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提高植物油在低排热柴油发动机中作为燃料的可用性
摘要：废弃植物油在涂层柴油发动机中的可用性通过实验研究。废玉米油与石油柴油燃料以15％玉米油与％85柴油燃料（B15），35％玉米油至％65柴油燃料（B35）和65％玉米油至％35柴油燃料（B65） 。发动机活塞和进气和排气阀的表面涂层有ZrO 2层，以使燃烧室绝缘。因此，旨在减少通过燃烧室的热传递，目的是增加发动机的热效率和性能，并且还保持柴油发动机中植物油的可用性。 B15，B35，B65和标准柴油燃料用于涂层试验发动机。所有上述燃料的性能参数和排气排放特性被澄清并且与正常柴油燃料的非涂层的发动机试验值进行比较。相信本研究的主要目的已经实现，因为发动机性能参数例如发动机的功率和扭矩随着制动燃料消耗率（bsfc）的同时减小而增加。此外，许多废气排放参数如CO，HC和烟雾不透明度降低。
研究亮点概述：通过实验研究了LHC柴油发动机中废玉米油的可用性。 ►柴油发动机涂有ZrO2层，使燃烧室绝热。 ►测试结果显示性能参数有显着提高。 ►虽然在涂层发动机运行中只观察到轻微的排放减少。
关键词：低排热发动机; 植物油; 陶瓷涂层; 柴油发动机
1.介绍
能源，能源的利用和诸如环境污染和可持续性的伴随问题正在形成科学世界的主要研究课题的很大一部分。 柴油发动机研究，例如燃料可用性，替代燃料调查和减少排放，正在进行中。 柴油发动机通常具有比汽油发动机更好的燃料消耗特性。 此外，理论上如果可以减少排热，则热效率将提高，至少达到由热力学第二定律设定的极限[1]。 低热排放发动机旨在通过减少传递给冷却剂的热量来实现。
参考文献 [1]并得出结论，对低排热柴油机性能进行了许多研究，但是需要更多的研究来克服实际问题。 此外，可以通过在柴油发动机中使用它们来研究不同类型的燃料或添加剂。
从燃烧室通过隔热部件的较低的排热导致可用能量的增加，这将增加缸内工作和由废气携带的能量的量，这也可以使用[2]; [3]。 陶瓷材料具有比金属更高的热耐久性。 因此，它们不需要像金属一样快地冷却。 具有低热导率的陶瓷材料可用于控制结构中的温度分布和热流[4]; [5]; [6]。 热障涂层可以给发动机提供的更高的热效率，从而改善燃烧并减少排放。 此外，这些材料显示出比常规材料更好的磨损特性。
据报道，LHR柴油发动机的燃烧特性有四种不同于标准柴油发动机[7]：（a）点火延迟时间缩短; （b）扩散燃烧期增加，而预混燃烧期减少; （c）总燃烧持续时间增加; （d）扩散燃烧期间的放热率降低。
尽管发现使用LHR发动机是有希望的，但许多报道的研究显示了矛盾的结果。 大多数研究人员报告说，绝缘可以减少热传递，提高热效率和提高排气中的能量可用性。 然而，与上面的介绍相反，一些实验研究表明，热效率有很小的提高或没有提高[8]。 [9]。 不同的材料例如铝，氮化硅，碳化硅，硅酸镁，钼和一些其它陶瓷材料已经用于制造LHR发动机。
在本研究中，常规柴油发动机和绝热柴油发动机中废植物油的可用性通过实验研究和相互比较。 发动机活塞和进气和排气阀的表面涂层有ZrO 2层，以使燃烧室绝缘。
2.发动机试验材料和实验程序
性能和排放测试在蝙蝠侠大学汽车部发动机试验实验室进行。 实验装置的示意图如图1所示。 使用BT-140型液压测力计进行性能测试。 发动机试验规格列于表1中。使用Capellec CAP 3200型发射分析装置进行废气排放试验。 排放试验装置的技术性能见表2。
图1实验设置示意图。
表格1。
测试引擎的技术规格。
类型 Rainbow-186柴油
喷射系统 缸内直喷
气缸数 1
冲程体积 406cc
压缩比 18/1
最大功率 10 HP
最大发动机转速 3600 rpmplusmn;20
冷却系统 空冷
注射压力 19.6plusmn;0.49MPa（200plusmn;5Kgf / cm2）
平均有效压力（Mep） 561.6 KPa
介质活塞速度 7.0 m / s（在3000 rpm）
表2.
气体分析仪的技术性能。
参数 测量范围 精度
HC 0-20,000ppm 1ppm
CO 2％0-21％ 0.1
CO ％0-10.5 ％0.001
烟雾 0 ... 99.99％ ％1
NOx 0-10,000 ppm 1 ppm
在具有50和100ml体积的滴定管和秒表中测量燃料消耗。 制动燃料消耗率通过下式计算。
方程（1）
其中“be”是制动燃料消耗率，单位为g / kWh，“”是燃料的流量，单位为cm3 / sn，“rho;”是燃料的密度，单位为g.cm-3，“Pe” 制动功率为kW。
废玉米油与石油柴油燃料混合并在涂层柴油发动机中进行测试。 玉米油，B15，B35，B65混合燃料和柴油燃料的一些重要性质示于表3中。
表3。
柴油，玉米油和混合燃料的技术性能。
燃油 加热值kJ.kg -1 密度g.cm -3（15°C）闪点（℃）粘度mm2.sn-1（40℃）十六烷值
柴油 4240 0.836 72 2.96 47
零售玉米油39,680 0.925 285 28 51
B15 42,200 0.845 94 5,76 47
B35 41,750 0.856 135 10,6 49
B65 41,160 0.880 173 16,21 50
具有燃烧室和排气和进气阀的测试发动机的活塞表面涂层有ZrO 2层。 试验发动机的所述部件的涂层和未涂层形式的照片示于图2中。
图2带有燃烧室和两个阀的涂层和未涂层活塞表面
根据图3所示的活塞应力分析。 如图4所示，最大活塞表面温度发生在围绕燃烧室边缘的区域。 在1500rpm和满负荷的条件下，在持续100h的发动机运行之后，涂层的试验发动机被拆卸。 获取燃烧室，活塞表面以及排气阀和进气阀的照片并示于图2中。如图6图5所示，在发动机运转100小时后，在燃烧室部件的涂层上没有异常。然而，活塞的表面仅在燃烧室边缘的涂层周围具有轻微裂纹。 当比较两个图时，活塞的表面温度随着涂层过程而增加。 因此，在燃烧室边缘周围的区域发生裂纹。 在活塞表面涂层的剩余部分既没有裂纹也没有异常。
图3常规钢活塞温度分布[10]
图 4陶瓷涂层钢活塞的温度分布[10]
图5发动机运行100小时后的燃烧室和活塞表面
图6发动机运行100小时后阀门表面
在涂层的发动机操作100小时之后，绘制阀门表面，并在图6中示出。 如图6所示，在阀表面上的涂层上没有任何裂纹。
3.发动机试验结果和讨论
在涂层的发动机操作中的测试燃料使用的功率曲线和具有正常柴油燃料操作的未涂层的发动机的功率曲线示于图7中。在所有发动机速度下，在涂层的发动机中获得D2燃料的最高功率值。所有的植物油混合物用于涂层的发动机中，在发动机操作中没有任何问题，并且在试验期间没有发生异常。涂层的发动机中的油混合物的功率值与未涂层的发动机操作中的柴油燃料值几乎相同。因此，本工作的主要目的被认为是随着发动机的性能的提高而实现的。也就是说，从植物油混合物获得的功率值可能由于较热的缸内燃烧环境而增加，这有助于燃料液滴的更好的蒸发，并且导致较短的点火延迟，从而更好的燃烧。在2500rpm发动机转速下获得所有测试燃料的最高功率值。在所提及的发动机速度之后，用于整个测试燃料的功率值急剧下降。这种减少的主要原因被认为是发动机的容积效率的降低和摩擦损失的增加。
图 7发动机功率随发动机转速的变化，带有涂层发动机运行的试验燃料
在涂层的发动机操作和未涂层的发动机柴油操作中，不同燃料的扭矩值随发动机转速的变化如图8所示。 在中等和较高发动机速度下，获得涂层的柴油操作的最高扭矩值。 如图8所示，在1250rpm和1500rpm发动机转速下，涂层的发动机中B35操作的扭矩值高于其它燃料和涂层的柴油操作的扭矩值。 在较低的发动机速度下，在未涂层的柴油发动机中获得的用于D2操作的扭矩值在所有测试燃料中是最低的。 如果考虑在所有条件下所有测试燃料的所有扭矩值，可以看出，涂层发动机中的D2操作导致更高的扭矩值，并且油 - 柴油混合物的扭矩值增加并达到正常柴油 发动机运行。
图 8发动机扭矩随发动机转速变化，测试燃料涂层发动机运行
在涂层的发动机操作和未涂层的发动机柴油操作中，制动比燃料消耗值与不同燃料的发动机速度的变化在图9中示出。 在中等和较高发动机速度下，在涂层发动机试验中获得柴油燃料的最低制动比燃料消耗值。 涂层的发动机中的油混合物的制动比燃料消耗值与未涂层的发动机操作中的柴油燃料值几乎相同。 此外，所有测试燃料的制动比燃料消耗值在1000rpm和1500rpm发动机速度下非常相似。 如图9所示，可以说燃烧室的上述部件的涂层已经改善了发动机性能。
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