生物柴油及其与石化柴油混合燃料润滑性能的对比研究

论文摘要

为了改善柴油机排放而采用的低硫柴油在实际的使用中凸显了润滑性能不能够达到标准的现象,造成了内燃机中喷油泵等依靠燃油自润滑部件的失效。生物柴油作为清洁可再生的替代燃料以及低硫柴油的润滑添加剂而倍受关注。研究表明,生物柴油与柴油的物理性质最为相似,其作为柴油机燃料时柴油机的动力性与石化柴油作为燃料情况下相当且排放性要优于石化柴油。在其余指标满足条件的基础上,针对生物柴油的润滑性能以及生物柴油作为石化柴油润滑添加剂的润滑性能、机理及规律等问题的研究有着重要的现实意义。本研究以菜籽油生物柴油为对象,以摩擦磨损理论和润滑机理为基础,采用实验测定和理论分析相结合的方法,对菜籽油生物柴油及其与市售0#石化柴油混合燃料的润滑性能进行了分析研究。研究首先在活塞环-缸套摩擦磨损测试机上分别使用菜籽油生物柴油和石化柴油作为润滑剂,采用铁谱技术、SEM、体式显微镜以及光电天平称量磨损失重等手段对油样的润滑性能进行分析。同时,为了能够更有针对性地对喷油泵中依靠燃料自身润滑性能实现润滑的柱塞偶件的摩擦磨损进行分析研究,自制了柱塞偶件摩擦磨损测试机。在实验中使用生物柴油、0#柴油及含有不同体积比例生物柴油的混合燃料作为润滑剂,测定实验过程中柱塞与柱塞套之间的实时摩擦力,绘制摩擦力-位移实时曲线图,对各种燃料的润滑性能进行分析研究。最后,使用气相色谱方法测定了油样中的脂肪酸含量,从边界润滑的角度对生物柴油润滑性能的原因进行了初步的分析。理论分析方面,建立了活塞环-缸套实验以及柱塞偶件实验的数学模型,从流体润滑的角度推导了摩擦力、润滑油流量等参数的解析解并与实验结果进行了对比分析。通过以上的实验研究和理论分析,探讨了生物柴油及其与0#柴油混合燃料的润滑性能及其原因,找出了两者混合燃料润滑性能的基本规律及影响因素,为生物柴油作为燃料以及添加剂在内燃机中的研究、推广使用提供可靠的理论依据和实验数据。通过研究得到了以下的结论：1、研究表明,菜籽油生物柴油的固有润滑性能优于市售0#柴油的固有润滑性能。2、生物柴油与0#柴油混合燃料的润滑性能随着其中所添加的生物柴油体积比例的增大而增强,但是在添加比例高于20%之后,其润滑性能虽有增强,但是已经不再明显。所有试验用燃料的润滑减磨作用随柱塞偶件摩擦副相对运动速度的提高而下降。3、对油液进行的色谱分析显示,生物柴油中含有的游离脂肪酸是生物柴油具有较好润滑性能的原因之一。混合燃料润滑性能的增强与其中所含有的脂肪酸含量呈现出正相关性。4、粘度的测定和理论建模分析的结果显示,生物柴油具有相对较大的粘度且混合燃料的粘度随着生物柴油体积比例的增大而增大。生物柴油及含有菜籽油生物柴油的混合燃料较高的粘度能够使得摩擦副之间最小油膜厚度增大,避免了金属之间的直接接触从而减小了摩擦副之间的摩擦力。理论分析的结果与实验结果相符。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 燃料润滑性能研究的国内外现状
• 1.1.1 国外研究现状
• 1.1.2 国内研究现状
• 1.2 柴油机柴油供给系统
• 1.2.1 柴油机柴油供给系统的工作原理
• 1.2.2 柴油机喷射系统的常见故障、原因及常用解决办法
• 1.3 本论文的主要研究工作
• 1.3.1 选题的意义、目的及研究方法
• 1.3.2 课题内容
• 第二章 基本理论
• 2.1 磨损原理
• 2.1.1 磨损的定义及度量
• 2.1.2 磨损的阶段划分
• 2.1.3 磨损的种类
• 2.2 润滑
• 2.2.1 流体润滑
• 2.2.2 边界润滑
• 2.3 本章总结
• 第三章 石化柴油与菜籽油生物柴油润滑性能的实验研究
• 3.1 实验过程
• 3.1.1 实验目的
• 3.1.2 实验条件
• 3.1.3 实验方案
• 3.2 铁谱实验结果对比分析
• 3.3 表面三维形貌对比分析
• 3.4 磨损失重对比分析
• 3.5 结论
• 3.6 本章总结
• 第四章 柱塞偶件摩擦磨损实验台的设计
• 4.1 系统构成
• 4.2 实验台硬件设计
• 4.2.1 机械结构设计
• 4.2.2 硬件电路设计
• 4.3 实验台软件部分设计
• 4.3.1 下位机软件程序设计
• 4.3.2 上位机软件程序设计
• 4.4 本章总结
• 第五章 混合燃料润滑性能的实验研究
• 5.1 实验材料和设备
• 5.2 实验方法
• 5.3 柱塞套摩擦磨损实验
• 5.3.1 B0实验结果
• 5.3.2 B20实验结果
• 5.3.3 B50实验结果
• 5.3.4 B70实验结果
• 5.3.5 B100实验结果
• 5.4 气相色谱实验
• 5.4.1 色相色谱简介
• 5.4.2 五种润滑油的气相色谱实验结果及分析
• 第六章 润滑模型的建立及理论分析
• 6.1 活塞环一缸套润滑模型的建立及各参数的理论分析
• 6.2 对于柱塞偶件实验的理论建模分析
• 6.2.1 剪切流动
• 6.2.2 压差流动
• 6.2.3 柱塞偶件运动的速度、流量分析
• 6.3 本章总结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间发表论文目录
• 附录B 实验装置
• 附录C 柱塞偶件上下位机程序
• C.1 下位机程序
• C.2 上位机程序