工作模式中，由于生物柴油和天然气不易掺混，同时比例不能实时调节，无法获得最佳的燃烧特性。研究表明，在柴油一天然气分开喷射的发动机正常工作时，柴油机可以获得燃用传统柴油相似的热效率，而排放烟度远低于正常燃料下的排放值。本文通过对试验柴油机的改造，以进气道内供应的天然气作为主要燃料，缸中由高压喷入的生物柴油形成的预混合气体来压燃，实现进气道喷射天然气和缸内直喷生物柴油的复合喷油燃烧方式，并对生物柴油.天然气复合喷油燃烧特性进行研究。
1试验装置及研究方法
1.1试验装置
试验装置如图1所示，主要包括试验发动机和相关测试仪器设备。为了在试验柴油机中实现复合喷油策略，在进气道处，安装独立供油系统和喷油器，并用电控单元控制燃油的喷射。分别实时调节天然气和生物柴油的噴射量，可以获得不同比例的天然气和生物柴油的混合气，满足试验研究要求。
表1是发动机的规格参数，主要测试仪器有GWl60电涡流测功机、FC2000发动机测试系统、5108A1003电荷放大器、2614A4光电编码器、6125 B缸压传感器、CMFG010瞬时油耗仪等。
试验用的生物柴油是由油酸甲酯（OME）和棕榈酸酯（PME）形成的混合物脂肪酸甲酯（FAME）组成，与减压后的天然气一起燃烧。结果显示，加入FAME燃料后，着火延迟的时间更短，PME的含量可以显著降低排烟密度，对燃料可燃性也有所改善。
1.2研究方法
1.2.1燃料的物化性质
天然气是石油开采和煤炭开采的副产品，它以两种形式用于发动机燃料中：压缩天然气（CNG）和液化天然气（LNG），CNG在理想情况下可以取代柴油。生物柴油是指柴油的替代物，来自于生物原料（如植物油），它也可以用在普通的柴油发动机中。本研究中用天然气取代90%的柴油，保留10%的生物柴油作为点火燃料。天然气和生物燃油的特性见表2。
1.2.2参数定义
（1）生物柴油喷射体积比例。
试验过程中，通过分别调节生物柴油和天然气的喷射量实现不同生物柴油.天然气喷射比例，利用瞬时油耗仪测量出发动机特定运行工况时生物柴油和天然气的燃油消耗量。本文中，根据特定工况测出的生物柴油和天然气的燃油消耗质量，以及表2中生物柴油和天然气的密度，将生物柴油和天然气的喷射比例转换为生物柴油喷射体积占总喷油体积的百分比，即s为
（2）折合燃油消耗率。
生物柴油和天然气的低热值不同，两种燃料等质量放出的热量也不同。本文中，根据生物柴油和天然气的热值将天然气消耗率转换为等值能量的生物柴油消耗率，同时加上试验过程中生物柴油消耗率所得到的即为折合燃油消耗率，换算公式为
1.2.3试验方法
理论上，天然气可以完全取代柴油，但实际上是不可能超过90%，因为天然气燃烧需要预先喷入燃料的引燃。实验中使用天然气作为主要燃料与吸入的新鲜空气进行预混合。生物柴油用于燃料的压燃，主要由FAME燃料，如OME（油酸甲酯，纯度>70%）和PME（棕榈酸酯，纯度>95%）混合而成。发动机按ECR-49标准进行测试，目的是测试生物柴油的混合量对发动机的性能参数的影响。
在试验期间，发动机以1900 rpm转速恒定运转，发动机水温保持在85±2°c，机油温度为70±2。c。第一次测试中，将测功器负荷固定在80%。然后，调整油门开度，使纯生物柴油仅释放出10%的功率。最后，天然气燃料进入燃油系统，以补充纯生物柴油降低的90%的动力。每次的测试前，发动机要稳定工作60秒。所有测试的情况下，燃料节气门完全打开。测试期间发动机参数没有变动，也没有出现喷油器堵塞的情况。FAME燃料喷射提前角固定在上死点前（BTDC）曲轴转角（CA）21°，纯生物柴油着火时的气缸压力是21.5帕，具体试验工况和喷油比例如表3所示。
2试验结果分析
2.1分开喷射策略对发动机着火延迟的影响
图2显示了不同比例的天然气与FAME燃料分开喷射时着火延迟角的变化。选择与喷射时间相对应的气缸压力值作为基准来确定着火延迟角。燃烧特性以平均值为代表，通过分析三个记录信号，如曲轴转角、喷嘴针阀升程、气缸压力值间的关系，超过连续50周期测试而获得。
生物柴油在混合物的比例的增加导致气缸压力与曲轴转角变化关系转向曲轴转角减小的方向。这是由于天然气.空气预混合物当量比的增加，大大降低了十六烷值，同时由于点火燃料喷射量的减少，造成混合物的形成延迟。与天然气点火相比，FAME的着火时刻要相对提早一些。由于大量的气体燃料的加入需要增大燃烧时间，与传统燃料相比，双燃料的着火时刻要延迟。
2.2分开喷射策略对燃烧室压力峰值的影响
因为燃料/空气混合物的燃烧产生的压力转变成转矩和功率，所以发动机在压缩和做功冲程中缸内压力持续的时间和大小就成了动力性最基本的衡量参数。图3显示了表征CNG-FAME性能的气缸最高燃烧压力随生物柴油喷射量的不同而产生的变化。通过比较不同比例的双燃料，可以看到开始喷入生物柴油时，由于十六烷值的增加，着火相对提早，最高燃烧压力增大。生物柴油占10%时，气缸最高燃烧压力最大。随着预喷燃料化合物中生物柴油比例的增加，会使燃烧室压力峰值由于不当的燃烧而下降。
2.3分开喷射策略对排放废气温度的影响
通过比较不同燃料混合物的排放废气温度，可以观察到，增加混合物中生物柴油的量可以降低排气温度。
生物柴油燃料热值较低是造成燃烧室温度的损失的主要因素，从而降低排出气体的温度。图4显示了这种影响。
2.4分开喷射策略对燃料的燃油消耗率的影响
由于长链烃，更高的密度和粘度，生物柴油喷射时喷雾质量较差，所以不太适合汽化和燃烧。生物柴油的热值也低，这都影响了混合燃料（CNG和空气）的燃烧效果。在实验中，限制10%的动力来自于液态燃料燃烧，显然，光靠生物柴油来维持发动机动力是不可能的。增加混合物中生物柴油的含量，维持发动机同样的功率需要增加气体燃料的消耗量。折合燃料的平均燃油消耗率如图5所示。
2.5分开喷射策略对发动机有效热效率的影响
图6提供了发动机在不同比例的双燃料运行下有效热效率的变化。增加燃料混合物中生物柴油的量，发动机有效热效率降低，这表明生物柴油的不恰当燃烧会导致柴油机中双燃料模式下燃料转化为有用功的无效转化的增多。这是在初始阶段双燃料燃烧下观察到的较低的预混燃烧率控制的结果。
3结语
本文主要分析了1900r/min的发动机转速、平均指示压力为21.5Pa的工况下，生物柴油—天然气复合喷油燃烧特性。
（1）无论何种点火燃料，双燃料的着火时间随液体燃油供应的增加而缩短。与油气点火相比，FAME燃料的着火延迟期明显缩短。
（2）与不同数量的生物柴油含量相比，当OME和PME燃料混合物作為点火燃料时，缸内最高燃烧压力随着CNG中的生物柴油混合燃料和定容燃烧的程度增加而减少。
（3）无论使用何种点火燃料，双燃料运行的有效热效率在高负载下能够维持高值。当天然气供应的比例低于90%时，发动机有效热效率变动类似于普通柴油的情况。
（4）生物柴油喷射比例是影响生物柴油一天然气复合喷油燃烧过程的重要因素，根据工况调节生物柴油喷射比例，可以保证发动机在全工况范围内获得良好的燃烧和经济性能。