植物油微乳化燃料燃燒特性研究

陳儒 邢文乾 劉建華 羅鵬 祁東輝

摘 要：在21世紀，石油緊缺與環(huán)境污染已然成為人類發(fā)展的兩大威脅，成為人類急需解決的兩大難題。柴油在其中扮演著重要的角色，并且柴油的燃燒會產(chǎn)生有害污染物，嚴重污染環(huán)境，所以尋找柴油替代物的任務重中之重。文章選用棕櫚油為替代燃料，與柴油按照一定的體積比例進行摻混，配制PD30E10，PD30E30，PD50E10和PD50E30這四種微乳化燃料，其中P表示棕櫚油，E表示0號柴油，E表示乙醇。在一臺六缸CRDI柴油機上做發(fā)動機測試。在小負荷下測試了柴油，PD30E10，PD30E30，PD50E10和PD50E30這五種燃油的燃燒特性。經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，在小負荷下，柴油的缸壓峰值都要高于微乳化燃料;在預噴射階段，柴油的瞬時放熱率峰值高于微乳化燃料，在主噴階段，剛好相反，微乳化燃料高于柴油。

關鍵字：柴油機;微乳化燃料;棕櫚油;燃燒

中圖分類號：U473.1 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）04-78-03

Study on combustion characteristics of vegetable oil microemulsified fuel

Chen Ru， Xing Wenqian，?Liu Jianhua， Luo Peng， Qi Donghui

（School of Automobile， Changan University， Shaanxi Xian 710064 ）

Abstract：?In the 21st century， oil shortage and environmental pollution have become two major threats to human development and two major problems urgently needed to be solved.?Diesel plays an important role， and the combustion of diesel will produce harmful pollutants and seriously pollute the environment， so the task of finding diesel alternatives is the most important.?In this paper， palm oil is selected as the alternative fuel and blended with diesel oil in accordance with a certain volume proportion to prepare PD30E10， PD30E30， PD50E10 and PD50E30， in which P stands for palm oil， E stands for no. 0 diesel and E stands for ethanol.?Engine test on a six-cylinder CRDI diesel engine.?The combustion characteristics of diesel， PD30E10，?PD30E30，?PD50E10 and PD50E30 were tested under small loads.?It is found that the peak cylinder pressure of diesel is higher than that of micro-emulsified fuel under small load.?In the pre-injection stage， the instantaneous heat release rate of diesel was higher than that of micro-emulsified fuel. In the main injection stage， on the contrary， micro-emulsified fuel was higher than that of diesel.

Keywords： Diesel engine; Microemulsion fuel; Palm oil; Combustion

CLC NO.： U473.1 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）04-78-03

前言

柴油屬于不可再生能源，即將枯竭，而植物油可再生，來源廣泛，被人們廣泛認為是未來的替代能源，相比于國外，我國植物油研究起步晚，基礎弱，落后于西方發(fā)的國家，可喜的是，隨著我國國力強盛，對科研經(jīng)費的投入增大，科學技術得到了快速的發(fā)展，微乳化技術也隨著增強，為尋找石油替代物打下了結實的基礎^[1]。由于植物油的性質(zhì)和柴油的相差不多，所以不需要改動發(fā)動機，直接在發(fā)動機上使用^[2]。棕櫚油粘度大，揮發(fā)性差，而純柴油的排放大，所以本測試綜合兩種燃油的特點，選取棕櫚油，柴油為原料，再添加一定量的油酸按體積比為3：7和5：5配兩種基礎油，計作PD30和PD50。在兩種基礎油的基礎上加入10%和30%的乙醇配制四種微乳化燃料，計作PD30E10、PD30E30和PD50E10、PD50E30。然后在六缸CRDI柴油機上作測試，對測試結果作比較^[3]。

1?實驗設備和方法

1.1?發(fā)動機

試驗用廣西玉林柴油機生產(chǎn)的YC6G270-30發(fā)動機，該發(fā)動機采用直列6缸，四沖程的型式，發(fā)動機在小負荷下的噴射策略為預噴射加主噴射。主要參數(shù)如表1所示。

表1??發(fā)動機具體參數(shù)

1.2?測功機

測功機選用洛陽南峰公司生產(chǎn)的CW260電渦流測功機，該測功機具有自動測量發(fā)動機輸出功率和轉速的特點，在本測試中先固定發(fā)動機的轉速，然后慢慢調(diào)節(jié)負荷，調(diào)節(jié)到要測量的負荷，記錄數(shù)據(jù)。

1.3?燃燒分析儀

在發(fā)動機氣缸內(nèi)放置壓力傳感器，壓力傳感器由放大電荷將信號轉化為電信號，電信號經(jīng)過燃燒分析儀后，輸出缸內(nèi)壓力和曲軸轉角的關系，然后將該數(shù)據(jù)導入求瞬時放熱率程序中，輸出瞬時放熱率和曲軸轉角的關系。

1.4?微乳化技術

微乳化技術可以把兩種互不相溶的液體形成均一的乳化液，在這個過程中一般都需要表面活化劑，一般表面活化劑既具有親水性，又具有親油性^[4]。乳化液一般分為水包油型和油包水型，不管是這兩種的哪種類型，液滴的直徑都非常小，在本實驗中，棕櫚油和柴油都屬于親油型，而乙醇屬于親水型，根據(jù)相似相容原理，兩者本來是互不相溶的，要想形成均一的溶液，必須加入表面活化劑，在本實驗中，既要尋找與棕櫚油和柴油互溶的親油型物質(zhì)，又要與乙醇互溶的親水型物質(zhì)，而油酸具有這兩種性質(zhì)，并且油酸無毒，易燃，所以選取油酸以幫助棕櫚油，柴油，乙醇形成均一的乳化燃料為表面活化劑，用作柴油機燃燒最為合適^[5]。

2?結果與分析

柴油機的工作過程的非常復雜的，而燃料的燃燒是發(fā)動機的核心，它是把燃料的化學能裝換成熱能。人們通常把柴油機燃燒過程劃分為四個階段：著火延遲期（又稱之為滯燃期），速燃期，緩燃期和補燃期^[6]。圖1和圖2分別是柴油和四種微乳化燃料在轉速為1400r/min，平均有效壓力為0.16MPa下的缸內(nèi)壓力和瞬時放熱率曲線。

2.1?缸內(nèi)壓力

如圖1所示，為柴油與四種微乳化燃料在轉速為1400r/?min平均有效壓力為0.16MP下缸內(nèi)壓力曲線。在預噴射階段，壓力曲線有上凸現(xiàn)象，柴油的最為明顯，PD50E10次之，PD50E30的最為平緩，原因是在小負荷中缸內(nèi)溫度低，棕櫚油的粘度大，霧化效果差，再加上乙醇的冷效應，導致出現(xiàn)這種趨勢;在整個噴射過程中，柴油的缸壓都大于四種微乳化燃料，原因是加入棕櫚油和乙醇后，燃料的十六烷值降低，從而使微乳化燃料的缸壓降低，按缸壓峰值大小依次排序為：柴油，PD50E10，PD50E30，PD30E30，PD30E10。

2.2?瞬時放熱率

如圖2所示，在預噴射階段，四種微乳化燃料的瞬時放熱率峰值都低于柴油，其中隨著棕櫚油在混合油中占比的增加，峰值逐漸降低，而在主噴射階段，趨勢剛好相反，柴油的瞬時放熱率都高于四種微乳化燃料，且隨著棕櫚油在混合油中占比的增加，峰值逐漸增加。原因是在預噴射階段，缸內(nèi)溫度低，熱力狀況差，在加上微乳化燃料的粘度大，霧化效果差，所以會出現(xiàn)微乳化燃料的峰值低，再經(jīng)過預噴射階段的預熱后，缸內(nèi)環(huán)境改變，霧化效果變好，再加上棕櫚油和乙醇都是含氧燃料，燃燒更迅速，所以出現(xiàn)柴油的峰值低于微乳化燃料，再分別比較PD50E30與PD50E10，PD30E30與PD30E10，其中PD50E30和PD30P30的峰值分別明顯比PD50E10和PD30E10高，這是由于，乙醇具有微爆效應，提高了燃料的霧化效果，使燃油與空氣進一步混合，燃燒更充分，燃燒更迅速，從而PD50E30和PD30E30的瞬時放熱率峰值分別高于PD50E10和PD30E10。

3?結論

（1）在小負荷下，燃燒柴油的缸壓都高于四種微乳化燃料。

（2）在預噴射階段，柴油的瞬時放熱率峰值大于四種微乳化燃料的峰值;而在主噴射階段，柴油的瞬時放熱率峰值低于四種微乳化燃料。

（3）在一定范圍內(nèi)，隨著棕櫚油和乙醇在微乳化燃料中

的比例提高，瞬時放熱率增大。

（4）在一定條件下，乙醇的微爆效應有助于燃料的燃燒。

參考文獻

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