陈儒 邢文乾 刘建华 罗鹏 祁东辉

摘 要：在21世纪，石油紧缺与环境污染已然成为人类发展的两大威胁，成为人类急需解决的两大难题。柴油在其中扮演着重要的角色，并且柴油的燃烧会产生有害污染物，严重污染环境，所以寻找柴油替代物的任务重中之重。文章选用棕榈油为替代燃料，与柴油按照一定的体积比例进行掺混，配制PD30E10，PD30E30，PD50E10和PD50E30这四种微乳化燃料，其中P表示棕榈油，E表示0号柴油，E表示乙醇。在一台六缸CRDI柴油机上做发动机测试。在小负荷下测试了柴油，PD30E10，PD30E30，PD50E10和PD50E30这五种燃油的燃烧特性。经过对比发现，在小负荷下，柴油的缸压峰值都要高于微乳化燃料;在预喷射阶段，柴油的瞬时放热率峰值高于微乳化燃料，在主喷阶段，刚好相反，微乳化燃料高于柴油。

关键字：柴油机;微乳化燃料;棕榈油;燃烧

中图分类号：U473.1  文献标识码：B  文章编号：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，即将枯竭，而植物油可再生，来源广泛，被人们广泛认为是未来的替代能源，相比于国外，我国植物油研究起步晚，基础弱，落后于西方发的国家，可喜的是，随着我国国力强盛，对科研经费的投入增大，科学技术得到了快速的发展，微乳化技术也随着增强，为寻找石油替代物打下了结实的基础^[1]。由于植物油的性质和柴油的相差不多，所以不需要改动发动机，直接在发动机上使用^[2]。棕榈油粘度大，挥发性差，而纯柴油的排放大，所以本测试综合两种燃油的特点，选取棕榈油，柴油为原料，再添加一定量的油酸按体积比为3：7和5：5配两种基础油，计作PD30和PD50。在两种基础油的基础上加入10%和30%的乙醇配制四种微乳化燃料，计作PD30E10、PD30E30和PD50E10、PD50E30。然后在六缸CRDI柴油机上作测试，对测试结果作比较^[3]。

1 实验设备和方法

1.1 发动机

试验用广西玉林柴油机生产的YC6G270-30发动机，该发动机采用直列6缸，四冲程的型式，发动机在小负荷下的喷射策略为预喷射加主喷射。主要参数如表1所示。

表1  发动机具体参数

1.2 测功机

测功机选用洛阳南峰公司生产的CW260电涡流测功机，该测功机具有自动测量发动机输出功率和转速的特点，在本测试中先固定发动机的转速，然后慢慢调节负荷，调节到要测量的负荷，记录数据。

1.3 燃烧分析仪

在发动机气缸内放置压力传感器，压力传感器由放大电荷将信号转化为电信号，电信号经过燃烧分析仪后，输出缸内压力和曲轴转角的关系，然后将该数据导入求瞬时放热率程序中，输出瞬时放热率和曲轴转角的关系。

1.4 微乳化技术

微乳化技术可以把两种互不相溶的液体形成均一的乳化液，在这个过程中一般都需要表面活化剂，一般表面活化剂既具有亲水性，又具有亲油性^[4]。乳化液一般分为水包油型和油包水型，不管是这两种的哪种类型，液滴的直径都非常小，在本实验中，棕榈油和柴油都属于亲油型，而乙醇属于亲水型，根据相似相容原理，两者本来是互不相溶的，要想形成均一的溶液，必须加入表面活化剂，在本实验中，既要寻找与棕榈油和柴油互溶的亲油型物质，又要与乙醇互溶的亲水型物质，而油酸具有这两种性质，并且油酸无毒，易燃，所以选取油酸以帮助棕榈油，柴油，乙醇形成均一的乳化燃料为表面活化剂，用作柴油机燃烧最为合适^[5]。

2 结果与分析

柴油机的工作过程的非常复杂的，而燃料的燃烧是发动机的核心，它是把燃料的化学能装换成热能。人们通常把柴油机燃烧过程划分为四个阶段：着火延迟期（又称之为滞燃期），速燃期，缓燃期和补燃期^[6]。图1和图2分别是柴油和四种微乳化燃料在转速为1400r/min，平均有效压力为0.16MPa下的缸内压力和瞬时放热率曲线。

2.1 缸内压力

如图1所示，为柴油与四种微乳化燃料在转速为1400r/ min平均有效压力为0.16MP下缸内压力曲线。在预喷射阶段，压力曲线有上凸现象，柴油的最为明显，PD50E10次之，PD50E30的最为平缓，原因是在小负荷中缸内温度低，棕榈油的粘度大，雾化效果差，再加上乙醇的冷效应，导致出现这种趋势;在整个喷射过程中，柴油的缸压都大于四种微乳化燃料，原因是加入棕榈油和乙醇后，燃料的十六烷值降低，从而使微乳化燃料的缸压降低，按缸压峰值大小依次排序为：柴油，PD50E10，PD50E30，PD30E30，PD30E10。

2.2 瞬时放热率

如图2所示，在预喷射阶段，四种微乳化燃料的瞬时放热率峰值都低于柴油，其中随着棕榈油在混合油中占比的增加，峰值逐渐降低，而在主喷射阶段，趋势刚好相反，柴油的瞬时放热率都高于四种微乳化燃料，且随着棕榈油在混合油中占比的增加，峰值逐渐增加。原因是在预喷射阶段，缸内温度低，热力状况差，在加上微乳化燃料的粘度大，雾化效果差，所以会出现微乳化燃料的峰值低，再经过预喷射阶段的预热后，缸内环境改变，雾化效果变好，再加上棕榈油和乙醇都是含氧燃料，燃烧更迅速，所以出现柴油的峰值低于微乳化燃料，再分别比较PD50E30与PD50E10，PD30E30与PD30E10，其中PD50E30和PD30P30的峰值分别明显比PD50E10和PD30E10高，这是由于，乙醇具有微爆效应，提高了燃料的雾化效果，使燃油与空气进一步混合，燃烧更充分，燃烧更迅速，从而PD50E30和PD30E30的瞬时放热率峰值分别高于PD50E10和PD30E10。

3 结论

（1）在小负荷下，燃烧柴油的缸压都高于四种微乳化燃料。

（2）在预喷射阶段，柴油的瞬时放热率峰值大于四种微乳化燃料的峰值;而在主喷射阶段，柴油的瞬时放热率峰值低于四种微乳化燃料。

（3）在一定范围内，随着棕榈油和乙醇在微乳化燃料中

的比例提高，瞬时放热率增大。

（4）在一定条件下，乙醇的微爆效应有助于燃料的燃烧。

参考文献

[1] 蓝玉华.我国未来汽车新能源的发展趋势研究[J].科技资讯，2015（7）：236-236.

[2] 张大林. 乳化油在内燃机上的应用及其燃烧机理的研究[D].大连：大连理工大学， 2002.

[3] 赵汶彬.柴油機燃用棕榈油-柴油-乙醇微乳化燃料的性能研究[D]. 西安：长安大学，2019.

[4] Turns S.燃烧学导论：概念与应用[M].北京：清华大学出版社，2015： 127-135.

[5] 赵汶彬，丁晓倩，杨凯.植物油基微乳化燃料喷雾特性研究.汽车实用技术[J].2018，23（12）： 49-54.

[6] 蒋德明，黄佐华.内燃机替代燃料燃烧学[M].西安：西安交通大学出版社， 2007：164-169.