基于振动的柴油发动机状态监测、性能评估及以卡兰贾生物柴油为燃料时的排放分析

《Scientific Reports》：Vibration-based condition monitoring, performance and emission evaluation of a diesel engine fueled with Karanja biodiesel

　　

摘要

本研究旨在通过实验方法，探讨以柴油和卡兰贾生物柴油混合物（B20和B30）为燃料的单缸四冲程水冷可变压缩比柴油发动机的性能、燃烧特性、排放情况以及振动特征。实验在不同的发动机负荷、压缩比以及热废气再循环条件下进行。发动机振动通过均方根加速度值来评估，同时采用了一种新的综合方法将振动行为与性能及排放特性联系起来。研究结果表明，发动机负荷增加时振动会加剧，而压缩比提高则会使振动减弱；在热废气再循环条件下，振动起初会降低，随后又会以更快的速度上升。与柴油相比，B20和B30在负荷变化情况下的均方根加速度分别降低了4.3%和8.49%，在压缩比变化情况下分别降低了3.01%和7.18%，在热废气再循环条件下则分别降低了2.66%和6.75%。排放分析显示，使用B30时，碳氢化合物排放量减少了13.3%，一氧化碳排放量减少了6.58%，烟雾浓度也降低了17.98%，不过一氧化氮排放量相比柴油增加了15.8%。燃烧分析表明，最大气缸压力增加了3.43%，净热量释放量则减少了14.94%。从性能方面来看，制动热效率下降了10.74%，而单位制动功的燃油消耗量则上升了18.52%。总体而言，研究表明生物柴油混合物能够改善发动机的排放和振动性能，但会略微影响其性能；而综合分析则为了解燃烧行为和发动机状态提供了更深入的见解。