele de răspuns ale motorului, cum ar fi modificări ale timpului cauzate de proprietățile mecanice diferite ale biodieselului sau modificări ale setărilor parametrilor cauzate de răspunsul sistemului de control al motorului la biodiesel (Eckerle et al., 2008).,studiul cuprinzător al lui Mueller și al colegilor (2009) a evaluat multe mecanisme posibile care au fost propuse pentru a explica modul în care arderea biodiesel derivată din soia afectează emisiile de NOx. O ipoteză timpurie a fost că prezența oxigenului în biodiesel reduce producția de funingine în cilindru. Deoarece funinginea este un radiator de căldură extrem de eficient, reducerea funinginii ar putea crește temperatura flăcării și, astfel, poate crește NOx (Cheng et al., 2006)., Prin măsurarea pierderilor de căldură radiantă, Mueller și colegii arată că transferul de căldură radiant joacă un rol semnificativ în temperatura flăcării; prin urmare, afectează emisiile de NOx, dar nu este direct corelat cu creșterile de NOx observate pentru B100.Mueller și colegii (2009) au arătat, de asemenea, că, la sarcina ușoară a motorului, arderea are loc mai rapid pentru biodiesel decât pentru hidrocarburi și că temperaturile maxime ale gazului în vrac sunt mai mari și apar mai devreme în ciclul motorului., Deoarece producția de NOx este favorizată la temperaturi mai ridicate, iar formarea sa termică are loc la rate de reacție comparabile cu timpii tipici de ardere a motorului, scenariile de reacție mai timpurii și mai fierbinți de la B100 produc mai mult NOx. Cu toate acestea, Mueller și colab. nu au fost în măsură să prezinte efecte similare de ardere la sarcini mai mari în cazul în care se produce cel mai mult NOx, sugerând că acest efect nu este principalul motiv pentru Nox mai mare asociat cu biodiesel.,o altă ipoteză timpurie este că legăturile duble prezente în biodiesel poate provoca o temperatură mai mare flacără adiabatic, ceea ce duce la o temperatură mai ridicată la fața flăcării flăcării de difuzie. Această ipoteză este în concordanță cu rezultatele care arată niveluri mai ridicate de emisii de NOx pentru biodiesel din materii prime mai nesaturate (McCormick et al ., 2001). Cheng și colegii (2006) prezintă rezultatele calculelor de echilibru pentru oleat de metil care resping această ipoteză., Cu toate acestea, Ban-Weiss și colegii (2007) au efectuat calcule ale temperaturii flăcării adiabatice pe baza modelelor cinetice chimice și au constatat impacturi semnificative asociate cu nesaturarea. Mueller și colegii (2009) au revizuit aceste calcule, dar au constatat că temperaturile de flacără adiabatice pentru biodiesel au fost mai mici decât pentru moleculele asemănătoare motorinei și au concluzionat că acest efect nu poate fi cauza NOx mai mare.,la sarcini mari, unde se formează majoritatea NOx, Mueller și colegii arată că biodieselul—și, eventual, alți combustibili oxigenați-determină amestecul care reacționează să aibă o stoichiometrie mai aproape de un raport de echivalență a oxigenului de 1 și, prin urmare, să aibă o temperatură mai mare a flăcării. Această modificare are loc în timpul autoaprinderii preamestecate și în zona de autoaprindere preamestecată în picioare, lângă lungimea de ridicare a flăcării. Prezența oxigenului combustibil în aceste zone bogate crește raportul aer-combustibil, ceea ce duce la temperaturi semnificativ mai ridicate și la creșterea NOx în condiții de încărcare ridicată.,
Alt combustibil chimie efect ar putea fi cresterea formarea de prompt (sau Fenimore) NU, care pot reprezenta până la 30% din formarea de NOx în anumite condiții (Miller & Bowman, 1989). Prompt NO se formează prin reacția speciilor de hidrocarburi radicale cu azot, ducând în cele din urmă la formarea NO. Hess și colegii (2005) au remarcat că compușii nesaturați pot forma niveluri mai ridicate de radicali în timpul pirolizei și arderii. Ei au investigat potențialul aditivilor antioxidanți radicali pentru a reduce NOx., Unii, dar nu toți, antioxidanții testați s-au dovedit a reduce emisiile de NOx pentru motorul analizat.NOx poate fi, de asemenea, crescută printr-un răspuns sistem mecanic sau electronic la proprietățile biodiesel. Van Gerpen și colaboratorii au postulat că NOx poate crește ca urmare a unei modificări a injecției de combustibil cauzate de cea mai mare vrac modulul de compresibilitate (sau viteza sunetului) de biomotorină relative la petrol și diesel (Tat & Van Gerpen, 2003; Monyem et al., 2001)., Această diferență de proprietăți poate determina un transfer mai rapid al undei de presiune a pompei de combustibil către acul injectorului. Acest transfer modificat a determinat ridicarea anterioară a acului și un mic avans în momentul injectării, care ar putea reprezenta o fracțiune din creșterea NOx. Szybist și Boehman (2003) au examinat, de asemenea, acest efect. Ei au descoperit că soia B100 produce un avans de 1° în momentul injectării și un avans de aproape 4° la începutul arderii., Efectul modulului în vrac pare să fie aplicabil sistemelor de injecție cu duze și unități de pompare, dar nu și sistemelor common rail de înaltă presiune în care nu are loc „transferul rapid al unei unde de presiune”.Eckerle și colegii (2008) au examinat răspunsul motorului sistemelor de control mecanic și electronic la biodiesel mai general. Studiul lor arată că, la viteze și sarcini mari, arderea biodieselului nu are niciun impact asupra NOx în raport cu combustibilul diesel convențional atunci când arderea cu flacără de difuzie este dominantă., Cu toate acestea, conținutul de energie volumetrică mai mic al biodieselului determină modificări ale fluxului EGR și ale altor parametri, rezultând o creștere de 3% până la 4% A NOx în aceste condiții. La viteze mai mici și sarcini mai ușoare, atunci când arderea preamestecată este dominantă, efectele chimice de ardere biodiesel cauzate de NOx să crească cu aproximativ 5%. Cu toate acestea, biomotorina a determinat, de asemenea, modificarea parametrilor motorului într-un mod care a redus NOx, astfel încât efectul net a fost mai mic de 1%. Efectul biodieselului asupra NOx a fost mai mic decât efectul variării conținutului aromatic al motorinei de la 31,4% la 8,4%., În mod clar, impactul biodieselului asupra emisiilor de NOx va depinde în mare măsură de proiectarea motorului, de arhitectura sistemului de control și de calibrare; acești factori reprezintă probabil gama largă de efecte asupra emisiilor de NOx care au fost observate în cadrul testelor de motor la scară completă.este posibilă calibrarea motoarelor existente astfel încât să nu aibă un impact negativ asupra emisiilor ca răspuns la biodiesel. Așa cum era de așteptat, întârzierea timpului de injecție poate reduce NOx, cu o anumită pierdere de eficacitate pentru reducerea PM și o anumită reducere a economiei de combustibil., De exemplu, în studiile efectuate de către Ortech (1995) și de Stotler și Umane (1995), intarzierea de distribuție a dus la reducerea emisiilor de NOx și creșterea emisiilor de PM de la B20 la aproximativ 4% deasupra bazei diesel nivel. Tehnologia motorului FEV (1994) a investigat timpul de injecție, Presiunea de injecție și EGR pentru diferite amestecuri de biodiesel din soia cu motorină în comparație cu cele pentru motorina convențională. Nivelurile relativ scăzute de amestecare de 10% până la 30% ester metilic de soia au fost mai receptive la modificările parametrilor motorului pe harta motorului decât amestecurile ridicate de 50% și 100%., Pentru aceste niveluri mai mici de amestec de biodiesel, a fost posibil să se reducă NOx la niveluri fixe de PM, dar nu pentru a reduce simultan PM și NOx folosind calendarul motorului și schimbările de presiune. Irlanda și colegii (2009) au arătat că a fost posibilă creșterea eficienței consumului de combustibil și menținerea nivelului de PM sub cel al motorinei petroliere, reducând în același timp NOx prin schimbarea calibrării motorului pentru a crește ratele EGR și a avansa calendarul motorului. Optimizarea calibrărilor motorului pentru funcționarea pe biodiesel poate fi un domeniu important de cercetare viitoare.