低速二冲程发动机气缸润滑油蒸发特性

哈　尔　滨　工　程　大　学　学　报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

Ｖｏｌ．３９№．２Ｆｅｂ．２０１８

低速二冲程发动机气缸润滑油蒸发特性

（１．大连理工大学内燃机研究所，辽宁大连１１６０２３；２．大连理工大学船舶制造国家工程研究中心，辽宁大连１１６０２３）摘　要：针对气缸油液滴自燃引发双燃料机不正常燃烧的问题，本文应用挂滴式蒸发装置研究了气缸油和气缸油基础油液滴的蒸发特性，分析了环境温度、油滴初始直径对气缸油和基础油蒸发过程的影响规律。结果显示：在高温条件下气缸油液滴变形并爆破；气缸油的主要成分—１５０ＢＳ光亮油也有明显的液滴爆破现象，而４００ＳＮ精制油无液滴爆破现象发生；气缸油液滴的生命周期与环境温度、液滴初始直径、基础油成分紧密相关，环境温度提高、液滴尺寸减小、精制油成分增加，均会缩短油滴的生命周期。

关键词：低速二冲程船用主机；双燃料机；不正常燃烧；气缸润滑油；蒸发；基础油；挂滴式蒸发装置；高速摄像ＤＯＩ：１０􀆰１１９９０／ｊｈｅｕ．２０１６０９０２２

网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／２３􀆰１３９０．ｕ．２０１７０４２７．１６３９．１７８．ｈｔｍｌ中图分类号：ＴＫ４３８􀆰９　文献标志码：Ａ　文章编号：１００６⁃７０４３（２０１８）０２⁃０３３２⁃０６

冯立岩１，２，刘超１，吴瑶１，王伟尧１，２，田江平１，２，隆武强１，２

Ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｃｙｌｉｎｄｅｒｌｕｂｅｏｉｌｏｆ

ｌｏｗ⁃ｓｐｅｅｄ２⁃ｓｔｒｏｋｅｅｎｇｉｎｅｓ

（１．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｆｏｒＩｎｔｅｒｎａｌＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｓ，ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６０２３，Ｃｈｉｎａ；２．ＮａｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅ⁃

ＦＥＮＧＬｉｙａｎ１，２，ＬＩＵＣｈａｏ１，ＷＵｙａｏ１，ＷＡＮＧＷｅｉｙａｏ１，２，ＴＩＡＮＪｉａｎｇｐｉｎｇ１，２，ＬＯＮＧＷｕｑｉａｎｇ１，２

ｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＳｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ，ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６０２３，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙ，ｔｈｅｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｓｏｆｃｙｌｉｎｄｅｒｏｉｌａｎｄｂａｓｅｏｉｌｄｒｏｐｌｅｔｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙｔｈｅａｐ⁃ｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａｄｒｏｐｌｅｔｓｕｓｐｅｎｄｉｎｇａｐｐａｒａｔｕｓｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｃｙｌｉｎｄｅｒｌｕｂｅｏｉｌｄｒｏｐｌｅｔａｕｔｏ⁃ｉｇｎｉｔｉｏｎａｎｄｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅａｂｎｏｒｍａｌｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅａｕｔｏ⁃ｉｇｎｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆａｍｂｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａ⁃ｔｕｒｅ，ｄｒｏｐｌｅｔｄｉａｍｅｔｅｒ，ａｎｄｂａｓｅｏｉｌｃｏｎｔｅｎｔｏｎｔｈｅｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｓｗａｓｍｅａｓｕｒｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｒｅｖｅａｌｅｄｔｈａｔｕｎｄｅｒｈｉｇｈａｍｂｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｃｙｌｉｎｄｅｒｏｉｌｄｒｏｐｌｅｔｓｗｅｒｅｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｆｉｅｒｃｅｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎａｎｄｂｒｅａｋｕｐ．Ｔｈｅｓｅｐｈｅｎｏｍｅｎａａｌｓｏａｐｐｅａｒｅｄｉｎｔｈｅｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｆ１５０ＢＳｂａｓｅｏｉｌ，ｗｈｉｃｈｉｓａｍａｊｏｒｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｏｆｃｙｌｉｎｄｅｒｏｉｌ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｓｅｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｎｏｔｏｂｔａｉｎｅｄｗｉｔｈ４００ＳＮｂａｓｅｏｉｌ．Ｔｈｅｌｉｆｅｔｉｍｅｏｆｃｙｌｉｎｄｅｒｏｉｌｄｒｏｐｌｅｔｓｒｅｌａｔｅｓｃｌｏｓｅｌｙｔｏｔｈｅａｍｂｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｄｒｏｐｌｅｔｉｎｉｔｉａｌｄｉａｍｅｔｅｒｓ，ａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆｂａｓｅｏｉｌ．Ｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｉｎａｍｂｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｏｉｌｄｒｏｐｌｅｔｓｉｚｅａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｉｎｒｅｆｉｎｅｄｂａｓｅｏｉｌｃｏｎｔｅｎｔｄｅｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｌｉｆｅｓｐａｎｏｆｃｙｌｉｎｄｅｒｏｉｌｄｒｏｐｌｅｔｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｏｗ⁃ｓｐｅｅｄ２⁃ｓｔｒｏｋｅｍａｒｉｎｅｅｎｇｉｎｅ；ｄｕａｌ⁃ｆｕｅｌｅｎｇｉｎｅ；ａｂｎｏｒｍａｌｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ；ｃｙｌｉｎｄｅｒｌｕｂｅｏｉｌ；ｅｖａｐｏｒａ⁃ｔｉｏｎ；ｂａｓｅｏｉｌ；ｄｒｏｐｌｅｔｓｕｓｐｅｎｄｉｎｇｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎａｐｐａｒａｔｕｓ；ｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｃａｍｅｒａ　　气缸润滑油（简称气缸油）燃烧是低速二冲程船用主机颗粒（ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｍａｔｔｅｒ，ＰＭ）排放的重要来源之一［１］。另外，气缸油液滴自燃还是低速二冲程双燃料机发生爆燃和早燃等不正常燃烧的重要原因。“气缸油自燃导致的不正常燃烧”是阻碍双燃料机提高动力性和改善经济性的主要障碍，是严重

收稿日期：２０１６－０９－０８．网络出版日期：２０１７－０４－２７．基金项目：国家自然科学基金项目（５１４７９０２８；５１０７９０２６）；高校

基础科研项目（ＤＵＴ１５ＺＤ１０２）；高技术船舶科研计划─船用低速机创新工程（一期）．

作者简介：冯立岩（１９７３－），男，教授，博士生导师．通信作者：冯立岩，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｆｅｎｇｌｉ＠ｄｌｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ．

威胁双燃料机可靠性及安全的世界性难题［２］，大功率发动机工业界和学术界对此日益重视，气缸油自燃现象及其影响规律研究也逐渐涌现［３－８］。气缸油液滴蒸发过程是气缸油液滴自燃的前期准备阶段，蒸发特性对自燃过程具有重要影响，对蒸发特性的研究是理解气缸油自燃引发不正常燃烧机理的基础性工作。气缸油具有成分复杂、粘度大、不易挥发、自由粒子直径较大等特点。采用传统的蒸发模型不能准确地模拟气缸油液滴的蒸发过程，因此需要在蒸发特性实验的基础上构建符合气缸油特点的蒸发模型，为气缸油液滴在实际缸内环境中的蒸发过程

第２期冯立岩，等：低速二冲程发动机气缸润滑油蒸发特性

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数值模拟提供标定依据。作者应用挂滴式液滴蒸发装置研究了低速二冲程船用主机气缸油和气缸油基础油的蒸发特性。

１　１􀆰１　实验装置及实验设计

所搭建的气缸油蒸发实验装置如图气缸油蒸发实验装置

１所示。

图１　挂滴式气缸油蒸发实验装置示意图

Ｆｉｇ．１　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｓｕｓｐｅｎｄｅｄｃｙｌｉｎｄｅｒｏｉｌｄｒｏｐ⁃

ｌｅｔｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｅｔｕｐ

实验装置主体为长方形不锈钢固定容器，容器主体材料采用２６０各开有直径ｍｍ×１６０３０４不锈钢，容器外部尺寸为２６０ｍｍ×８０ｍｍ，ｍｍ壁厚的光学窗口１０ｍｍ。，分别为光源入射窗容器的前端和后端口和观察窗口，窗口材料为石英玻璃。容器后端留有氮气充气孔，做高温蒸发实验充入氮气，防止气缸油滴氧化。容器上盖预留有热电偶的安装孔。同时，弹体的上盖开有直径１０ｍｍ的通孔，作为液滴进入高温容器的通道和氮气的出口。系统的温度由温控仪控制，容器内温度由直径１ｍｍ的热电偶测量，当温度接近设定温度时，温控仪指令加热器减小加热功率，在设定温度以较小加热功率工作维持容器内的恒定温度。

ＵＸ１００实验选用日本Ｐｈｏｔｒｏｎ公司的ＦＡＳＴＣＡＭＭｉｎｉ件Ｐｈｏｔｒｏｎ高速摄像机拍摄油滴蒸发过程ＦＡＳＴＣＡＭＶｉｅｗｅｒ实现拍照频率，通过控制软、曝光时间、分辨率和触发方式等基本参数的设置，摄像的最高分辨率为１２８０×１０２４。实验选用ＱｕｅｓｔａｒＱＭ１长距离显微镜头放大油滴图像。

为了控制油滴的尺寸，选用量程为１μＬ的微量进样器生成油滴，油滴直径控制在０􀆰５～１ｍｍ，将生成的油滴挂在直径７５μｍ的石英丝上，通过线性模组机构１􀆰２　，将油滴快速送到指定拍照位置。将拍摄到的图像通过数据处理方法

ＦＡＳＴＣＡＭＶｉｅｗｅｒ软件导入电脑，并在其中提取照相频率、分辨率、单位像素点长度等关键数据，用于计算油滴尺寸信息。为了节省运算时间和数据存储量，事先对图像处理区域

进行裁剪。在图像处理时，在不影响图片处理分析的前提下，框选出一个图像区域，成为图像分析的关注区域（ｒｅｇｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒｅｓｔ，ＲＯＩ）。使用ＲＯＩ时，可以在确保精度的同时，减少图片的处理时间。

在确定了处理区域后，需要将拍摄的蒸发图像照２５５，黑白二值化黑色为片进行灰度化。灰度值为０～２５５，白色为，０。即将灰度图像中的像素点转换为只在处理软件中进一步将灰度图像有０和１两个数值的二值图，０代表黑色，１代表白色。经过前期的处理后，得到的是只有液滴和背景的准确黑白二值图，进而计算得到目标液滴的直径。图２为原始图、选定ＲＯＩ区域图和二值化图的对比。

图２　图像ＲＯＩ区域设定及二值化Ｆｉｇ．２　ＲＯＩｄｅｓｉｇｎａｎｄｂｉｎａｒｙｚａｔｉｏｎｏｆｐｉｃｔｕｒｅｓ

由图２可见，原始图像中油滴的形状呈椭球形，为了计算油滴的当量直径，将油滴在ｚ方向切割成若干个高度为一个像素单位的圆柱体，将这些圆柱体积分求和得到油滴体积Ｖ，再将其等效为球体，从而推算出油滴的当量直径。油滴体积和油滴当量直径ｄ的计算式分别如下３

ΔＶ：

ｉ＝ΔＺｄ３

ｉｄ＝６Ｖ６（１）　　液滴直径的计算方法如图π＝π

３ΣΔ所示Ｖｉ

。

（２）

图３　油滴体积的计算方法

Ｆｉｇ．３　Ｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆｄｒｏｐｌｅｔｖｏｌｕｍｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ

２　２􀆰１　实验结果及讨论

实验首先研究了二冲程低速柴油机所使用的典气缸油蒸发特性

型气缸油－５０７０气缸油的蒸发特性。该气缸油的基础油由ＳＮ制。中性精制油１５０ＢＳ光亮油（ｂｒｉｇｈｔｓｔｏｃｋ，ＢＳ）和４００该气缸油为高碱值气缸油（ｓｏｌｖｅｎｔｎｅｕｔｒａｌ，ＳＮ），添加剂所占质量比

按４∶６比例配·３３４·

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例为２５％。该型号气缸油的添加剂包括高碱性硫化烷基酚钙（１２％）、环烷酸钙（１０％）、聚异丁烯丁二酰亚胺（２％）、二烷基二硫代磷酸锌（０􀆰７）及其他成分（０􀆰３％）。实验分别测试了４个环境温度条件下气缸油液滴的蒸发现象。图４（ａ）为６２３Ｋ环境温度条件下的气缸油液滴蒸发曲线。为了消除初始油滴直径差异的影响，蒸发曲线进行了标准化处理。

图４　气缸油液滴标准化直径变化曲线

　　图４（ａ）显示，在环境温度为６２３Ｋ时的蒸发特性曲线分为三个阶段：初始加热段Δｔ１，轻组份蒸发段Δｔ２，和重组份蒸发段Δｔ３。在初始加热段，受环境气体的加热作用，油滴受热膨胀，直径变大；随着油滴表面温度增加，部分组份到达了沸点，蒸发开始，油滴的热膨胀和蒸发速率共同决定了油滴直径的大小。当油滴的蒸发速率和热膨胀速率相等时，油滴直径达到最大值。其后，当蒸发占主导作用的时候，油滴直径开始变小，进入蒸发段，蒸发速率决定了油滴直径变化速率；由于轻组份比重组份沸点低，先进入轻组份率蒸发段，平均蒸发速率为０􀆰０２ｍｍ２／ｓ。轻组份蒸发完毕后，进入重组

Ｆｉｇ．４　Ｖａｒｉａｔｉｏｎｓｏｆｎｏｒｍａｌｉｚｅｄｄｉａｍｅｔｅｒａｃｙｌｉｎｄｅｒｏｉｌｄｒｏｐｌｅｔ

份蒸发段，平均蒸发速率为０􀆰０００８ｍｍ２／ｓ。与普通燃油油滴蒸发特性［９－１４］截然不同的是：在６２３Ｋ环境温度条件下，气缸油液滴的蒸发速率很低，尤其在在蒸发后期蒸发速率更加缓慢，到末期蒸发过程陷入停滞，油滴内的添加剂和重质组份残留在石英丝上，油滴直径保持（ｄ／ｄ０）２＝０􀆰３０４不再变化。

图５为气缸油液滴蒸发历程照片直观地显示油滴的变化过程：在２􀆰３３３ｓ／ｍｍ２标准化时刻，油滴直径达到最大；２􀆰３３３～２７􀆰９９９ｓ／ｍｍ２，油滴直径减小速率较大；其后油滴直径减小速率明显减缓，在蒸发末期残余物质保持在石英丝上。

注：图中时间单位为标准化单位ｓ／ｍｍ２

图５　气缸油液滴蒸发历程照片

Ｆｉｇ．５　Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｐｉｃｔｕｒｅｓｏｆａｃｙｌｉｎｄｅｒｏｉｌｄｒｏｐｌｅｔｕｎｄｅｒｎｏｔｅ

　　气缸油液滴在较高环境温度条件下的蒸发过程中油滴内部的轻组分率先达到沸点，油滴内部出现气泡生成、膨胀及油滴爆破现象，油滴直径变化曲线也出现剧烈波动。图４（ｂ）为８２３Ｋ环境温度条件下气

缸油液滴蒸发特性曲线。该图显示：油滴先经过短暂加热膨胀（Ａ点之前）后，粒径因初始蒸发而减小；但从Ｂ点开始剧烈膨胀，直至Ｃ点。结合图５（ｂ）气缸油液滴在高温条件下蒸发历程照片可以发现在Ｂ～Ｃ

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时间段油滴内部出现多个气泡，气泡膨胀并于４􀆰６６３ｓ／ｍｍ２时刻冲破油滴表面，爆破后油滴粒径迅速衰减；其后又经历多次气泡生成、气泡膨胀和油滴爆破，在蒸发曲线上Ｃ～Ｆ段出现多个剧烈波动点；波动一直持续到Ｆ点，蒸发过程才趋于稳定。气泡生成和破裂造成油滴在拍摄方向尺寸剧烈变化，在图４（ｂ）中Ｅ点为当量直径最小值。必须指出，该最小值并不意味着此时油滴体积最小，只说明在

７􀆰３０１ｓ／ｍｍ２时刻该方向拍摄到的尺寸最小。由于气泡生成位置和方向的随机性，只在一个方向上拍摄气泡变化已经不能完整客观地量化油滴实际变化。

图６、７为环境温度及油滴直径变化对气缸油和基础油滴蒸发特性的影响。篇幅所限，这里不再列出另外两个温度的油滴蒸发历程照片，而将四个环境温度条件下气缸油滴蒸发特性曲线进行对比，如图６（ａ）所示。

图６　环境温度及油滴直径变化对气缸油滴蒸发特性的影响

Ｆｉｇ．６　Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆａｍｂｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｄｒｏｐｌｅｔｄｉａｍｅｔｅｒｏｎｔｈｅｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｓｏｆｃｙｌ⁃

ｉｎｄｅｒｏｉｌｄｒｏｐｌｅｔｓ

　　在７２３Ｋ、８２３Ｋ、９２３Ｋ环境温度条件下气缸油液滴均出现不同程度的油滴爆破现象，随环境温度升高，爆破现象出现更早，且更加剧烈，油滴蒸发速率也明显提高；另外，蒸发末期的（ｄ／ｄ０）２数值减小，即蒸发末期石英丝上的残余物质量减少。这也说明石英丝上的残余物质是以气缸油添加剂为主，另外还有一些气缸油基础油在蒸发过程中形成的重质烃，这些重质烃的残留量随环境温度的升高而减少。

实验还对不同液滴直径气缸油液滴的蒸发特性进行了测试。图６（ｂ）为在８２３Ｋ环境温度条件下三个粒径气缸油液滴的蒸发特性曲线对比。为了直观显示油滴的生命周期，时间坐标未做标准化，而是采用绝对时间。如图６（ｂ）所示，随着粒径增大，油滴的生命周期明显增长。另外，随粒径增大，油滴内部温度上升较慢，导致轻组分沸腾时刻较晚，油滴内出现气泡以及液滴爆破的时间也发生较晚。

为了明确气缸油蒸发现象与基础油蒸发特性的４００ＳＮ精制油和二者按４∶６比例调制的基础油的蒸发特性进行测试和分析。２􀆰２　１５０ＢＳ光亮油蒸发特性

实验分别测试了环境温度为７２３Ｋ、８２３Ｋ和关系，分别对气缸油的基础油１５０ＢＳ光亮油、

９２３Ｋ条件下１５０ＢＳ光亮油液滴蒸发特性，图７（ａ）结果对比。

当环境温度升高时，加热段明显缩短；在８２３Ｋ和９２３Ｋ环境温度条件下蒸发特性曲线都出现了波动，随着环境温度的升高，首次出现波动的时刻提前，且首次波动剧烈，后期波动温和。在蒸发结束时，油滴标准化直径接近０，这说明石英丝上没有残留物质，油滴全部蒸发；而当环境温度为７２３Ｋ的时候，过程中没有出现波动，在蒸发结束时，石英丝上仍有未能蒸发的重质组份组成的残余物质，残余物质的标准化直径平方高于０􀆰２。图８以照片直接显示８２３Ｋ环境温度条件下１５０ＢＳ光亮油滴的蒸发历程。

图８显示：从４􀆰２７７ｓ／ｍｍ２标准化时刻开始油滴出现了气泡生成，随着气泡的膨胀，油滴发生变形、爆破等剧烈变动。蒸发末期石英丝上无残留。２􀆰３　４００ＳＮ精制油蒸发特性

实验分别测试了环境温度为７２３Ｋ、８２３Ｋ和９２３Ｋ时４００ＳＮ精制油滴蒸发特性，图７（ｂ）为油滴蒸发特性曲线。

由于４００ＳＮ精制油的重组份成分较少，在三个环境温度下均未产生内部气泡及油滴爆破现象，油滴的蒸发特性与普通燃油蒸发特性曲线［１２－１４］相近，

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曲线平滑，没有发生图６、７中出现的剧烈波动。在经历了初始加热段之后，蒸发阶段基本遵循定律，油滴直径平方呈线性递减。在初始加热段的过程中，在三个环境温度条件下的油滴当量直径变化率在加热段没有明显区别，但随着环境温度升高，到达加热段油滴直径最大的时刻提前；在蒸发阶段，随着环境温度的升高，油滴蒸发速率明显加快，最后导致油滴生存时间明显减小。

图７　环境温度及油滴直径变化对基础油滴蒸发特性的影响

Ｆｉｇ．７　Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆａｍｂｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｄｒｏｐｌｅｔｄｉａｍｅｔｅｒｏｎｔｈｅｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｓｏｆｂａｓｅ

ｏｉｌｄｒｏｐｌｅｔｓ

泡和油滴异常变形。蒸发结束后石英丝上无残留。

图９　４００ＳＮ精制油液滴在８２３Ｋ环境温度条件下蒸发历

图８　１５０ＢＳ光亮油液滴在８２３Ｋ环境温度条件下蒸发历

程照片

Ｆｉｇ．８　Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｐｉｃｔｕｒｅｓｏｆａ１５０ＢＳｂａｓｅｏｉｌｄｒｏｐｌｅｔｕｎ⁃

ｄｅｒｔｈｅａｍｂｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆ８２３Ｋ

程照片

Ｆｉｇ．９　Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｐｉｃｔｕｒｅｓｏｆａｄｒｏｐｌｅｔｏｆ４００ＳＮｂａｓｅｏｉｌ

ｕｎｄｅｒｔｈｅａｍｂｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆ８２３Ｋ

　　经观察图９所示４００ＳＮ精制油液滴蒸发历程高速摄影照片，蒸发全程未发现油滴内部出现气

２􀆰４　配比基础油蒸发特性

按照润滑油中基础油的比例将１５０ＢＳ光亮油和４００ＳＮ精制油按质量比４∶６比例混合搅拌均匀

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配制成配比基础油，测试其在三个环境温度条件下的蒸发特性，其蒸发特性曲线为图７（ｃ）所示。该图显示的蒸发特性与图７（ｂ）中的１５０ＢＳ光亮油蒸发特性相似，也在８２３Ｋ和９２３Ｋ环境温度条件下出现波动，但波动时间发生较晚。

图７（ｄ）对比了三种基础油的蒸发特性曲线。对比显示：配比油的蒸发特性介于１５０ＢＳ光亮油和４００ＳＮ精制油之间。４００ＳＮ精制油的加热段最短，１５０ＢＳ光亮油的加热段最长；配比油蒸发过程中会出现波动，也发生了热解反应。１５０ＢＳ光亮油的液滴生存时间最长，４００ＳＮ精制油的液滴生存时间最短，配比油的液滴生存时间介于二者之间。

３　结论

　　１）气缸油液滴的生命周期与环境温度和油滴初始尺寸紧密相关，高温条件下油滴的生命周期随着温度提高会大幅度缩短，在同一温度条件下油滴生命周期随初始尺寸减小会大幅缩短。

２）气缸油的蒸发特性与基础油成分及比例相关。气缸油液滴在高温条件下出现了油滴爆破的现象。经对基础油的蒸发特性研究发现，该现象主要由１５０ＢＳ光亮油的蒸发特性所主导。减少１５０ＢＳ光亮油的比例会减轻气缸油液滴爆破现象。

３）气缸油液滴的生存时间还取决于基础油中两种基础油的比例，增加精炼基础油的比例也有助于缩短油滴生存时间。

４）气缸油液滴在所有环境温度条件下都有蒸发残余物质；基础油在高温条件下无蒸发残留。可见，高温条件下气缸油液滴蒸发残余与基础油无关，残留物的主要成分为气缸油添加剂。添加剂量过多容易造成非溶性燃烧产物较多，会造成较多的ＰＭ排放，另外对双燃料发动机非溶性燃烧产物可能形成炽热点，形成不正常燃烧的潜在诱因。

参考文献：

［１］ＭａｒｉｎｅＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＣｏｍｍｉｔｔｅｅ．Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｏｆａｉｒ

ｐｏｌｌｕｔｉｏｎｆｒｏｍｓｈｉｐｓ，ｓｅｃｏｎｄＩＭＯＧＨＧＳｔｕｄｙ２００９，ｐａｇｅ：１２，７２［ＥＢ／ＯＬ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＭａｒｉｔｉｍｅＯｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ，２００９．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｍｏ．ｏｒｇ／ｅｎ／ＯｕｒＷｏｒｋ／Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ／ＰｏｌｌｕｔｉｏｎＰｒｅｖｅｎｔｉｏｎ／ＡｉｒＰｏｌｌｕｔｉｏｎ／Ｄｏｃｕｍｅｎｔｓ／ＳｅｃｏｎｄＩＭＯ⁃ＧＨＧＳｔｕｄｙ２００９．ｐｄｆ．

［２］冯立岩，刘超，吴瑶．低速二冲程双燃料船用主机气缸

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ＦＥＮＧＬｉｙａｎ，ＬＩＵＣｈａｏ，ＷＵＹａｏ．Ｓｔｕｄｙｏｎａｂｎｏｒｍａｌｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｃａｕｓｅｄｂｙｃｙｌｉｎｄｅｒｏｉｌａｕｔｏ⁃ｉｇｎｉｔｉｏｎｉｎｌｏｗ⁃ｓｐｅｅｄｔｗｏ⁃ｓｔｒｏｋｅｄｕａｌ⁃ｆｕｅｌｍａｒｉｎｅｍａｉｎｅｎｇｉｎｅ［Ｊ］．Ｄｉｅｓｅｌｅｎ⁃ｇｉｎｅ，２０１７，３９（１）：１－５．

［３］ＳｐｒｉｎｇｅｒＦａｃｈｍｅｄｉｅｎＷｉｅｓｂａｄｅｎ．Ｌｅａｎｂｕｒｎｇａｓｅｎｇｉｎｅｓ

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［４］ＴＡＪＩＭＡＨ，ＫＵＮＩＭＩＴＳＵＭ，ＳＵＧＩＵＲＡＫ，ｅｔａｌ．Ｄｅｖｅｌｏｐ⁃

ｍｅｎｔｏｆｈｉｇｈ⁃ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｇａｓｅｎｇｉｎｅｔｈｒｏｕｇｈｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｋｎｏｃｋｉｎｇｐｈｅｎｏｍｅｎａ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ２６ｔｈＣＩＭＡＣＣｏｎｇｒｅｓｓ．Ｂｅｒｇｅｎ，Ｎｏｒｗａｙ，２０１０：２１３．［５］ＨＩＲＯＳＥＴ，ＭＡＳＵＤＡＹ，ＹＡＭＡＤＡＴ，ｅｔａｌ．Ｔｅｃｈｎｉｃａｌｃｈａｌ⁃

ｌｅｎｇｅｆｏｒｔｈｅ２⁃ｓｔｒｏｋｅｐｒｅｍｉｘｅｄｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｇａｓｅｎｇｉｎｅ（ｐｒｅ⁃ｉｇ⁃ｎｉｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒａｎｄｏｖｅｒｃｏｍｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）［Ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅｄ⁃ｉｎｇｓｏｆｔｈｅ２７ｔｈＣＩＭＡＣＣｏｎｇｒｅｓｓ．Ｓｈａｎｇｈａｉ，２０１３：１８５．

［６］ＹＡＳＵＥＤＡＳ，ＴＯＺＺＩＬ，ＳＯＴＩＲＯＰＯＵＬＯＵＥ．Ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇａｕ⁃

ｔｏｉｇｎｉｔｉｏｎｃａｕｓｅｄｂｙｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇｏｉｌｉｎｇａｓｅｎｇｉｎｅｓ［Ｃ］／／Ｐｒｏ⁃ｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ２７ｔｈＣＩＭＡＣＣｏｎｇｒｅｓｓ．Ｓｈａｎｇｈａｉ，２０１３：３７．［７］ＴＡＫＥＳＨＩＭＡＳ，ＡＲＩＭＯＴＯＮ．ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＣｙｌｉｎｄｅｒ

ｌｕｂｒｉｃａｎｔｆｏｒｌｎｇｆｕｅｌｌｅｄ２⁃ｓｔｒｏｋｅｅｎｇｉｎｅｓ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅｄ⁃ｉｎｇｓｏｆｔｈｅ２８ｔｈＣＩＭＡＣＣｏｎｇｒｅｓｓ．Ｈｅｌｓｉｎｋｉ，２０１６：１４３．［８］ＹＡＳＵＥＤＡＳ，ＫＵＢＯＹＡＭＡＴ，ＭＡＴＳＵＭＵＲＡＭ，ｅｔａｌ．

Ｔｈｅｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｍａｉｎｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｏｆｌｕｂｅｏｉｌｐｒｅ⁃ｉｇｎｉｔｉｏｎ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ２８ｔｈＣＩＭＡＣＣｏｎ⁃ｇｒｅｓｓ．Ｈｅｌｓｉｎｋｉ，２０１６：１４７．

［９］ＤＡＩＦＡ，ＢＯＵＡＺＩＺＭ，ＣＨＥＳＮＥＡＵＸ，ｅｔａｌ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ

ｏｆｍｕｌｔｉｃｏｍｐｏｎｅｎｔｆｕｅｌｄｒｏｐｌｅｔｖａｐｏｒｉｚａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅＳｉｒｉｇｎａｎｏｍｏｄｅｌ［Ｊ］．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎ⁃ｔａｌｔｈｅｒｍａｌａｎｄｆｌｕｉｄｓｃｉｅｎｃｅ，１９９８，１８（４）：２８２－２９０．［１０］ＧＨＡＳＳＥＭＩＨ，ＢＡＥＫＳＷ，ＫＨＡＮＱＳ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ

ｓｔｕｄｙｏｎｂｉｎａｒｙｄｒｏｐｌｅｔｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎａｔｅｌｅｖａｔｅｄｐｒｅｓｓｕｒｅｓａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏ⁃ｇｙ，２００６，１７８（６）：１０３１－１０５３．

［１１］ＭＡＮＪＵＮＡＴＨＭ，ＲＡＧＨＡＶＡＮＶ，ＭＥＨＴＡＳＰ．Ｖａｐｏｒｉ⁃

ｚａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｕｓｐｅｎｄｅｄｄｒｏｐｌｅｔｓｏｆｂｉｏｄｉｅｓｅｌｆｕ⁃ｅｌｓｏｆＩｎｄｉａｎｏｒｉｇｉｎａｎｄｔｈｅｉｒｄｉｅｓｅｌｂｌｅｎｄｓ⁃ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｊｏｕｒｎａｌｏｆｈｅａｔａｎｄｍａｓｓｔｒａｎｓｆｅｒ，２０１５，８８：２８－４１．

［１２］ＨＡＳＨＩＭＯＴＯＮ，ＮＯＭＵＲＡＨ，ＳＵＺＵＫＩＭ，ｅｔａｌ．Ｅｖａｐｏ⁃

ｒａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａｐａｌｍｍｅｔｈｙｌｅｓｔｅｒｄｒｏｐｌｅｔａｔｈｉｇｈａｍｂｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，２０１５，１４３：２０２－２１０．［１３］ＷＡＴＡＮＡＢＥＨ，ＨＡＲＡＤＡＴ，ＭＡＴＳＵＳＨＩＴＡＹ，ｅｔａｌ．

Ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｐｕｆｆｉｎｇｏｆｔｈｅｃａｒｂｏｎａｔｅｄｅｍｕｌｓｉｆｉｅｄｆｕｅｌ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｊｏｕｒｎａｌｏｆｈｅａｔａｎｄｍａｓｓｔｒａｎｓｆｅｒ，２００９，５２（１５）：３６７６－３６８４．

［１４］ＨＡＮＫａｉ，ＳＯＮＧＧｕｏｑｉａｎｇ，ＭＡＸｉａｏｋａｎｇ，ｅｔａｌ．Ａｎｅｘ⁃

ｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｓｔｕｄｙｏｆｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｓｕｓｐｅｎｄｅｄｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅｏｎｔｈｅｓｉｎｇｌｅｄｒｏｐｌｅｔｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ａｐ⁃ｐｌｉｅｄｔｈｅｒｍａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１６，１０１：５６８－５７５．

本文引用格式：

冯立岩，刘超，吴瑶，等．低速二冲程发动机气缸润滑油蒸发特性［Ｊ］．哈尔滨工程大学学报，２０１８，３９（２）：３３２－３３７．

ＦＥＮＧＬｉｙａｎ，ＬＩＵＣｈａｏ，ＷＵｙａｏ，ｅｔａｌ．Ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｃｙｌｉｎｄｅｒｌｕｂｅｏｉｌｏｆｌｏｗ⁃ｓｐｅｅｄ２⁃ｓｔｒｏｋｅｅｎｇｉｎｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉ⁃ｖｅｒｓｉｔｙ，２０１８，３９（２）：３３２－３３７．