生物柴油概论文档格式.docx
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1.具有优良的环保特性。
主要表现在由于生物柴油中含有11%的含氧量，燃烧更充分；
硫含量低，使得二氧化硫和硫化物的排放低，可减少约30%（有催化剂时为70%）；
生物柴油中不含对环境会造成污染的芳香族烷烃，因而废气对人体损害低于柴油。
检测表明，与普通柴油相比，使用生物柴油可降低90%的空气毒性，降低94%的患癌率；
由于生物柴油含氧量高，使其燃烧时排烟少，一氧化碳的排放与柴油相比减少约10%（有催化剂时为95%）；
生物柴油的生物降解性高。
2.具有较好的发动机启动性能。
3.具有较好的润滑性能。
使喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损率低，使用寿命长。
4.具有较好的安全性能。
由于闪点高，生物柴油不属于危险品。
因此，在运输、储存、使用方面的安全性又是显而易见的。
5.具有良好的燃料性能。
十六烷值高，使其燃烧性好于柴油，燃烧残留物呈微酸性，使催化剂和发动机机油的使用寿命加长。
6.具有可再生性能。
作为可再生能源，与石油储量不同，其通过农业和生物科学家的努力，可供应量不会枯竭。
7.无须改动柴油机，可直接添加使用，同时无需另添设加油设备、储存设备及人员的特殊技术训练。
8.生物柴油以一定比例与石化柴油调和使用，可以降低油耗、提高动力性，并降低尾气污染。
9.生物柴油完全可以由本国生产，这就减少了对进口石油的依赖。
10.生物柴油工业的发展可以增强本国经济，尤其是农业经济。
生物柴油的优良性能使得采用生物柴油的发动机废气排放指标不仅满足目前的欧洲II号标准，甚至满足在欧洲颁布实施的更加严格的欧洲Ⅲ号排放标准。
而且由于生物柴油燃烧时排放的二氧化碳远低于该植物生长过程中所吸收的二氧化碳，从而改善由于二氧化碳的排放而导致的全球变暖这一有害于人类的重大环境问题。
因而生物柴油是一种真正的绿色柴油。
生物柴油不含石油，但可以任何比例与从石油提炼出的柴油相混合，形成生物柴油混合物。
这种混合物以“BXX”表示，其中“XX”代表生物柴油所占的比例（如B20表示含有20％的生物柴油）。
它可以在压燃式发动机上使用，而不需要对发动机进行任何调整。
柴油生产商特别注意的一个问题就是柴油燃料中的硫含量一定要低，因为硫会降低燃料的润滑性能。
生物柴油的含硫量仅为痕量，比新的EPA柴油标准还低，而这一标准在2006年生效，同时生物柴油也有很好的润滑性，即使对硫含量没有要求，人们也喜欢添加少量生物柴油来减少柴油机的磨损。
生物柴油的制造是将油和脂肪转化成长链的单烷基酯，或生物柴油。
这种化学物质也称为脂肪酸甲酯或FAME。
在生产过程中，100公斤的纯净油或者脂肪与10公斤的短链的醇（经常用甲醇）在催化剂（通常是氢氧化钠或氢氧化钾）的帮助下发生反应，生成100公斤生物柴油和10公斤的甘油。
甘油是生物柴油生产过程中的副产品。
原料植物油或者是精炼植物油，或者是回收的油脂在未加工成生物柴油之前，均不能当生物柴油使用。
研究显示，植物油和回收油脂在压燃发动机中，哪怕只使用到10%-20%,就会造成长期的发动机沉淀、活塞环粘连、润滑油凝结和其他一系列的问题，并导致发动机寿命下降。
这些问题多是由原料油的高粘性（达40mm2/s）造成的，用于发动机的柴油燃料的粘度仅为1.3-4mm2/s。
为了避免这类高粘度造成的问题，植物油被转化成生物柴油。
通过这个转化过程，我们将这些物质的粘度降到和普通柴油的粘度近似，达到4-5mm2/s。
第二节柴油机和生物燃料
一、柴油机和生物燃料的历史
柴油机和生物燃料的发展历史随着技术的进步和政治经济的变化而共同发展起来的。
柴油发动机的历史是技术发展史的另一写照，这里很容易的看到生物燃料的政治经济是如何影响柴油机的发展的。
在19世纪80年代后期，占据统治地位的机械动力装置是蒸汽机，但是蒸汽机的效率非常低，大约只10～12%。
这种状况激励着德国发明家RudolphDiesel着手寻求一种新的机械动力装置以代替效率太低的蒸汽机。
那时候汽油发动机已经出现，但是还处于起步阶段，使用技术要求非常苛刻。
为了使汽油发动机平稳地运转，所有相关的部件都必须近乎完美地工作：
化油器的燃油空气混合比以及进气动作都要合适；
电气系统必须能够产生足够高的能量以产生电火花；
火花塞必须保持清洁而且火花塞间隙要适当；
采用的汽油必须清洁，没有金属碎屑和杂质；
汽油裂化过程必须一致，以便在汽缸内能够产生正常的燃烧过程。
即便上述所有这些条件都得到了满足，汽油发动机的燃烧过程以及运转时的高温和排放出的废气也会产生很多问题，需要经常对其进行非常费力的维护或修理工作。
根据汽油发动机存在的这些问题，Diesel先生开始通过试验来寻找一种新的内燃机设计方案。
Diesel的基本出发点是这样的：
所设计的新内燃机对使用技术条件的要求不能像汽油发动机那样苛刻，它应该能够使用基于多种植物的生物燃油来工作，而且其能量转化效率应该比汽油发动机更高。
狄塞尔在1898年法国巴黎的展览会上演示论证了他的发动机。
该发动机代表了柴油机的雏形，因为它采用花生油作为燃料——这是“最早”的生物柴油。
他认为生物质燃料的应用是他的柴油机的真正未来。
他希望这能够为小工业、农场主们以及“一般民众”提供一条可以和垄断大工业相竞争的道路，当时的垄断大工业控制了所有的能源产业，同时可以作为没有效率的蒸汽内燃机的替代产品。
从狄塞尔的初衷来看，压燃式发动机使用生物质燃料如植物油，并且这使用到1920年。
1920年后由于石油开采业的繁荣，石油柴油替代了高价的生物质燃料。
今天，随着石油开采成本的上升、石油逐渐枯竭，石油柴油的价格的上升，柴油机再次使用生物柴油作为燃料了。
1892年，Diesel先生向德国皇家专利局申请了一个发动机专利权，并于1年之后获得批准。
他所设计的发动机原理是将汽缸中的空气压缩到一定程度，使之能够自动点燃喷射到汽缸中的燃油，也就是说是通过高压而不是电火花来点燃燃油混合气体的。
经过对专利设计方案持续5年的不断改进，他在1898年的法国巴黎展览会上向世人展示了他的“高效热能发动机”。
该发动机以花生油做为燃料，燃料效率达到了75%。
此后，人们就以Diesel先生的名字为其发明的这种发动机命名，称为Diesel发动机，中文译为“柴油发动机”。
此后，到了20世纪20年代，由于性能可靠的喷油泵已经研制出来，采用了喷油泵的柴油发动机开始应用于欧洲的一些卡车上。
在柴油发动机发展的同时，在技术上也不断完善的汽油发动机也已经完全取代了蒸汽机在大西洋两岸工业中的统治地位。
直到1936年，才出现了世界上第一款批量生产的柴油发动机汽车，即梅赛德斯-奔驰公司生产的260D型柴油发动机轿车。
从那个时候开始，欧洲市场上柴油发动机汽车的数量就一直在稳步增长。
然而在美国，柴油发动机的发展却进展得非常缓慢。
1898年，虽然圣路易斯的酿酒大亨AdolphusBusch获得了在美国制造柴油发动机的专利许可授权，但他却几乎没有做多少工作来推广这种新出现的发动机，因此柴油发动机在美国的应用并不广泛。
1919年，美国的ClessieL.Cummins购买了柴油发动机的制造权，并改进了喷油控制系统。
不过，那时的柴油发动机以及后来改进设计的柴油发动机都在使用从石油中提炼出来的燃油。
非常具有讽刺意味，最初考虑用生物油作为燃料的柴油发动机设计方案，其命运却居然跟石油工业紧密地联系在了一起。
直到现在，美国的康明斯（Cummins）公司仍然高举RudolphDiesel先生的旗帜，在不断地改进着柴油发动机的设计。
时间推进到1973年，石油输出国家组织（OPEC）开始施行石油禁运。
一时间，西方工业化国家几乎所有的加油站都排起了长队，燃油价格比以前高出了很多，而且还是限量供应的。
在这种情况下，美国的车主们开始青睐那些采用比较经济的柴油发动机作动力的进口车辆。
一股大力进口配备柴油发动机的梅赛德斯-奔驰、标致、五十铃、大众、奥迪、沃尔沃和达特桑汽车的潮流开始猛烈地冲击着美国汽车市场。
这段时间美国国内的汽车制造商也开始发展柴油发动机。
通用汽车公司在1978年至1985年期间生产的Oldsmobile柴油发动机，并将之用于他们开发的汽车上，后来的事实证明，这是历史上出现的几款最失败的发动机之一。
福特汽车公司也开始在世界范围内推出了几款柴油发动机。
这些老型号的柴油发动机很难启动，需要的暖机时间超过了一般驾驶员的忍耐限度，而且噪音非常大，常常冒出浓浓的黑烟，加油时还需要驾驶员能够忍受非常刺鼻的柴油气味。
因此，当汽油的价格下降之后，美国公众对于那些使用柴油发动机的汽车的需求和兴趣也就跟着降低了。
重型运货卡车的情况与轿车却有很大的不同。
由于重型货车主要用于运货车队、建筑工地、农场和工厂，想到柴油发动机的扭矩大、可靠性高、经济性好和维护保养要求相对较低等优点，驾驶员一般并不十分介意发动机产生的噪音和柴油气味带来的不方便。
重型卡车对于柴油发动机的青睐一直延续到今天。
实际上，去年售出的全尺寸重型卡车（0.75～1t）中，60%以上的都是采用柴油发动机。
二、柴油发动机技术现状
从目前的情况来看，柴油发动机在欧洲受到越来越大的欢迎，在世界范围内也是如此。
现在，欧洲的乘用车中有35%使用的是柴油发动机，其中在英国，乘用车中柴油发动机的比例更是超过了40%。
而在1991年这个比例还只有15%。
如果加上轻型卡车的话，柴油发动机所占的比例还要增加大约10%。
居高不下的燃油成本使得欧洲和全球汽车市场上柴油发动机的数量在稳定地增长着。
顺便说明一下，对于消费者来讲，美国仍然是世界上为数不多的汽油价格最低的市场之一。
在拥挤的欧洲大城市，公众对清洁空气的要求也是柴油发动机汽车数量不断增长的一个主要原因。
在亚洲市场上，轻型卡车和乘用车中使用柴油发动机的数量也在稳步增长，具有领先地位的是日本五十铃公司的柴油发动机。
在亚洲的许多偏远地区，燃油市场上柴油比汽油更容易获得，而且这种情况非常普遍。
因此在大城市以外的地方，柴油发动机汽车一般是购车者的首选。
虽然柴油发动机的历史几乎与汽车的历史一样长，但是柴油发动机在美国汽车上应用的还不是很普遍，这主要由于以下几个方面的原因：
1、在美国，汽油的价格很低，而且很容易获得；
2、美国经济一直很繁荣，这就使得即便在汽油价格急剧上涨时车主仍然能够买得起汽油；
3、柴油发动机的汽车在使用过程中还需要一些额外的费用支出；
4、柴油发动机噪音很大，气味刺鼻，而且还会冒黑烟；
5、柴油发动机的暖机时间比较长；
6、为柴油发动机补给燃料的货运站条件非常简陋；
7、很多人都把柴油发动机跟卡车和公共汽车联系到一起，认为使用柴油发动机的轿车有损形象。
柴油发动机汽车在美国市场上现在变得越来越普遍，是由两方面因素综合作用的结果，一个是汽车整车制造商的“推动”作用，另一个是驾驶人员的“拉动”作用。
汽车整车制造商在北美地区大力推广柴油发动机汽车，是因为他们想要降低他们企业的平均燃油经济（CAFE）等级。
此外，他们也想给购车者提供更多的选择，也让那些环保意识很强并具有责任心的购车者缓解道德感上的自责和内疚。
除了环境意识的责任心以外，美国人还非常关注本国的经济形势。
美国人都知道，他们必须减少对进口石油的依赖程度。
从个人角度而言，美国的车主也希望他们的车辆能够达到最高的燃油行驶里程数，以便让他们的经济状况能够始终出于一个健康的水平。
燃料电池汽车想要得到普遍的运用可能还需要再过几年。
现在可以大力推广的是柴油发动机动力和混合动力汽车，它们很好的实现了我们的期望：
油耗低，运行经济好，排放的废气中有害物质含量更少。
柴油发动机和汽油/电动混合动力汽车，例如丰田汽车公司的Prius轿车以及本田汽车公司的Insight和Civic轿车，都为实现我们所期望达到的目标提供了一种快捷的方式。
从逻辑上讲，我们很容易就联想到是不是很快就会出现柴油/电动混合动力汽车。
柴油和电力的结合作为动力的车辆，将是在燃料电池汽车得到实用之前经济性最好的车辆。
柴油/电动混合动力技术在美国的FutureTruck（未来卡车）竞赛中已经应用过。
FutureTruck是一年一度在美国几所技术类大学学生之间举行的一个竞赛活动，目的是寻找能够降低汽车排放和节省能源的汽车动力形式。
它是由美国能源部，福特、通用和戴姆勒-克莱斯勒三大汽车制造商以及一些汽车技术公司和科研机构共同主办的。
FutureTruck竞赛活动在最初的几年被称为FutureCar（未来轿车），只是由于现在的重点在卡车方面，所以才改称FutureTruck。
参赛的每一所学校都要对给定的一款卡车（目前是福特Explorer）进行技术改进，把它改进成技术含量最高的一款卡车。
改进后的车辆要进行行驶性能、设计、制造可行性等项目的测试。
虽然一些参赛队使用了燃料电池作动力，但是最近在竞赛中占主导地位的还是柴油发动机/电动混合动力汽车。
位于麦迪逊市的威斯康星大学在最近两年的竞赛中连续获胜。
威斯康星大学在FutureTruck竞赛中的参赛车辆被称为“Moolander”，它采用的就是柴油/电动混合动力，其中所使用的柴油发动机为2.5L涡轮增压共轨直喷柴油发动机，可以产生134hp的功率，使用的电动机为直流感应式，能够输出高于44hp的功率。
三、柴油发动机新技术优势
大量柴油发动机新技术的出现为柴油发动机性能的不断改善提供了巨大的空间。
这些新技术不但提高了柴油发动机的效率，而且也让公众对柴油发动机的接受程度得到不断的提高。
a.改进的发动机管理系统
同汽油发动机的发动机管理系统一样，柴油发动机的传感器网络连接到一个发动机控制模块，该模块不断监控发动机运转状况和车辆行驶工况，并能够瞬时做出所需的调节操作以维持最佳的发动机效率，同时有效地减小发动机的废气排放量。
b.高压共轨燃油喷射系统
新的柴油发动机共轨燃油喷射系统能够让燃油以高达2500psi（磅/平方英寸，1psi=6.89kPa）的压力聚集在一起，不管发动机的转速为多少，燃油都可以以相同的压力喷射到燃烧室。
采用共轨燃油喷射系统可以使燃油经济性提高30%。
c.燃油直喷系统
柴油发动机与汽油发动机的一个区别就在于燃油进入发动机的方式不同。
在汽油发动机中，在进气冲程期间，燃油在进入汽缸之前就与空气混合。
然后在压缩冲程中，燃油与空气的混合气体被压缩到一定的程度，并通过火花塞产生的火化将其点燃。
混合气体燃烧时产生的能量推动活塞向下运动，并通过曲柄连杆机构带动曲轴转动。
空气和燃油的混合气体不能被无限地压缩，总的压缩比不能太高，因此产生的能量也不会太高。
如果压缩比太高的话，混合气体会过早地燃烧，产生“爆震”现象。
与汽油发动机不同，柴油发动机中只有空气先单独地被压缩，因此压缩比可以比汽油发动机高出很多。
在空气被压缩到一定程度之后，柴油才直接地喷射到汽缸中，通过压燃的方式将其点燃。
因此柴油发动机能够产生的能量要比汽油发动机高出许多。
d.高压喷油器
新的高压油泵和高压喷油器可以让燃油以前所未有的更高的压缩比喷射到汽缸中，从而使得燃烧更加充分，产生的能量也更高。
这样，发动机输出的功率也就更大，排放出的废气也比以前更清洁。
e.多点喷射模式
由于燃油共轨技术能够使燃油压力持续地维持在一个很高的水平上，高压喷油器可以在一个循环内分几次向汽缸内喷油，这让燃油的燃烧变得更为充分。
采用最新技术的压电式喷油器可以在极高的压力下工作，而且可以很快地打开和关闭，在每一个压缩冲程期间的喷油次数可以高达9次。
这就使得发动机的运转变得更加平稳，并且减低了发动机的噪声和振动。
同时也降低了废气排放物中氮氧化物（NOx）和微粒（PM）的含量。
f.涡轮增压器
当我们想到涡轮增压器的时候，我们认为虽然它会增加发动机的功率，但是它一般也会导致发动机燃油消耗的增加。
然而，现代的涡轮增压器是由一个电子模块来控制的，可以通过提高燃烧效率来降低燃油的消耗。
如今的汽油发动机和柴油发动机上使用的先进涡轮增压系统，可以提高发动机性能或燃油经济性，或者能够同时提高发动机的性能和燃油经济性。
g.微粒过滤器
最近推出的柴油发动机车辆上使用了柴油发动机微粒过滤器（DPF）。
作为排放系统的一部分，微粒过滤器能够捕捉尾气排放中的微粒，然后通过与一种催化剂进行反应来使微粒燃烧掉。
由于所采用的催化剂会受到燃油中硫的影响，在定期维护保养工作中必须检查或更换微粒过滤器。
h.新的生物燃油
由于认识到矿物燃料终有一天会枯竭，人们必须寻找新的可再生能源。
世界范围内的很多科学家和研究人员都在通过试验研究可以替代石油的新能源，如从大豆、玉米、向日葵仔以及其它各种蔬菜中提取生物燃油。
这些柴油发动机新技术带来的好处主要表现在以下几个方面：
⑴.比早期的发动机具有更好的燃油经济性和发动机性能。
⑵.降低了发动机的噪声和令人讨厌的柴油气味。
⑶.降低了尾气中一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）和碳氢化合物（HC）的含量。
⑷.生物燃油得到广泛的试验和应用。
四、柴油发动机的缺点和生物柴油的应用
虽然柴油发动机有前面提到的诸多优点，但是它也有它的缺点。
与汽油发动机相比，柴油发动机会排放出更多的煤烟或微粒，以及较多的氮氧化合物（NOx）和非甲烷碳氢化合物（NMHC）。
虽然柴油发动机微粒过滤器可以捕捉到大部分的煤烟微粒并通过催化剂将这些微粒进一步地燃烧掉了，但是尾气中的氮氧化合物和非甲烷碳氢化合物却是不容易消除的。
为了促使发动机制造商尽快解决这方面的问题，美国环保署（EPA）通过了一项法律，要求从2006年6月1日起，只有柴油中硫的含量不超过15ppm时才能准入燃油市场。
这与目前允许的柴油500ppm的硫含量相比下降了97%，这是一个非常苛刻的柴油市场准入标准。
如果柴油中硫的含量达到了这样低的水平，就能够进一步提高柴油发动机排放物的标准。
添加有20%生物柴油的柴油，尾气污染物的排放量能够降低50%以上。
检测表明，使用生物柴油可降低90%的空气毒性，美国加利福尼亚一个大学研究表明，与使用石化柴油相比，生物柴油可降低94%患癌率。
生物柴油中几乎不含硫，完全可以满足美国现行的柴油标准中硫含量要求，这种新的低硫柴油发动机燃油，在借助于最新的涡轮增压技术、先进的高压喷油器和燃烧室以及排放装置中的微粒过滤器，将使配置柴油发动机的汽车更容易被美国公众所接受。
同时，柴油机新技术的应用和严格的排放标准也促进了美国生物柴油产业的发展。
在过去几年里，通用、福特和戴姆勒-克莱斯勒公司都推出了配备柴油发动机的重型皮卡。
这三大汽车公司推出的柴油发动机汽车都非常成功，最近他们都改进了发动机的设计和发动机管理及排放控制系统，与迅速更新的先进技术保持着同步发展。
这三大汽车制造商推出的柴油发动机汽车在全球市场上的销量都非常好，其中戴姆勒-克莱斯勒公司还将目标放在了北美市场。
去年，戴姆勒-克莱斯勒公司决定停产已经销售了很长时间的道奇Ram大型货车，以支持1995年起作为梅赛德斯-奔驰公司产品在世界其它地区销售的Sprinter货车在美国市场的销售。
事实上，Sprinter货车已经通过戴姆勒-克莱斯勒公司旗下的Freightliner分公司在北美大陆销售了好几年了。
Sprinter货车配备的是2.7L5缸中冷涡轮增压柴油发动机，在发动机转速为3800r/min时输出最大功率154hp，转速在1600～2400r/min之间时的最大输出扭矩为243英尺磅（1英尺磅＝1.35N·
m）。
该型发动机的汽缸体和汽缸盖采用铸铁材料一体化设计，其最大的特点是采用了20气门双顶置凸轮轴（DOHC）设计和燃油共轨技术。
具有大型运输车队的运营商如UPS（美国联合包裹运送服务公司）物流集团购买了大量的Sprinter汽车，表明他们对Sprinter汽车非常满意。
虽然Sprinter汽车主要是面向运输车队销售的，但是它也在积极地开拓着B级别墅汽车这一块市场。
可靠耐用的柴油发动机，加上与之匹配的梅赛德斯-奔驰W5A380五挡自动变速器，Sprinter汽车提供了别墅汽车所追求的燃油经济性与整车耐用性。
2004年年底，戴姆勒-克莱斯勒公司还将专门为美国客户推出柴油发动机动力的Liberty吉普车，该车配备从欧洲进口的四缸2.8L共轨柴油发动机（CRD）。
柴油发动机动力的Liberty吉普车在欧洲被称为切诺基（Cherokee），已经被证明是一款非常成功的车型。
由于Liberty吉普车在美国市场上非常成功，戴姆勒-克莱斯勒很可能还会推出一款柴油发动机动力的大切诺基吉普车。
戴姆勒-克莱斯勒在德国的合作伙伴，梅赛德斯-奔驰汽车公司，今年夏季推出了2005款奔驰E320轿车，该车配备3.2L共轨燃油直喷（CDI）柴油发动机。
这是梅赛德斯-奔驰公司自1999年推出配备涡轮增压柴油发动机的E300轿车以后，首次推出的另一款柴油发动机。
与采用汽油发动机动力的同级别车型相比，配备六缸涡轮增压共轨燃油直喷柴油发动机的奔驰E320能够多行驶20%的里程，巡航行驶的里程更长，从0～100km/h的加速时间也更短。
虽然梅赛德斯-奔驰公司也偶尔向北美市场出口柴油发动机轿车，但是大众汽车公司才是目前唯一一家在北美市场成功销售柴油发动机轿车的公司。
大众公司此前推出的小型1.9L涡轮增压燃油直喷（TDI）柴油发动机在北美地区非常受欢迎，因此大众公司不久之后将在帕萨特车型中推出2.0L涡轮增压燃油直喷柴油发动机，以及在SUV汽车Touareg（途锐）上配备了功率为313hp、排量为5.0L的涡轮增压燃油直喷V10柴油发动机。
展望未来，石油工业和对外国石油的依赖将驱动我们以更加开放的姿态开发可替代能源。
生物柴油的应用也许会使我们回到鲁道夫.狄塞尔以及其柴油发动机的最初梦想。
第三节生物柴油的重要性
一、生物柴油与人类健康
当生物柴油取代石油制品时，可以减少全球温室气体的排放，如二氧化碳。
比如在大豆生长过程中，它从空气中吸收二氧化碳，
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