研究预热棕榈油和柴油混合燃料可变压缩比发动机上压缩比对性能和排放特性的影响外文翻译资料

研究预热棕榈油和柴油混合燃料可变压缩比发动机上压缩比对性能和排放特性的影响

摘要：本文研究了在直接喷射可变压缩比发动机上添加预加热棕榈油和体积分数分别为5%，10%，15%，20%柴油的混合燃料的性能和排放特性，并与标准柴油进行了比较。这项研究提出了将预热超过90度的棕榈油作为燃料其适用性范围这一问题。实验在1500rpm的恒定速度，满载，压缩比分别为16:1,17:1,18:1,19:1,20:1的条件下进行。研究了压缩比对制动功率、机械效率、指示平均有效压力和排放特性的影响。发现共混物O20在较高的压缩比下具有最高的机械效率，并且这一值比柴油高出14.6%。研究还发现，在较高的压缩比下共混O20的制动功率比标准柴油高6%，同时共混O20的平均有效压力低于标准柴油。相比于柴油，所有混合燃料的废气温度都较低。CO、HC的排放量会随着掺合比和最大负荷压缩比的增大而降低。同时的排放量会高于柴油。在满载工况下，以压缩比20:1的O20作为燃料时，发动机性能最佳。

1.介绍

从以往的研究来看，纯植物油因为它粘性强，密度高，不易挥发等特点在发动机中使用时会导致燃油滤清器打卡、雾化不良、燃烧不完全等问题。为降低纯植物油的粘度，提出了以下四种技术方法;即加热/热解、稀释/共混、微乳液和酯交换。酯交换法是所有这些技术中应用广泛、使用方便、最有前途的降低植物油粘度和密度的方法。然而，因为酯交换法涉及化学和过程热输入以及酯交换反应等原因而增加了额外的处理成本。

大多数研究人员已经报道了预热进气燃料可以降低其粘度，并且这一结论可以被大量实验所印证。

Deepak Agarwal等六人发现预热麻风树油降低了它的粘度，并使它的燃油喷射压力达到最佳状态。Bari等七人研究发现原油预热棕榈油至90ordm;C降低了它的粘度,并且使流动平稳，避免燃油过滤器堵塞。实验结果清楚的表明预热的柴油替代品适用于发动机的短期运行。 Ingle等10人对纯棉籽油与柴油在50℃、70℃、90℃等不同温度下的性能进行了比较，并对其粘度、闪点、倾点等性能进行了实验测定。结果表明，在较高负荷下，将棉籽油甲酯预热至90℃时，制动热效率较柴油提高，制动比油耗较柴油提高。 Senthil Kumar 等十一人研究发现了动物脂肪的燃烧特性与柴油接近，排放低于柴油。 Venkatraman等十二人研究发现与柴油相比，甲酯在提高压缩比，喷油正时和喷油压力时提高了发动机的性能，同时降低了发动机的排放，并且评估了最优输出参数。哪些燃料在具有较高的压缩比、喷油正时和喷油压力时提高的发动机的性能，同时排放仍然比不同负荷的柴油和生物柴油低。

从文献综述可以推断,在以标准压缩比评估不同等级植物油和生物柴油的性能和排放特性已经开展了大量的研究工作,但很少研究进行了对预热棕榈油性能的评估。对于预加热的棕榈油-柴油混合燃料，压缩比的影响尚未进行分析。这种油有潜力成为传统柴油的替代品。因此，研究变压缩比柴油机上预加热棕榈油燃料的特性是十分必要的。本文研究了预加热棕榈油-柴油混合燃料上压缩比对燃料性能和排放特性的影响。通过制备了不同比例的预加热棕榈油和标准柴油混合燃料，并进行了以下研究。

研究一台使用不同比例的混合燃料在16:1、17:1、18:1、19:1、20:1等不同压缩比以及满载的情况下的发动机的性能，并与标准柴油进行比较。

研究了在满载状态下，不同比例混合燃料在不同压缩比下等排放参数。

研究表明，预加热后的棕榈油-柴油混合燃料具有较好的性能和排放特性，无需对其进行任何改性。

2.实验设置及步骤

实验装置如图1所示。它由一台单缸四冲程柴油机和数据采集系统组成。装有用于加载的涡流测功机。该装置配有必要的燃烧压力和曲柄角测量仪器。这些信号通过发动机压力-体积图的指示器与计算机相连。还拨款用于接口气流、燃料流量、温度和负载测量。该装置有一个独立的面板盒，其上包括两个用于多燃料测试的油箱，压力计读数，燃油计量装置，用于空气和燃料流量测量的发射机，过程指示灯和发动机指示灯。转子流量计用于测量发动机冷却水和量热器水当量。该装置可以研究柴油机的性能和燃烧参数。基于Lab view（程序开发软件）的发动机性能分析软件包“engine test express V5.75”提供了在线性能评估。可选地提供一种计算机控制的在线压力测量圆筒。可变压缩比发动机通过柴油机启动并且当发动机达到稳定工作状态时，加满部分负荷。使用冷却水流量时保持60毫升/秒和冷却水温度稳定在40°C。试验是在1500rpm的恒定转速下进行的。每一次试验都要测量所有的性能和燃烧参数。

图一实验装置示意图

表一：发动机使用说明书

从初始测量开始，计算并记录了不同混合燃料在压缩比16:1、17:1、18:1、19:1、20:1下对制动功率和机械效率的影响。燃烧和排放等级也被处理和存储在计算机中用于进一步处理。对不同的预加热棕榈油混合物重复同样的步骤。表1为VCR试验台的规格。

3.燃料特性测量

棕榈油是源自棕榈树的果实，是从棕榈树果实的果肉中提取出来的。棕榈油因为含有大量的胡萝卜素所以是天然的红色。该油可以通过反酯化预热以及与柴油混合俩种方式用于柴油机。其中，预热这种方式成本低且使用方便。预热棕榈油超过90度并测定了预加热油的以下性能。 表二为柴油和预加热棕榈油的性能

4.结果与讨论

4.1性能与排放特性

4.1.1制动功率和机械效率

图二为不同共混物的压缩比-制动功率图。从图中可以看出，O20共混物比其他共混物和标准柴油具有更高的制动功率。在满载工况下，当压缩比由低增加到高时，制动功率也增加了。在满载，压缩比20:1时，O20和柴油的最大制动功率分别为3.9927 KW和3.9339 KW。在所有压缩比和满载情况下，其它共混物的制动功率也比柴油高。

这可能是由于燃油喷雾特性得到了较好的改善，燃油-空气比的适当混合以及预热产生的完全燃烧，另一个原因是O20共混物的密度高于柴油。所以，在相同的燃料体积下发动机中流入了更多质量的燃料，导致制动功率的增加。

图三展示了发动机在不同共混物的机械效率随压缩比的变化。研究发现，低压缩比下共混物的机械效率较低，而O20、O5和O15共混物在高压缩比下机械效率较高。其它共混物如O10和D100在较低的压缩比下获得较高的机械效率，在较高的压缩比下获得较低的效率。与标准柴油和其它共混物相比，O20共混物的机械效率随压缩比的增大而增大。共混O20在压缩比为20时取得最大机械效率为97.66%，比柴油高14.6%。这是由于与柴油相比，混合燃料具有更好的润滑性。

图二： 不同共混物的机械效率随压缩比的变化规律

图三：不同共混物力学效率随压缩比的变化规律

4.1.2指示平均有效压力和排气温度

图4为不同共混物的指示平均有效压力随压缩比的变化情况。在较低压缩比下，D100的平均有效压力较高，而在较高压缩比下，共混物O20的平均有效压力较其他测试燃料低。在压缩比20:1和满载工况下，D100和O15的平均有效压力为6.87 bar, O20的平均有效压力为6.22 bar。从整体上看，在压缩比为19:1和满载时，O20在试验中获得的指示平均有效压力低于其他所有试验燃料。

图5为不同共混物的排气温度随压缩比的变化情况。结果表明,在较低的压缩比16:1到较高的压缩比20:1,与柴油相比所有共混物燃料的排气温度都降低了，除了共混物O5在压缩比为16：1到17：1时是高于D100 16.8ordm;C。同样共混物O10相比于所有其它测试燃料有最低的排气温度，在最大压缩比为20：1，满载情况下大约比D100低了110 ordm; C。随着压缩比的增大，各种共混物的排气温度均低于柴油。其原因是预热油共混物的热值比柴油低。所以在压缩结束时温度会降低。

图4：不同共混物的平均有效压力随压缩比的变化规律

图5：不同共混物的排气温度随压缩比的变化规律

4.1.3.CO、CO2、HC废气排放

图6为不同共混物与柴油压缩比下一氧化碳排放量的变化。在较高的压缩比下共混物O20的一氧化碳排放量比其他共混物和柴油的都低。在压缩比20:1时，O5、O10和O15等其它共混物的排放也比柴油低。与柴油相比，O20的排放减少了45.45%。由于燃料预热改善了喷雾特性，空气-燃料更好的混合，所以所有共混物的CO排放均比柴

英语原文共 9 页

资料编号：[4483]

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