小型農用柴油機甲醇生物柴油燃燒與排放模擬的研究

袁林

摘 要：石油資源的緊缺已經成為了現階段世界性的難題，我國對石油的消耗量也是巨大的，不僅包括眾多汽車的使用，還將石油資源應用到農業生產中，近年來我國農業機械設備數量增長極為迅速，并且農用拖拉機等柴油機設備在農業生產中發揮出了巨大的作用，農用柴油機雖然動力較強，但是在使用過程中易產生有害氣體對空氣造成污染，對此也衍生出了新型能源代替柴油作為燃料，實現農用柴油機的實用性、經濟以及環保性。目前在農業生產中，通常將甲醇與生物柴油混合作為小型柴油機的燃料，本文對甲醇生物柴油燃燒與排放模擬進行簡要探究，并對其特性作出簡介，為早日實現農用柴油機的節能減排貢獻一份力量。

關鍵詞：小型農用柴油機;甲醇;生物柴油;燃燒與排放;特性

我國對農業生產的重視程度逐漸增加，同時也加大了對農用機械的投資研究，現階段，為遵循節能減排的環境理念，在小型農用柴油機的燃料問題上展開一定個創新，對甲醇生物柴油進行了進一步的研究，希望通過甲醇生物柴油的特性來改善小型農用柴油機的性能，同時緩解柴油機排污污染較大的問題。甲醇的生產造價低廉，制作方式簡單，將甲醇與生物柴油進行混合，可以有效的提升柴油的燃燒效率，降低氮氧化合物的釋放，有助于改善柴油機的排放問題，同時其還能降低柴油的使用量，實現成本的節約。生物柴油是由動物油脂、植物油為原料，經過化學加工等程序制成的可再生燃料，在一定程度上減少了我國對柴油消耗量較大的難題。

1 小型農用柴油機甲醇生物柴油燃燒特性分析

將甲醇混合到生物柴油中形成混合型燃料，目前在小型農用柴油機上的使用較多，其主要是將甲醇按照一定比例直接摻入到生物柴油內，使該混合型燃料在配制上也較為便捷，其不需改造現有的柴油發動機結構，不會增加小型農用柴油機的建造成本，此外還可以采用缸內噴射的方式。本文在對小型農用柴油機甲醇生物柴油燃燒特性的分析主要根據以下幾點進行研究。

1.1 氣缸壓力和放熱率

生物柴油與甲醇混合后，能夠有效的提升燃料內的十六烷值，其燃燒時的表現要優于普通柴油，并且其燃燒后產生的物質能夠改善機油的活性，能在一定程度上延長機油的使用壽命，進而減少發動機的磨損。通過測試比對發現，甲醇生物柴油能更好的適應低溫啟動，并且在發動機工作時，能夠降低柴油機缸內的最大爆發壓力，其燃燒抗爆性能更加優秀，可以適用于更高壓縮比的發動機內。由于甲醇生物柴油混合燃料具有良好的霧化性，與普通柴油相比更加稀釋，滯燃期內油氣混合更均勻，使缸內最大壓力升高率和最大放熱率升高，但是由于預混燃燒期推后，活塞下行，使得缸內最大爆發壓力有所降低。

1.2 柴油機缸內平均溫度

將甲醇摻入到生物柴油中，在化學催化劑的反應下能夠生產脂肪酸酯，其性質近似于柴油，甲醇生物柴油在發動機內燃燒時，其初始平均溫度相對較低，隨著甲醇汽化程度的增大，混合燃料的燃燒量也在逐漸增加，進而使得缸內溫度明顯升高。但是在達到一定溫度后，甲醇生物柴油比普通柴油的霧化性能要高許多，甲醇霧化會吸收發動機缸內的熱量，使其與空氣更加均勻的混合，在持續一段時間后，缸內的平均溫度相對穩定，其溫度數值要比普通柴油的平均溫度低，在最大溫度上也稍有不足，但是甲醇生物柴油中的氧元素含量較高，能夠在一定程度上促進燃料的燃燒，并且對柴油機的熱效率提升也是有著 較大幫助的，所以不會小型農用柴油機功率降低過多的問題，保證了柴油機實際使用的動力性能。

2 小型農用柴油機甲醇生物柴油排放特性

農用柴油機排放污染較高一直以來都是農業機械化生產中的重要問題，近年來通過技術上的改進，農用小型柴油機的排放性能有所改善，但是由于農業生產環境的特殊性，以及柴油燃燒的特點，致使在一定條件下，柴油機的排放仍然存在著較多的問題，因此目前多采用甲醇生物柴油作為替代燃料，希望可以在根本上解決農用柴油機排放污染嚴重的問題。柴油機排放的污染氣體主要有NOx 、油煙等，還存在著少量的SOx 、HC以及CO等有害氣體，此外就是引起溫室效應的CO2。柴油燃燒在溫度高、氧氣足的情況下會產生較多的NOx，在高溫低氧含量的情況下則會產生較多的油煙，因此柴油機缸內平均溫度與氧氣含量是產生NOX、油煙的關鍵控制點。通過實驗以及相關儀器測得，在使用甲醇生物柴油并且缸內溫度較高時，氧氣含量比普通柴油要低，其主要是甲醇的霧化性能出色，加快了燃油混合氣的形成，進而實現快速的擴散，增加了燃燒對氧氣的消耗量。甲醇生物柴油燃燒的平均溫度低和耗氧量高的綜合條件下，在一定程度上抑制了NOx的形成。同時甲醇對生物柴油的稀釋能力較強，避免燃料大部分粘貼在燃燒室底層，甲醇的添加還會增加發動機內部的含氧量，使燃燒缺氧問題得到解決，因此甲醇生物柴油在使用時所產生的油煙問題有效減少。此外，甲醇生物柴油燃料燃燒的更加完全，有效的減少HC以及CO等有害氣體的排放。

3 結語

綜上所述，甲醇生物柴油的混合燃料在發動機內燃燒的更徹底，并且具有良好的熱傳導效率，在根本上保證了小型農用柴油機的功率，使柴油機的動力性能有所改善。同時甲醇生物柴油的霧化性較強，氧含量充足，燃燒時不易產生油煙，并且其燃燒后發動機缸內的平均溫度與氧分子體積分數都相對較低，對NOX的形成起到一定的限制作用。

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