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(jì)，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(huì)產(chǎn)生有害污染物，嚴(yán)重污染環(huán)境，所以尋找柴油替代物的任務(wù)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(jìn)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(hào)柴油，E表示乙醇。在一臺(tái)六缸CRDI柴油機(jī)上做發(fā)動(dòng)機(jī)測試。在小負(fù)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(duì)比發(fā)現(xiàn)，在小負(fù)荷下，柴油的缸壓峰值都要高于微乳化燃料;在預(yù)噴射階段，柴油的瞬時(shí)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(guān)鍵字：柴油機(jī);微乳化燃料;棕櫚油;燃燒

中圖分類號(hào)：U473.1 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ?文章編號(hào)：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(rèn)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(chǔ)弱，落后于西方發(fā)的國家，可喜的是，隨著我國國力強(qiáng)盛，對(duì)科研經(jīng)費(fèi)的投入增大，科學(xué)技術(shù)得到了快速的發(fā)展，微乳化技術(shù)也隨著增強(qiáng)，為尋找石油替代物打下了結(jié)實(shí)的基礎(chǔ)^[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(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，直接在發(fā)動(dòng)機(jī)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(diǎn)，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(chǔ)油，計(jì)作PD30和PD50。在兩種基礎(chǔ)油的基礎(chǔ)上加入10%和30%的乙醇配制四種微乳化燃料，計(jì)作PD30E10、PD30E30和PD50E10、PD50E30。然后在六缸CRDI柴油機(jī)上作測試，對(duì)測試結(jié)果作比較^[3]。

1?實(shí)驗(yàn)設(shè)備和方法

1.1?發(fā)動(dòng)機(jī)

試驗(yàn)用廣西玉林柴油機(jī)生產(chǎn)的YC6G270-30發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)采用直列6缸，四沖程的型式，發(fā)動(dòng)機(jī)在小負(fù)荷下的噴射策略為預(yù)噴射加主噴射。主要參數(shù)如表1所示。

表1??發(fā)動(dòng)機(jī)具體參數(shù)

1.2?測功機(jī)

測功機(jī)選用洛陽南峰公司生產(chǎn)的CW260電渦流測功機(jī)，該測功機(jī)具有自動(dòng)測量發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率和轉(zhuǎn)速的特點(diǎn)，在本測試中先固定發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，然后慢慢調(diào)節(jié)負(fù)荷，調(diào)節(jié)到要測量的負(fù)荷，記錄數(shù)據(jù)。

1.3?燃燒分析儀

在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)放置壓力傳感器，壓力傳感器由放大電荷將信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過燃燒分析儀后，輸出缸內(nèi)壓力和曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系，然后將該數(shù)據(jù)導(dǎo)入求瞬時(shí)放熱率程序中，輸出瞬時(shí)放熱率和曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系。

1.4?微乳化技術(shù)

微乳化技術(shù)可以把兩種互不相溶的液體形成均一的乳化液，在這個(gè)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jī)燃燒最為合適^[5]。

2?結(jié)果與分析

柴油機(jī)的工作過程的非常復(fù)雜的，而燃料的燃燒是發(fā)動(dòng)機(jī)的核心，它是把燃料的化學(xué)能裝換成熱能。人們通常把柴油機(jī)燃燒過程劃分為四個(gè)階段：著火延遲期（又稱之為滯燃期），速燃期，緩燃期和補(bǔ)燃期^[6]。圖1和圖2分別是柴油和四種微乳化燃料在轉(zhuǎn)速為1400r/min，平均有效壓力為0.16MPa下的缸內(nèi)壓力和瞬時(shí)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(zhuǎn)速為1400r/?min平均有效壓力為0.16MP下缸內(nèi)壓力曲線。在預(yù)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(fù)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(yīng)，導(dǎo)致出現(xiàn)這種趨勢;在整個(gè)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?yàn)椋翰裼?，PD50E10，PD50E30，PD30E30，PD30E10。

2.2?瞬時(shí)放熱率

如圖2所示，在預(yù)噴射階段，四種微乳化燃料的瞬時(shí)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(shí)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(yù)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(huì)出現(xiàn)微乳化燃料的峰值低，再經(jīng)過預(yù)噴射階段的預(yù)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(yīng)，提高了燃料的霧化效果，使燃油與空氣進(jìn)一步混合，燃燒更充分，燃燒更迅速，從而PD50E30和PD30E30的瞬時(shí)放熱率峰值分別高于PD50E10和PD30E10。

3?結(jié)論

（1）在小負(fù)荷下，燃燒柴油的缸壓都高于四種微乳化燃料。

（2）在預(yù)噴射階段，柴油的瞬時(shí)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(shí)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(shí)放熱率增大。

（4）在一定條件下，乙醇的微爆效應(yīng)有助于燃料的燃燒。

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