城轨车辆内燃工程车乳化油在车辆内燃机上的应用分析

李宏菱

摘要：研究乳化油的性能以及在工程车内燃机上的应用，并分析生物柴油构成，可以得知在工程车内燃机使用乳化油，可以更好的提高其内部的高热效率，明显降低燃烧生物以及炭烟、NOX排放。避免动力性能下降，尾气中CO含量有所上升，可以起到良好的应用效果。通过数据分析，为地铁内燃工程车使用提供合理的发展方向，满足城轨车辆内燃工程车的高效稳定需求，符合我国目前制定的可持续性发展战略措施。

Abstract： Researching the performance of emulsified oil and its application in the internal combustion engine of engineering vehicles， and analyzing the composition of biodiesel， it can be known that the use of emulsified oil in the internal combustion engine of engineering vehicles can better improve its internal high thermal efficiency， and significantly reduce the combustion of biomass and charcoal. Smoke and NOX emissions. To avoid the decrease of power performance and the increase of CO content in the exhaust gas， it can play a good application effect. Through data analysis， it provides a reasonable development direction for the use of internal combustion engineering vehicles in subways， meets the high-efficiency and stable demand of internal combustion engineering vehicles for urban rail vehicles， and is in line with my country's current sustainable development strategy measures.

关键词：城市轨道车辆;地铁;内燃工程车;乳化油;应用分析

Key words： urban rail vehicles;subway;internal combustion engineering vehicles;emulsified oil;application analysis

中图分类号：U472.43                                   文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）24-0066-03

0  引言

在车辆运行中，为了提升车辆的运行效率，降低车辆在燃油过程中出现的污染，将车辆燃油与水、乳化剂经一定比例以及技术调节，使其能够成为乳化油。将不同特性的液体以及液柱形態混合制成分散体系的合成乳酸液，在此种状态下的乳化油，稳定性能以及分散性能均在现有程度上进行增强。通过油水乳化剂合成的乳化油与车辆燃料比较，此种乳化油燃烧性能极佳，且燃油消耗量较低，在燃烧过程中污染物生成较少。结合本文的分析，本文将就乳化油的基本概述展开讨论，分析有乳化油的用途以及乳化油的种类，并分析乳化油的未来发展优势。

1  乳化油的基本概述

乳化油的重要性不言而喻，乳化油以稳定状态存在，其作为一个微小的游离粒径，保持在0.5～25um之间。乳化油为淡褐色至深褐色的液体或半固体，乳化油的作用以冷却为主，润滑其次。可以应用金属的加工中，乳化油在内燃工具使用中，将燃油与汽油、柴油等进行比例混合。例如，加水、添加添加剂，随后使用专业设备进行乳化，使油液成为油包水类型的分子基团。颗粒越小越均匀，乳化油的稳定性便越长[1]。就一般而言，乳化油的稳定性将维持在1～6个月，其乳化油的油水分离机破乳，在破乳后将失去其性能。在乳化油的油基表面，含有多层的吸附因子。如表面活性因子、油剂表面双层电结构等。在去油乳化剂中，多采用容器气浮法，在气浮前加入混合剂使乳化油脱稳，以提高乳气浮油除油效果。乳化油在燃烧过程中，包含一定的物理作用，即所谓的微爆理论。油包水型分子基团油是连续相，而水则是分散相[2]。油的沸点比水高，因此在受热过程中，水达到沸点蒸发。当油基中的压力超过表面张力以及环境压力的总和时，水蒸气将突破油膜阻力，使油滴发生爆炸，形成更细小的油滴。爆炸后的油滴更容易燃烧，因此油液燃烧更充分。使整个内燃机能够达到节能优化效果，可以有效提高燃烧效率，降低排烟中的烟尘含量[3]。

在乳化油的组成中，乳化油由基础油以及添加剂组成，比例配合得当，乳化油才能发挥自身的稳定性。例如，在基础油中，基础油缓释剂以及乳化剂配比得到，且根据油相的不同组合要求，HLB值也会发生变化。基础油是缓蚀剂的载体，基础的黏度将影响乳化油的稳定性。黏度低则易于乳化，但如果粘度过低，形成的油膜太薄也不利于防锈。因此，基础油的粘度必须适中，而添加剂包含以下几点：

①乳化剂。乳化剂是整个乳化液的穩定剂，是表面活性剂，它可以降低互不相溶液体之间的界面张力，并使其能够形成乳化液。在表面活性因子中，一般为非极性，亲水基团因子组成。这两部分处于分子量端，形成不对称结构。因此，表面活性剂是一种两亲分子。既亲油又亲水，可以保持自身的优势;

②防锈剂。防锈添加剂包含了水溶性防锈剂以及油性防锈剂两大类[4]。防锈的主要过程是游离碱以及水溶性腐蚀剂作用的过程，如三乙醇胺可与金属发生作用，且在金属表面可以生成不溶性的致密氧化膜。阻止金属的电化学腐蚀，但在加入过程中，必须适量，过量后不但不溶解，反而会影响乳化，导致破乳;

③稳定剂。稳定剂的作用除稳定油相外，还可以使乳化液在常温状态下稳定，防止或减少乳化液出现分离或析油。选择的稳定剂多为异丙醇、多元醇、乙醇高碳醇、二三乙醇胺等[5]。

2  内燃机的基本概述

在气缸盖中，其包含了专用的气道以及排气道。在使用过程中，通过空气与空气燃料之间的组合，并经过空气滤波器、气管道进入气缸膨胀后，燃气通过排气门、排气道，随后排入整个内燃机内轴。通过内燃机的开启以及关闭，确保其内燃机能够有效的运行。内燃机工作原理通过摇臂、气门、弹簧等传动件，将力度进行传递，并进行控制。这一套机械设备被称之为内燃机配气机结构，通常由空气滤清器、推进管、排气消声器等组合，是一种全新的排气系统[6]。

就内燃机的工作原理进行分析，内燃机的工作原理具有明显的连贯性。因此，可以将能源以及力度进行配比，完成全面的传达。在内燃机的未来发展趋势中，通过内燃机行业交易市场情况，可以得知内燃机的市场景气度回暖。内燃机未来依然是汽车、摩托车、船舶、工业机械以及农业等行业的配套产品。因此，其产品性能必须满足行业需求，同时也需要根据内燃机的市场运行模式，完成分析。内燃机在未来，其前景预在船舶、摩托车、工程机械、汽车中可以达到2，600万至3，000万台，极具优势。

在系统结构中，内燃机包含了曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统、点火系统以及起火系统[7]。

内燃机的曲柄连杆机构可以实现整个工作循环，完成能量转换。作为主要的零部件之一——曲柄连杆机构，由机组活塞、连杆组成。在做功中，内燃机在燃气压力作用下可以呈现往复直线运动，通过曲柄连杆，转化为曲轴的旋转，并实现曲轴对外输出力。在进气压缩以及排气中，可以将动曲轴转化为活塞往复直线运动。而配气机构则可以根据发动机的工作顺序以及工作流程，实现开启、关闭、排气。并使废气从气缸内排出，完成换气。一般可由气门组、气门传动组以及气门驱动组组成，而在燃料供给系统中，汽油机燃料供给系统可以根据发动机的需求，配置出一定数量以及浓度的可燃混合气体，并进入整个气缸内。将燃烧后的废气排入大气，燃油机、柴油机燃料供给系统功能，可以将柴油机以及空气供入气缸，在燃烧室内进行混合燃烧，随后将燃烧后的废气排出[8]。

3  乳化油在车辆内燃机的应用特性

从现有的数据表明，合成的乳化油压入内燃机的气缸，其乳化油特征有效生成，在燃烧过程中温度升高，合成乳化油里的水分子先于车用燃油分子达到沸点，整个气化作用使水分子产生微爆，将合成后的乳化油里的车用燃油分子微颗粒进行强化，使乳化油油滴以及空气形成的基础面积增大，进一步提高整个乳化油的燃烧效率，以及使用模式。其乳化油水分子微爆，可以将乳化油再次雾化，使油漆更加混合均匀，减少不完全燃烧发生的可能降低。在燃烧过程中，生物烟炭以及颗粒使微乳化油的燃烧率有效提升，将汽油以及甲醇按照不同比例进行配合，确保发动机性能的合理性。分析整个氧化物含量，乳化油燃烧生成物含量有效减少。在乳化油的分类中，乳化油分类主要取决于乳化油内部的性质，例如乳化剂或表面核心活性剂是否能够溶解在水或者油中。随后，生成亲水基团或亲油基团，分析相对浓度。一般使用平衡值HLB表示。HLB越大，则表示该乳化油的亲水性能最好。当HLB大于20时，表明该物质亲水，但不容易油。而HLB为零时，该物质亲油但不亲水。为能够更好的得到油包水型乳化剂，HLB值应维持在2～6之间，当HLB值高达12～18时，乳化油将形成水包油型乳化液[9]。

在正常情况下，油包水型乳化液的水珠直径为2～5um，可以更好的保存数日以及数周时间，其内部水珠不会因沉降或分离。但在工业用途中，使用重油或渣油练至乳化液，不放入任何表面活性剂也可以获得品状较为良好的油包水型乳化油。乳化油根据用途的不同，可分为1号、2号、3号、4号，在整个分类行业标准中，其1号的防防锈性较好;2号清洗性较好;3号极压性较好;4号为透明型乳化油。与水按一定比例混合后，调节成乳化液，可以更好的具备防油、清洗、极压功能，发挥自身的冷却效果[10]。

此外，在车辆内燃机的应用中，乳化油还具备以下几个作用：

①润滑作用。在车辆内燃机的使用中，各部位的摩擦不可避免，而摩擦阻力较大就会对内燃机的设备造成磨损，影响设备的效率，降低设备的自然使用周期。而乳化油可以起到润滑作用，减少摩擦阻力，使整个设备的使用寿命增长，降低成本。

②冷却作用。内燃机在摩擦过程中，会产生一定的热量，冷却不仅是对设备进行温度降低，同时乳化油还会对设备起到保养效果，降低设备的磨损。

③防锈作用。生锈是内燃机的问题，在不同的工作环境中，内燃机不可避免受到水分的物质腐蚀。而乳化油的复合剂具备防腐蚀作用，可以有效的防止水分对于机器的不良影响。

④清洁作用。在内燃机的使用中，掌握乳化油的正确使用方法非常重要。乳化油不仅可以去除金属粉末，同时还可以利用乳化油的工作特性，在内燃机使用时将这些垃圾冲刷出来，方便清洗。

乳化油复合剂是一种不稳定物质，在日常应用中，需要根据内燃机的特性设定以下几项使用特点：

①清洁特点。在内燃机中，其提供液压系统，可以通过适当的乳化油来实现清洗。需要注意的是，在清理内燃机生物膜时，如果其较脏，被生物菌污染，推荐使用碱性预处理剂，加入泡沫可以更好地配合乳化油进行清洁。

②配液用水。水中硬物质与拉丝油中的乳化油发生化学反应，就会使乳化油数量减少，油水分离。因此水的硬度对于乳化油的复合剂影响稳定性较大，且会生成盐类，附着的铜线表面，影响后续加工。配置用于拉细丝或乳化油，需要使用去离子水，且水中氯含量如超过100×10，则不应再次使用氯。

③工作温度控制。使用其温度原因包含了水分蒸发以及避免温度积累、升高。生成固体盐，温度太低弱化性能下降，则会导致其温度控制无法使用。因此建议温度保持在35℃至45℃之间，按照不同的基础品种，乳化防锈油对于金属材质的防锈效果不相同，有些对金属防锈效果较好，但有些则对于铜的防锈效果一般。这在防锈油的产品资料中会做出说明，因此应按基础产品结构大小选择。

4  乳化油在车辆内燃机的相关研究

4.1 生物乳化油的研究

分析乳化油在城轨车辆内燃工程车内燃机的相关研究中，首先就生物乳化油的性能进行分析，由于生物油黏度较高且整个酸性较强，着火能力比较差。因此，在使用中，内燃机不能燃烧应用，如将车内燃油机柴油以及生物油进行一定技术合成，生成的乳化油便能够在柴油内燃机上直接使用，降低使用成本，提升使用效率。研究人员针对于柴油机的性能测验，分析合成乳化油的燃烧以及排放特性，发现生物柴油的热效率。比10%的生物乳化油以及0号柴油高，照比20%的生物乳化油，明显增高。乳化油氮氧化物合成含量明显较高，10%的生物乳化油氮氧化物合物含量与0号柴油接近，整个乳化油的燃烧生成微颗粒比生物柴油排放量较高。低于0号柴油的燃烧生成物微粒，经实验表明，此种合成乳化油可以在柴油能源机上直接使用，也可以有效减少燃烧生成物，在经济上较差。

在生物稳定型乳化液的应用中，可以更好的实现水溶性、稳定性。在合成中，具备极好的抗菌能力，可以应用于车辆内燃机的使用中，具备其润滑性能以及清洁性能。在硬水中，乳化稳定，具备良好的防腐蚀能力以及抗菌性能。且具有低发泡倾向，不腐蚀黄色金属，非粘稠油膜具备极佳的过滤特性。使用5%以上的浓度，可以确保乳化液具有高寿命的优势。

4.2 生物柴油-甲醇混合分析

在生物柴油甲醇混合分析中，生物柴油是一种生物再替代燃料。生物柴油内部包含了少量的氧成分，可以显著降低燃烧生成物HC、CO以及微粒含量。且整个燃烧生成物NOX含量显然上升，要想确保NOX含量减少，混合甲醇在生物柴油中就可以实现此种目标。研究人员可以分析生物柴油甲醇合成材料，对于车上内燃机的特性以及燃烧生成物微粒的影响因素，以一台四缸直列柴油机试验进行分析。通过实验结果，调节车辆内燃机的扭矩以及转速，生物柴油体积比例为10～20%。因此，就整个实验表明，车辆使用纯生物柴油热效率较低，与传统柴油相比，可以更好的降低在燃烧过程中出现的污染物以及烟碳含量。整个HC、CO以及NOX含量高于传统柴油。在中负荷期间，与车辆使用传统柴油相比较，NO2含量占NOX比例增加68%，其热效率远高于传统的柴油，具备极佳的使用性能（如表1所示）。

4.3 生物乳化油和皂化油的区别

在生物乳化油以及皂化油的使用中，皂化油通常被误认为是生物乳化油，因二者具备一定的相似性。但皂化油与乳化油之间在用途以及性能特点上，存在着一定的差异。例如在用途上，乳化油主要用于工作面的液压支架，并适用于金属加工黑色、有色金属等多工位加工。此外，还可用于机床并融合钻、铰、功丝等工序，提高刀刃耐用度以及切削效率。而皂化液则是金属材料在加工过程中的一种加工助剂，可以减少钻头等工具的磨损，保证整个工件的加工精度，延长工件的防锈，起到明显的辅助效果。皂化油以及乳化油区别在于乳化油可以提供优良的防腐性以及防锈性，性能稳定，可以满足日常加工需求，具备良好的冷却性以及清洗性，可以使刀具表面迅速冷却，提高加工速度。而皂化油的特点具有优异的抗有色金属变腐蚀、变色性能。此外，还包含了极佳的生物稳定性，不易变质，寿命较长，有良好的润滑以及冷却性。提高产品光洁度以及刀具寿命，不含亚硝酸盐以及苯酚。

5  结束语

综上所述，在车辆内燃机使用乳化油中，可以更好的提升其热效率，使内燃机的功率能够发挥至最大程度，可以更好的提高其内部的高热效率，明显降低燃烧生物以及炭烟、NOX排放。避免动力性能下降，尾气中CO含量有所上升，可以起到良好的应用效果。在燃烧生成物CO中，其还能分析各方面性能。乳化油在车上内燃上的应用优点大于缺点，在我国具有非常广阔的发展前景以及社会效益，值得大力推广。结合乳化油的特性，分析乳化油的润滑作用、冷却作用、防锈作用。并就其清洁作用、特点、配液用水、工作控制温度等进行研究，对比生物乳化油以及皂化油二者之间的区别。在本文的研究中，本文首先就乳化油进行基本概述，了解乳化油的特点以及优势，并就乳化剂、防锈剂、稳定剂等进行分析。随后，对内燃机工作原理进行研究，以便更好的了解内燃机在工作中其活塞、连杆的运行方式，以便能够分析乳化油在车辆内燃机的应用特性。从润滑油、生物乳化油以及生物柴油中得出良好的实验结论，为后续研究指明方向，提供可行数据，实现良好支持。

参考文献：

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