專利名稱：柴油機(jī)乳化節(jié)油燃燒方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于燃燒節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及柴油機(jī)油摻水節(jié)能燃燒技術(shù)，同時也涉及柴油機(jī)低碳煙排放和降低Nox排放的清潔燃燒技術(shù)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前油價昂貴，許多人為不斷上漲的油價而擔(dān)憂，因此研究開發(fā)出既省油，又對環(huán)保有好處的汽車發(fā)動機(jī)已勢在必行。
理論與實(shí)驗(yàn)研究均證實(shí)，油摻水燃燒既有節(jié)油效果，又有環(huán)保效果。盡管對柴油機(jī)中油摻水燃燒已研究了幾十年，但一直未能在柴油機(jī)中推廣、應(yīng)用。究其原因，主要有兩個難題，一是油、水易分層的問題難以解決；二是摻水量少了效果不明顯，摻水量大了，不易啟動，啟動后不易穩(wěn)定運(yùn)行。再加上油摻水燃燒在柴油機(jī)中節(jié)油量不大，約5％～7％，這樣的節(jié)油率只能支付購買乳化劑的費(fèi)用，尚不能吸引用戶。這是柴油機(jī)乳化燃燒至今不能推廣應(yīng)用的主要原因。中國發(fā)明專利申請00120786.5提出了一種在柴油機(jī)中同時降低氧化氮及碳黑微粒排放的清潔燃燒方法，為油摻水燃燒在柴油機(jī)中的推廣應(yīng)用提供了一種可實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)方案。該技術(shù)的主要特點(diǎn)是(1)采用“在線”乳化方法解決了油、水分層的難題。油路采用雙油路，即原有的柴油系統(tǒng)不變，另加一條“在線”乳化油路，隨用隨制備。由于乳化器離噴咀距離很短，幾十秒鐘即可將油噴入氣缸內(nèi)，這樣就不存在油、水分層問題，使用方便、可靠。由于不存在保存時間問題，因此可用任何廉價的乳化劑，解決了節(jié)油不節(jié)錢的問題。(2)采用催化的強(qiáng)化燃燒方法，即在活塞泵的氣缸蓋、活塞頂部采用等離子或火焰噴涂法涂上一層鎳基催化劑，有效解決了在高摻水率情況下不易啟動，啟動后不易穩(wěn)定燃燒的問題。(3)先用柴油系統(tǒng)啟動待氣缸壁熱后再轉(zhuǎn)換成乳化油系統(tǒng)供油。
上述專利技術(shù)改變了油摻水燃燒在柴油機(jī)中無法應(yīng)用的現(xiàn)狀，跳出了長期以來研究者對油摻水燃燒的老框框，起到了不僅能大幅度降低氧化氮及碳黑顆粒排放的效果，而且有一定的節(jié)能效果。但該技術(shù)由于采用了催化強(qiáng)化燃燒，需要等離子或火焰噴涂設(shè)備，致使投資增加，成本有所提高；因此在推廣應(yīng)用方面受到了一定的影響。
如何使柴油機(jī)中的乳化燃燒既能起到環(huán)保作用，又能大幅度降低油耗，經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，特別對于農(nóng)機(jī)柴油機(jī)而言，節(jié)油則是更主要的。
長期來，許多研究者在研究柴油機(jī)的乳化燃燒時，將其節(jié)油的原因都千篇一律地用乳化油珠的“微爆”或二次霧化來解釋，這是不合理的。由于受這一理論的束縛，導(dǎo)致自柴油機(jī)的乳化燃燒研究以來一直未獲實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。本發(fā)明人通過對柴油機(jī)內(nèi)燃燒過程的多維計算與實(shí)驗(yàn)分析，柴油機(jī)中乳化油的微爆是有的，但它十分微弱，且決不是油珠的二次霧化。乳化燃燒引起節(jié)油大致可歸為以下三方面的原因(1)摻水的結(jié)果必然導(dǎo)致噴油量(乳化油)的動量和穿透深度的增加(因?yàn)楦邏合滤恼舭l(fā)速率減小，這樣，水帶著油射得更遠(yuǎn))，這就加強(qiáng)了油霧射流對缸內(nèi)空氣的卷吸作用，即加強(qiáng)了油霧與空氣的混合，因此強(qiáng)化了燃燒，但并非是微爆緣故，它使油霧燃燒的放熱速率提高了，放熱區(qū)更集中了，并更靠近上止點(diǎn)，這樣其做功能力更強(qiáng)。摻水燃燒之所以節(jié)油，其主要原因就在于此，因此摻水燃燒的結(jié)果，決不是使燃燒效率有多大的提高(當(dāng)然有所提高)，而是使其能量盡可能在高壓下(越靠近上止點(diǎn)越好)釋放出來，這樣其做功能力增強(qiáng)了，其油耗必然降低。但摻水量的增大會使著火延遲時間增長，其著火變得困難，因而常引起敲缸等粗暴運(yùn)行的情況發(fā)生，這是不正常的。過去許多人為了解決油摻水引起的敲缸現(xiàn)象，使用調(diào)整噴油提前角的方法來消除敲缸現(xiàn)象，結(jié)果敲缸現(xiàn)象雖消除了，但活塞的作功能力也降低了。原因在于柴油機(jī)的噴油提前角是在出廠前早已調(diào)整好了的，它保證了在該噴油提前角的條件下可達(dá)到油耗最小。當(dāng)將噴油定時向上止點(diǎn)移時，雖然著火容易了，敲缸現(xiàn)象被消除了，但由于噴油時間是一定的，即噴油持續(xù)時間是不變的，因此整個噴油過程往后移了，致使放熱區(qū)的位置遠(yuǎn)離了上止點(diǎn)，即移向較低壓力區(qū)進(jìn)行放熱，也就是說在活塞膨脹過程中還在繼續(xù)向氣缸中噴油，可見這時活塞對外作功的能力就大大減小了，因此表現(xiàn)為節(jié)油率不變。轉(zhuǎn)速越高，則其影響越大。過去許多摻水燃燒實(shí)驗(yàn)的節(jié)油率僅有5％～7％左右，其原因就在于此。當(dāng)然，若摻水率小，其燃燒強(qiáng)化的程度不高，這時盡管不會引起敲缸，噴油提前角也無須調(diào)整，但其節(jié)油率不會太高。(2)水由液體變成蒸汽時，其體積將大幅度增加，因此凡是油摻水燃燒不會因摻水后使缸內(nèi)溫度下降而導(dǎo)致缸內(nèi)的壓力下降，其壓力與轉(zhuǎn)角的關(guān)系，在摻水前后幾乎變化不大。既然水蒸發(fā)后的蒸汽能使氣缸壓力維持不變，則高溫高壓的燃?xì)狻⒄羝紝⑼苿踊钊鞴?，它代替了部分油燃燒產(chǎn)生的燃?xì)馑鞯墓Γ虼?，凡是油摻水燃燒必然會使其油耗下降，這是其節(jié)能的第二個原因。(3)如前所述，水的蒸發(fā)及其蒸汽的升溫都要消耗能量，還使排煙的排氣質(zhì)量有所增加，從而使排煙損失增加。然而，從另一方面看，凡是油摻水燃燒，都使氣缸的平均溫度下降，這樣排煙損失就下降，對此兩者的定量比較結(jié)果表明，其利大于弊。這是油摻水燃燒節(jié)油的第三個原因。
上述三個節(jié)油原因，都是油摻水燃燒引起的，因此油摻水燃燒必然節(jié)油。然而要保證柴油機(jī)的高節(jié)油率，同時仍能使油正常著火、燃燒，則是值得進(jìn)一步研究的新課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的和任務(wù)是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提出一種柴油機(jī)乳化節(jié)油燃燒方法，使其在噴油提前角不變及摻水率較高的前提下，既能保證穩(wěn)定著火燃燒，又可大幅度提高柴油機(jī)油摻水燃燒的高節(jié)油率，從而達(dá)到降低成本，具有經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的特點(diǎn)。
本發(fā)明所提出的柴油機(jī)乳化節(jié)油燃燒方法，是采用一個柴油系統(tǒng)供油以及與該供油系統(tǒng)相并聯(lián)的，且可按一定比例配制乳化油的一個在線乳化油系統(tǒng)供油的雙油路供油方法，啟動時先用純柴油系統(tǒng)供油，待氣缸壁熱后再轉(zhuǎn)換成在線乳化油系統(tǒng)供油，其特征在于所述的在線乳化油系統(tǒng)中乳化油的配比為水∶油＝0.18～0.43。
本發(fā)明所述的啟動時先用純柴油系統(tǒng)供油，其特征在于先用柴油啟動2～3分鐘后再轉(zhuǎn)換成在線乳化油系統(tǒng)供油。
本發(fā)明還包括停車前幾分鐘再轉(zhuǎn)化成柴油系統(tǒng)供油。
所述的乳化油中還可添加任意廉價的表面活性劑。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果由于采用“在線”乳化方法，即隨用隨制備，這樣就不存在油、水分層問題，使用方便、可靠。由于不存在保存時間問題，因此可用任何廉價的乳化劑，解決了節(jié)油不節(jié)錢的問題。采用純柴油啟動2～3分鐘后將它切換成乳化油，這樣由于氣缸壁已加熱，乳化油易啟動，從而克服了乳化油不易啟動，啟動后不易穩(wěn)定燃燒的問題。本發(fā)明一個最突出的優(yōu)點(diǎn)是在較高摻水率(摻水率為15％～30％)的條件下不需加入任何催化劑，無需調(diào)整噴油提前角，就可使柴油機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行、不敲缸；可大幅度提高節(jié)油率(約達(dá)到15％～20％)；因而有效降低了生產(chǎn)成本，具有既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)，使柴油機(jī)的油摻水燃燒的推廣應(yīng)用成為可能。


圖1為本發(fā)明的一種實(shí)施例供油系統(tǒng)示意圖。
圖中1—進(jìn)柴油閥2—進(jìn)乳化油閥3—回油閥4—柱塞油泵5—濾油器6—柴油箱7—乳化油箱8—乳化油泵9—噴油咀10—靜態(tài)乳化器具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的供油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及操作過程詳細(xì)說明如下1.柴油機(jī)性能型號ZS1100型式四仲程蒸發(fā)水冷臥式直接噴射燃燒室缸數(shù)1功率/轉(zhuǎn)速11千瓦/2000r/min2.供油系統(tǒng)及操作過程本實(shí)施例的供油系統(tǒng)如圖1所示。虛線以內(nèi)是原柴油機(jī)供油系統(tǒng)，虛線以外是新增加的一條“在線”乳化油供油系統(tǒng)。原柴油機(jī)供油系統(tǒng)包括柴油箱6、濾油器5、柱塞油泵4、噴油咀9以及進(jìn)柴油閥1?！霸诰€”乳化油系統(tǒng)包括濾油器5、靜態(tài)乳化器10、乳化油泵8、乳化油箱7以及進(jìn)乳化油閥2和回油閥3。
操作過程打開閥門1，并調(diào)整回油閥3(以后不再調(diào))，關(guān)閉閥門2，啟動純柴油系統(tǒng)將柴油供入噴油咀9，同時啟動油泵8，使在線乳化系統(tǒng)同時投運(yùn)。按水∶油＝0.25(重量比)的配比事先倒入乳化油箱7，并添加任意廉價的表面活性劑，如家用洗滌靈等。油、水混合物通過乳化油泵8，一部分進(jìn)入靜態(tài)乳化器10，經(jīng)乳化器后的乳化油，一部分經(jīng)噴油咀噴入氣缸，多余部分經(jīng)回油閥3回至乳化油箱7。由于乳化油泵8的流量較大，因此大部分乳化油回至乳化油箱7。這樣，只要“在線”乳化系統(tǒng)投運(yùn)，則乳化油箱7中一直維持著乳化狀態(tài)。
柴油機(jī)經(jīng)用純柴油運(yùn)行2～3分鐘后，可打開閥門2，關(guān)閉閥門1，此時，乳化油供入噴油咀9，即乳化油在氣缸中開始燃燒。
3.試驗(yàn)結(jié)果柴油機(jī)切換成水∶油＝0.25的乳化油后，照樣可以穩(wěn)定運(yùn)行，且功率保持不變，節(jié)油率達(dá)20％。但摻水率應(yīng)控制在15％～30％，即水∶油＝0.18～0.43，摻水率不宜太大，否則會造成運(yùn)行的不穩(wěn)定。(對于摻水率取低限時，也可以用乳化油直接啟動，不必用柴油啟動，但天氣太涼則不宜采用直接啟動)。
燃燒柴油時，當(dāng)油門加速時，冒出濃濃的黑煙，當(dāng)轉(zhuǎn)換成乳化油燃燒時，在同樣的功率下，同樣使油門加速，黑煙基本消失，效果十分明顯。
可見，本發(fā)明的技術(shù)方案，能確保柴油機(jī)穩(wěn)定燃燒，并能明顯降低碳黑顆粒的排放，在較高摻水率的情況下其節(jié)油率可達(dá)15％～20％。
權(quán)利要求
1.一種柴油機(jī)乳化節(jié)油燃燒方法，它采用一個純柴油系統(tǒng)供油以及與該供油系統(tǒng)相并聯(lián)的，且可按一定比例配制乳化油的一個在線乳化油系統(tǒng)供油的雙油路供油方法，啟動時先用純柴油系統(tǒng)供油，待氣缸壁熱后再轉(zhuǎn)換成乳化油系統(tǒng)供油，其特征在于所述的在線乳化油系統(tǒng)中乳化油的配比為水∶油＝0.18～0.43。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種柴油機(jī)乳化節(jié)油燃燒方法，其特征在于先用柴油啟動2～3分鐘后再轉(zhuǎn)換成在線乳化油系統(tǒng)供油。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的一種柴油機(jī)乳化節(jié)油燃燒方法，其特征在于，還包括停車前幾分鐘再轉(zhuǎn)化成柴油系統(tǒng)供油。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的一種柴油機(jī)乳化節(jié)油燃燒方法，其特征在于所述的乳化油中還加有任意廉價的表面活性劑。
全文摘要
一種柴油機(jī)乳化節(jié)油燃燒方法,屬于柴油機(jī)乳化節(jié)能燃燒技術(shù)領(lǐng)域,同時也涉及柴油機(jī)低碳煙排放和降低Nox排放的清潔燃燒技術(shù)。本發(fā)明的技術(shù)方案是采用一個柴油系統(tǒng)供油以及與該供油系統(tǒng)相并聯(lián)的,且可按一定比例配制乳化油的一個“在線”乳化油系統(tǒng)供油的雙油路供油方法,啟動時先用柴油系統(tǒng)供油,待氣缸壁熱后再轉(zhuǎn)換成“在線”乳化油系統(tǒng)供油,并控制摻水率在15%～30%,即水:油=0.18～0.43。該技術(shù)方案不需任何催化劑,就可保證其噴油提前角不變,在較高摻水率的條件下,既能保證穩(wěn)定著火燃燒,降低污染,又可大幅度提高柴油機(jī)油摻水燃燒的節(jié)油率,其節(jié)油率可達(dá)15%～20%。從而達(dá)到降低成本,具有經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的特點(diǎn)。
文檔編號F02M25/03GK1332317SQ0113066
公開日2002年1月23日 申請日期2001年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月17日
發(fā)明者傅維鑣, 侯凌云, 馬凡華, 何裕昆, 周雁 申請人:清華大學(xué)