劉勇強(qiáng), 盧文健, 衛(wèi)將軍, 曾 楊, 銀增輝, 錢(qián)葉劍

(1.合肥工業(yè)大學(xué) 汽車(chē)與交通工程學(xué)院,安徽 合肥 230009; 2.中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心,天津 300300)

0 引 言

柴油機(jī)因具有較高的熱效率以及較好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性等優(yōu)點(diǎn),一直被大規(guī)模用作交通運(yùn)輸車(chē)輛、工程機(jī)械和農(nóng)業(yè)機(jī)械的動(dòng)力裝置。然而,柴油機(jī)消耗了大量的化石能源以及排放的多種污染物給能源儲(chǔ)存和環(huán)境治理帶來(lái)了巨大的壓力[1]。使用替代燃料是理想的選擇之一,其中生物柴油是可再生能源,其含氧量較高,燃燒性能好,生物降解能力強(qiáng),燃油屬性與柴油相似[2]。國(guó)內(nèi)外大量研究表明,使用生物柴油替代燃料可以有效改善發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)燃燒過(guò)程,從而降低CO、HC、NOx和碳煙等污染物的排放[3-4];但由于生物柴油黏度較大、熱值較低的特點(diǎn),導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)燃用生物柴油的油耗比柴油高,且熱效率降低[5]。而燃料添加劑常被用來(lái)改善生物柴油的燃料特性。試驗(yàn)研究表明，納米顆粒添加劑能夠促進(jìn)燃料霧化,加速熱量傳遞,并能有效地改善燃料燃燒,從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性,同時(shí)降低污染物的排放[6]。文獻(xiàn)[7]研究了生物柴油中添加納米二氧化硅(SiO2)顆粒對(duì)燃料特性和發(fā)動(dòng)機(jī)排放的影響,發(fā)現(xiàn)燃料的黏度下降,缸內(nèi)燃燒得到優(yōu)化,進(jìn)而使得CO和NOx的排放顯著降低;文獻(xiàn)[8]研究發(fā)現(xiàn),柴油中添加納米SiO2后發(fā)動(dòng)機(jī)油耗降低了19.8%,制動(dòng)熱效率提高了18.8%,HC的排放降低了1.76倍。此外,由于納米二氧化鈰(CeO2)顆?？梢宰鳛檠趸呋瘎?促進(jìn)烴的氧化和氮氧化物的還原,因此被廣泛用作柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的添加劑[9-10]。文獻(xiàn)[11]在四沖程單缸柴油機(jī)上研究了納米CeO2顆粒對(duì)生物柴油燃燒及排放的影響,發(fā)現(xiàn)缸內(nèi)峰值壓力升高,燃油經(jīng)濟(jì)性得到改善,CO和NOx的排放顯著降低。另外,也有研究結(jié)合了不同納米顆粒的優(yōu)點(diǎn),使用納米顆粒混合添加劑來(lái)改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能,文獻(xiàn)[12]發(fā)現(xiàn)納米氧化石墨烯和二氧化鈦混合添加劑在中、高負(fù)荷下可以顯著降低發(fā)動(dòng)機(jī)油耗。在后處理方面,納米SiO2和CeO2添加劑及其燃燒產(chǎn)物能夠有效地被DPF捕集,并作為催化劑提高碳煙氧化速率,降低DPF的再生平衡溫度[13-14]。

因此,本文選取納米SiO2和CeO2作為混合添加劑,探究其對(duì)柴油/生物柴油摻混燃料的燃燒和排放性能的影響。研究結(jié)果以期為優(yōu)化生物柴油的應(yīng)用提供理論依據(jù)及數(shù)據(jù)支持。

1 試驗(yàn)裝置、燃料及方法

1.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)所用發(fā)動(dòng)機(jī)為常柴ZS1100單缸水冷直噴柴油機(jī),其技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1所列。本試驗(yàn)選用最大扭矩轉(zhuǎn)速為1 800 r/min的發(fā)動(dòng)機(jī),測(cè)定不同負(fù)荷5、15、25、35、45 N·m下發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒及排放特性參數(shù)。主要測(cè)試設(shè)備有AVL GH14D缸壓傳感器、AVL HR-CA-B1燃燒分析儀、HORIBA MEXA-584L型尾氣分析儀及AVL Dismoke 4 000不透光煙度儀。對(duì)于每個(gè)試驗(yàn)工況點(diǎn),采集3組數(shù)據(jù)取平均值以減少測(cè)量誤差 (每組測(cè)量數(shù)據(jù)的相對(duì)偏差不能超過(guò)3%)。

表1 試驗(yàn)用ZS1100柴油機(jī)參數(shù)

1.2 燃料配置及試驗(yàn)方法

試驗(yàn)所用基礎(chǔ)燃料為市售國(guó)六0#柴油和生物柴油。試驗(yàn)測(cè)試燃料包括D100(純柴油)、B20、B20Si25Ce25、B20Si50Ce50、B20Si100Ce100。其中:B20為體積分?jǐn)?shù)20%的生物柴油和80%的柴油摻混后,通過(guò)磁力攪拌(MS-PB)制備的摻混燃料;B20Si25Ce25(B20+25 mg/kg SiO2+25 mg/kg CeO2)、B20Si50Ce50(B20+50 mg/kg SiO2+50 mg/kg CeO2)、B20Si100Ce100(B20+100 mg/kg SiO2+100 mg/kg CeO2)表示納米流體燃料。

在納米流體燃料配置過(guò)程中,先向B20中添加體積分?jǐn)?shù)為2%的表面活性劑(Span80),同時(shí)使用磁力攪拌器攪拌至混合液均勻狀態(tài),然后將配置好的納米SiO2和CeO2混合添加劑加入到該配置燃料中,繼續(xù)攪拌60 min左右,而后將配置好的燃料在40 kHz的頻率下超聲處理60 min。觀察發(fā)現(xiàn),配置而成的納米流體燃料具有良好的分散性和穩(wěn)定性。

試驗(yàn)所用納米SiO2和CeO2顆粒的具體參數(shù)見(jiàn)表2所列。從表2可以看出,顆粒粒徑都小于50 nm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于噴油器噴孔直徑(0.32 mm),因此燃料在噴油器流動(dòng)過(guò)程中不存在堵塞現(xiàn)象。

試驗(yàn)所用測(cè)試燃料的理化特性見(jiàn)表3所列。在換測(cè)試燃油時(shí),保證發(fā)動(dòng)機(jī)至少運(yùn)行30 min,以耗盡上一組測(cè)試燃料。試驗(yàn)后,油箱及油管內(nèi)未發(fā)現(xiàn)納米SiO2和CeO2顆粒的吸附。

表2 試驗(yàn)用納米SiO2和CeO2參數(shù)

表3 試驗(yàn)用燃料理化特性

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 燃燒特性

不同負(fù)荷下各燃料缸內(nèi)壓力和放熱率曲線如圖1所示。

從圖1可以看出,隨著負(fù)荷的增大,由于發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)噴油量增加,缸內(nèi)峰值壓力和放熱率逐漸升高。在各負(fù)荷下,B20的缸內(nèi)峰值壓力和放熱率均低于D100,這是由于與柴油相比,生物柴油具有較低的熱值和較高的汽化潛熱,導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)燃用B20所產(chǎn)生的熱量低于D100[15];再者,生物柴油高運(yùn)動(dòng)黏度的特性不利于燃油的霧化,使預(yù)燃混合氣的形成速率降低,因此也可能導(dǎo)致缸內(nèi)壓力和放熱率峰值的下降[16];此外,通過(guò)缸壓曲線可以觀察到B20峰值壓力對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角相較于D100提前,這是由于生物柴油的十六烷值高于柴油,從而導(dǎo)致滯燃期縮短(圖1d),燃燒相位提前[3]。

從圖1還可以看出,B20中添加納米SiO2和CeO2混合顆粒后,在各負(fù)荷下的缸內(nèi)峰值壓力和放熱率峰值均有所增加。其中:在低負(fù)荷下,燃用B20Si25Ce25、B20Si50Ce50和B20Si100Ce100納米流體燃料的缸內(nèi)峰值壓力相較于B20(6.03 MPa)分別增加了0.02、0.03、0.18 MPa,放熱率峰值相較于B20(52.3 J/°CA)分別提高了3.6%、10.7%、13.9%;高負(fù)荷下,B20Si25Ce25、B20Si50Ce50和B20Si100Ce100的缸內(nèi)峰值壓力相較于B20(7.82 MPa)分別增加了0.04、0.07、0.09 MPa,放熱率峰值相較于B20(82.8 J/°CA)分別提高1.2%、2.3%、5.3%。

數(shù)據(jù)結(jié)果表明，納米SiO2和CeO2顆粒優(yōu)化了生物柴油在缸內(nèi)的燃燒過(guò)程,促使缸內(nèi)峰值壓力和放熱率峰值提高,并且隨著納米顆粒添加量的增加,優(yōu)化效果更加明顯,這可能與納米顆粒自身的性質(zhì)有關(guān)。納米顆粒較高的表面活性和良好的傳質(zhì)導(dǎo)熱性能夠提高燃料液滴的蒸發(fā)速率,加快燃料的燃燒[11-17]。另外,納米SiO2顆粒較大的比表面積能夠促進(jìn)空氣與燃料充分接觸,從而實(shí)現(xiàn)燃料的完全燃燒[8]。同時(shí),納米CeO2能起到催化氧化作用,在燃燒反應(yīng)過(guò)程中為燃料提供氧氣[9]。不難發(fā)現(xiàn)，納米SiO2和CeO2顆粒的添加對(duì)B20在不同負(fù)荷下的燃燒優(yōu)化程度并非一致,由于高負(fù)荷下缸內(nèi)溫度急劇升高,燃料蒸發(fā)霧化效果較好,使得納米顆粒的優(yōu)化效果不再顯著。此外,與B20相比,添加納米SiO2和CeO2顆?？梢钥s短滯燃期,且隨著納米顆粒添加量的增加,這種趨勢(shì)更加明顯。這是由于納米顆粒良好的傳質(zhì)導(dǎo)熱特性提升了燃料的著火性,致使燃燒始點(diǎn)提前。

圖1 不同負(fù)荷下各燃料缸內(nèi)壓力和燃燒放熱率曲線

比油耗(brake specific fuel consumption,BSFC)即燃油消耗率,是衡量發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性能的重要指標(biāo),其變化規(guī)律如圖2所示。

圖2 不同負(fù)荷下各燃料BSFC的變化規(guī)律

從圖2可以看出,隨著負(fù)荷的增加,BSFC逐漸下降。在低負(fù)荷時(shí),由于缸內(nèi)溫度較低,燃油蒸發(fā)霧化效果較差,油氣混合不均勻致使燃燒不充分,進(jìn)而導(dǎo)致燃油消耗率較高;隨著負(fù)荷的增加,缸內(nèi)溫度得到提高,改善了油氣混合,燃油消耗逐漸下降;在各負(fù)荷下,發(fā)動(dòng)機(jī)燃用B20的BSFC均高于D100;尤其是高負(fù)荷(45 N·m)下,B20的BSFC升幅最大為5.0%。

盡管生物柴油含氧,但并不能彌補(bǔ)其熱值較低的劣勢(shì),因此發(fā)動(dòng)機(jī)要消耗更多的B20燃料以輸出與D100相同的功率;同時(shí),生物柴油較高的運(yùn)動(dòng)黏度不利于燃油霧化,導(dǎo)致缸內(nèi)燃燒變差,進(jìn)而增加燃油消耗量[18]。

此外,B20中添加納米SiO2和CeO2顆粒后,發(fā)動(dòng)機(jī)各負(fù)荷下燃油消耗率能夠降低0.69%～5.9%,且隨著納米顆粒添加量的增加,降幅愈發(fā)明顯。這與燃燒規(guī)律的分析結(jié)果一致,即納米顆粒對(duì)缸內(nèi)燃燒起到優(yōu)化作用,使得燃料燃燒更加充分,進(jìn)而降低了燃油消耗量。文獻(xiàn)[19]將納米CeO2顆粒作為純柴油的添加劑,發(fā)現(xiàn)隨著納米CeO2添加量的增加,BSFC逐漸降低,最大降幅達(dá)到9.5%。然而,文獻(xiàn)[8]發(fā)現(xiàn)柴油中添加少量(25 mg/kg)納米SiO2顆粒后會(huì)導(dǎo)致油耗升高,當(dāng)添加量增大到50 mg/kg時(shí)才能起到降低油耗的作用。

不同負(fù)荷下發(fā)動(dòng)機(jī)燃用各燃料的制動(dòng)熱效率(brake thermal efficiency,BTE)變化趨勢(shì)如圖3所示。

圖3 不同負(fù)荷下各燃料BTE的變化規(guī)律

從圖3可以看出,發(fā)動(dòng)機(jī)燃用不同燃料時(shí)BTE隨負(fù)荷的變化一致,都呈上升趨勢(shì)。這是由于隨著負(fù)荷增加,缸內(nèi)溫度升高優(yōu)化了燃油的霧化,降低了發(fā)動(dòng)機(jī)BSFC,進(jìn)而提高了熱效率。與D100相比,發(fā)動(dòng)機(jī)燃用B20的BTE降低了1.2%～3.3%，這歸因于生物柴油較高的運(yùn)動(dòng)黏度不利于燃油蒸發(fā)霧化,導(dǎo)致B20燃燒變差[16]。而B(niǎo)20中添加納米顆粒后,BTE能夠提升0.37%～4.9%,隨著納米顆粒添加量的增加升幅更加明顯。尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)燃用B20Si100Ce100時(shí),其BTE能達(dá)到與D100相同的水平，這是因?yàn)榕cB20相比,燃油中添加納米顆粒加速了燃燒過(guò)程中的不穩(wěn)定反應(yīng),所以提升了燃油燃燒的熱效率[20]。文獻(xiàn)[9]使用納米CeO2和CNT作為混合添加劑以期改善柴油/乙醇燃料的燃燒性能,結(jié)果顯示BTE最大僅能提高1.9%。

2.2 排放特性

柴油機(jī)燃用不同燃料時(shí)CO比排放量隨負(fù)荷變化的規(guī)律如圖4所示。

圖4 CO比排放量隨負(fù)荷變化的曲線

從圖4可以看出,各燃料CO的排放隨發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的增加而降低,并在高負(fù)荷下略有增加。柴油機(jī)CO主要源于燃油噴注中過(guò)濃部分的不完全燃燒[1]。低負(fù)荷工況下,缸內(nèi)溫度過(guò)低,燃料蒸發(fā)霧化效果較差,因此燃料不完全燃燒的現(xiàn)象增多,進(jìn)而導(dǎo)致 CO 的排放較高[2];隨著負(fù)荷的增加,燃燒室內(nèi)燃燒溫度逐漸升高,缸內(nèi)更好的蒸發(fā)霧化條件促進(jìn)了燃料的完全燃燒,進(jìn)而降低了 CO 排放;在高負(fù)荷下,雖然缸內(nèi)燃燒溫度較高,但缸內(nèi)混合氣過(guò)濃,同時(shí)燃油后燃較嚴(yán)重,這同樣會(huì)促進(jìn) CO排放。

各負(fù)荷下,柴油中添加生物柴油會(huì)導(dǎo)致CO排放降低。由于生物柴油中含有氧,可以增加局部富油區(qū)域的空燃比;同時(shí),燃料分子中含有的氧可以改善擴(kuò)散燃燒后期CO的氧化過(guò)程,因而降低了CO排放[5]。此外數(shù)據(jù)顯示,B20中添加納米SiO2和CeO2顆粒能夠進(jìn)一步降低CO排放,且隨著納米顆粒添加量的增加,CO排放量逐漸降低,這是由于納米顆粒的添加優(yōu)化了缸內(nèi)燃燒過(guò)程,使得燃料的燃燒更加充分。再者,納米CeO2顆粒能夠參與燃燒反應(yīng)生成O2,這勢(shì)必會(huì)加快CO的氧化速率[21]。B20添加納米SiO2和CeO2后,各負(fù)荷下對(duì)CO排放的降低幅度在19%～67.7%。同樣,文獻(xiàn)[21]發(fā)現(xiàn)相較于純生物柴油,添加納米CeO2可降低26%的CO排放。

發(fā)動(dòng)機(jī)燃用不同燃料時(shí)未燃碳?xì)浠衔颒C比排放量隨負(fù)荷增加的變化趨勢(shì)如圖5所示。

從圖5可以看出,隨著負(fù)荷的增加,HC排放逐漸降低。在燃油噴注區(qū)域的外圍,過(guò)稀混合氣的未燃是柴油機(jī)HC排放的主要來(lái)源[1]。低負(fù)荷時(shí),空燃比較大,同時(shí)較低的缸內(nèi)溫度不利于燃料蒸發(fā)霧化,更多未燃混合氣進(jìn)入排氣導(dǎo)致 HC 污染物排放較高；隨著負(fù)荷的增加,缸內(nèi)溫度逐漸升高,燃料更好地蒸發(fā)霧化,使得油氣混合更加均勻,燃燒更加充分,因此降低了HC的排放。

圖5 未燃HC比排放量隨負(fù)荷變化的曲線

與D100相比,使用B20混合燃料會(huì)導(dǎo)致HC排放量顯著增加。在所有負(fù)荷下,HC排放的增幅在37%～51%之間。盡管B20含氧可以改善燃燒,但由于生物柴油的運(yùn)動(dòng)黏度較高,使得B20的霧化效果變差,易形成較大的燃料液滴導(dǎo)致燃燒不完全,從而增大了HC排放。在文獻(xiàn)[17]的研究中也觀察到,發(fā)動(dòng)機(jī)燃用生物柴油會(huì)導(dǎo)致HC排放的升高;然而,同樣是生物柴油在單缸柴油機(jī)上的應(yīng)用,文獻(xiàn)[22]卻發(fā)現(xiàn)生物柴油能夠有效降低HC的排放,且最大降幅能達(dá)到近70%。這一截然不同的趨勢(shì)可能與生物柴油的組分不同有關(guān)。相較于B20,發(fā)動(dòng)機(jī)燃用納米流體燃料在各負(fù)荷下對(duì)HC排放的降幅在11.8%～41.9%,并且隨著納米顆粒添加量的增加,HC排放逐漸降低。尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)燃用B20Si100Ce100時(shí),其HC排放在各負(fù)荷下都能達(dá)到低于D100的水平。這歸因于納米顆粒改善了燃燒,使得燃料燃燒更加充分。此外,納米CeO2顆粒能夠與碳?xì)浠衔锇l(fā)生化學(xué)反應(yīng)，即CeO2+CxHy→Ce2O3+CO2+H2O,使HC繼續(xù)被氧化而減少[9]。在文獻(xiàn)[19]的研究中也發(fā)現(xiàn)納米CeO2能夠有效降低HC的排放。但并不是所有納米顆粒添加劑都對(duì)HC排放有降低作用,如文獻(xiàn)[23]的研究發(fā)現(xiàn)納米Si和納米Al顆粒會(huì)增加HC排放。

不同負(fù)荷下發(fā)動(dòng)機(jī)燃用各燃料的氮氧化合物NOx比排放量的變化趨勢(shì)如圖6所示。

高溫、富氧以及反應(yīng)持續(xù)時(shí)間是影響NOx排放的主要因素[1]。從圖6可以看出,隨著負(fù)荷的增大,NOx的比排放量呈下降趨勢(shì)。盡管負(fù)荷增大后,缸內(nèi)溫度升高會(huì)引起NOx排放的體積分?jǐn)?shù)上升,但功率的增幅更加顯著,因而導(dǎo)致NOx的比排放降低。

圖6 NOx比排放量隨負(fù)荷變化的曲線

從圖6還可以看出,發(fā)動(dòng)機(jī)燃用B20的NOx排放比D100低8.9%～15.8%。如前所述,生物柴油具有較低的熱值和較高的汽化潛熱,導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)燃用B20的缸內(nèi)溫度比D100低,因此降低了NOx的排放。B20中添加少量的納米顆粒能夠進(jìn)一步降低NOx的比排放,然而大量添加納米顆粒后反而會(huì)造成NOx的比排放升高。與B20相比,發(fā)動(dòng)機(jī)燃用B20Si25Ce25最大能夠降低約4.9%的NOx排放量，可能的原因是CeO2在燃燒過(guò)程中參與反應(yīng)生成的Ce2O3充當(dāng)還原劑，與NO發(fā)生反應(yīng)，即Ce2O3+NO→CeO2+N2,將NO還原為N2,從而降低了NOx的排放量[9]。而相對(duì)于B20,發(fā)動(dòng)機(jī)燃用B20Si50Ce50和B20Si100Ce100的NOx比排放分別增加了約3.4%和6.8%，這是由于大量的納米SiO2和CeO2顆粒添加劑顯著增強(qiáng)了燃燒過(guò)程并導(dǎo)致缸內(nèi)溫度升高,使得NOx的生成速率超過(guò)了其被還原的速率,進(jìn)而增加了NOx的排放量。盡管如此,納米流體燃料的NOx排放量仍然低于D100。而同樣使用生物柴油作為替代燃料,文獻(xiàn)[24]的研究發(fā)現(xiàn)添加納米Al2O3顆粒會(huì)導(dǎo)致NOx排放增加4.8%～7.95%,且高于純柴油的NOx排放量。

不同負(fù)荷下各燃料碳煙排放(不透光率)的變化規(guī)律如圖7所示。

從圖7可以看出,隨著負(fù)荷的增加,碳煙的排放量逐漸升高。這是由于隨著負(fù)荷的增加,循環(huán)噴油量增多,導(dǎo)致缸內(nèi)可燃混合氣過(guò)濃；同時(shí)噴油持續(xù)期也隨著負(fù)荷的增大而延長(zhǎng),使得擴(kuò)散燃燒期變長(zhǎng)[1]。在這2個(gè)因素的共同作用下,燃料不充分燃燒的現(xiàn)象加劇,導(dǎo)致碳煙的排放升高。

圖7 碳煙排放(不透光率)隨負(fù)荷變化的曲線

此外,發(fā)動(dòng)機(jī)燃用B20的碳煙排放量在各負(fù)荷下都低于D100,且最大降低幅度達(dá)34.4%。這是由于生物柴油自供氧的能力可以降低燃燒室中過(guò)濃混合氣的比例,使燃燒更加充分;再者,生物柴油中高分子烴類(lèi)(如芳香烴)含量比柴油少,高分子烴屬于難以燃燒完全的物質(zhì),燃油中較少的高分子烴含量可以減少過(guò)濃區(qū)燃料裂解的發(fā)生,從而降低煙度[15]。

同時(shí),B20中添加納米顆粒后,發(fā)動(dòng)機(jī)的碳煙排放能夠進(jìn)一步降低,隨著納米顆粒添加量的增加,降幅會(huì)更加明顯。一方面,隨著納米顆粒添加量的增加,缸內(nèi)燃燒得到改善,使得燃料燃燒更加充分;另一方面,CeO2與碳煙反應(yīng)，即CeO2+Csoot→Ce2O3+CO2,從而進(jìn)一步降低碳煙排放[9]。數(shù)據(jù)顯示,相對(duì)于D100和B20,納米流體燃料分別能夠降低約77.0%和66.7%的碳煙排放。碳煙是柴油機(jī)最主要的排放,而結(jié)合生物柴油和納米SiO2和CeO2添加劑能夠有效地降低其排放量。

3 結(jié) 論

本文在一臺(tái)單缸四沖程柴油機(jī)上研究了納米SiO2和CeO2添加劑對(duì)柴油/生物柴油摻混燃料燃燒和排放特性的影響。主要結(jié)論如下:

(1) 納米SiO2和CeO2顆粒優(yōu)化了柴油/生物柴油摻混燃料的燃燒,使得缸內(nèi)峰值壓力和放熱率升高,燃燒始點(diǎn)提前,滯燃期縮短,并且隨著納米顆粒添加量的增加,優(yōu)化程度愈發(fā)明顯。

(2) 柴油中摻混生物柴油會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)油耗升高,BTE下降。使用納米SiO2和CeO2添加劑能夠有效改善生物柴油的燃料特性,從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)油耗,提升熱效率。在柴油/生物柴油摻混燃料中分別添加100 mg/kg的納米SiO2和CeO2顆粒后,發(fā)動(dòng)機(jī)BSFC最大可降低5.9%,BTE最大能提高4.9%且能夠恢復(fù)到與柴油相同的水平。

(3) 生物柴油的添加可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)CO、NOx和碳煙排放,但會(huì)導(dǎo)致HC排放升高。而添加納米SiO2和CeO2顆粒后,CO和碳煙的排放能夠進(jìn)一步下降,同時(shí)HC排放也能降低到低于柴油的水平,且隨著納米顆粒添加量的增加,降幅更加明顯。數(shù)據(jù)表明,納米顆粒的添加能夠使CO、碳煙和HC排放分別降低約67.7%、66.7%和41.9%。此外,在柴油/生物柴油摻混燃料中分別添加25 mg/kg的納米SiO2和CeO2顆粒可以使NOx排放降低約4.9%,而隨著納米顆粒添加量的增加,會(huì)導(dǎo)致NOx排放升高,但仍低于柴油的NOx排放量。

(4) 向柴油/生物柴油摻混燃料中添加納米SiO2和CeO2可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能并減少污染物排放。這種技術(shù)有助于提高生物柴油的添加比例,進(jìn)而減少對(duì)化石燃料的依賴(lài)。