随着能源紧缺以及环境污染问题日益严峻,寻找新型的可替代燃料已逐渐成为现阶段的研究热点。生物柴油是一种清洁能源,具有十六烷高、含硫量低、基本不含芳香烃等优点,是比较理想的柴油替代燃料之一,可直接在柴油机上进行应用。因此,开展调合生物柴油燃烧及颗粒物排放特性的研究,对于生物柴油应用推广具有一定的学术意义和工程应用价值。本文以4F20TCI柴油机为研究对象,搭建发动机台架系统,分析调合生物柴油(B0、B5、B10、B20)对发动机燃烧及颗粒物排放特性的影响。(1)利用燃烧分析仪分析调合生物柴油对缸内压力变化及燃烧放热率的影响,采用尾气分析仪研究调合生物柴油常规排放特性。随着生物柴油掺混比例增加,最大爆发压力增加,相对应的曲轴转角提前,预混燃烧放热率峰值减小。中低负荷时,生物柴油对常规排放特性影响较小,高负荷时,随着生物柴油掺混比例增加,CO、HC与碳烟的排放逐渐降低,NOx排放逐渐增加。(2)基于微孔均匀沉积式碰撞采集器(MOUDI)对颗粒物进行分级采样,并结合微克天平对采样颗粒进行称重获得颗粒物质量浓度粒径分布特性。随着负荷的增加,排放颗粒物增量浓度增加,并且颗粒物质量浓度向小粒径方向偏移;颗粒物质量随着生物柴油掺混比例增加而降低,大负荷时尤为明显,掺烧生物柴油可以明显改善积聚态颗粒物的排放,对粗粒子态颗粒排放的影响较小。(3)通过颗粒样品前处理制备SOF试样,利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对SOF组分进行分析。随着生物柴油掺混比例增加,排放颗粒物中SOF组分的含量逐渐增加,SOF组分主要有烷烃类、芳香烃类、酚类、酸类及酯类物质,其中烷烃类物质所占比例最大,达到了55%~72%,随着调合生物柴油比例的增加,酸类与酯类物质增加,烷烃类、芳香烃及酚类物质减少,碳原子数分布范围比较集中,B0颗粒物中SOF的碳原子数主要在C12~C24,B20颗粒物中SOF碳原子数主要在C15~C22。(4)采用扫描电镜、透射电镜以及激光拉曼光谱仪分析生物柴油对颗粒物微观形貌及石墨化结构的影响。四种燃料的排放颗粒物由一定数量的基本粒子聚集而成,它们相互粘结堆积,最终呈现出簇状或片状的颗粒物形貌,全负荷工况下,随着生物柴油掺混比例增加,初级粒子平均粒径呈逐渐减小的趋势,局部重叠现象加剧。拉曼光谱图有两个波峰D峰和G峰,对应的位置分别在1354cm-1和1586cm-1附近,随着生物柴油掺混比例增加,颗粒物石墨化程度降低,随着负荷增大,颗粒物的石墨化程度增加。