乳化柴油在4100QBZL柴油機(jī)上的使用性能研究

李陽陽 馬志義

（1.長安大學(xué)，陜西 西安 710064；2.陜西省交通新能源開發(fā)應(yīng)用與汽車節(jié)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710064）

0 前言

當(dāng)前我國公路施工能耗高、污染大，而筑路及施工機(jī)械是其排放污染的重要源頭，對筑路及施工機(jī)械的排放污染進(jìn)行控制迫在眉睫。我國目前筑路及施工機(jī)械幾乎全部采用四沖程柴油機(jī)作為動(dòng)力裝置；對此種類型動(dòng)力裝置的排放控制措施目前主要包括三種方法：新型燃料、機(jī)內(nèi)凈化及尾氣后處理。其中乳化柴油作為使用性能優(yōu)異、成本低廉、減排效果顯著的新型燃料已在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域得到了一致認(rèn)可，廣泛推廣使用乳化柴油，不失為筑路及施工機(jī)械今后可推廣的減排方法。

1 研究背景

乳化柴油是一種油包水型乳液，與普通柴油相比，乳化柴油燃燒性能好，排放低，早在上世紀(jì)就得到了人們的關(guān)注和研究。法國埃爾夫石油公司、美國清潔燃料公司、殼牌澳洲公司等石油公司也對其進(jìn)行了研究和生產(chǎn)；國內(nèi)河南農(nóng)業(yè)大學(xué)、江蘇大學(xué)、南昌大學(xué)、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)等多所高等院校和科研單位也對其進(jìn)行了一定的研究。研究結(jié)果表明針對不同類型的柴油機(jī)，乳化柴油在含水不超過15～20%的條件下，可以在保證發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)性能的前提下，有效降低碳煙排放。其主要減排的機(jī)理是乳化柴油噴射入氣缸后，其中被包裹的水分子遇熱迅速汽化膨脹，使油滴爆破，形成所謂的“微爆現(xiàn)象”，使混合氣更為均勻，燃燒更為充分，抑制了殘?zhí)繜焿m的形成，從而降低碳煙排放。

目前相關(guān)研究主要針對乳化柴油的調(diào)配、儲(chǔ)存、理化參數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行了研究，對其在柴油機(jī)上的使用性能及對排放的影響的研究年代久遠(yuǎn)，已難以反映目前技術(shù)水平的柴油機(jī)使用乳化柴油的情況。本文利用一臺(tái)昆明云內(nèi)動(dòng)力有限公司出產(chǎn)的4100QBZL發(fā)動(dòng)機(jī)，對自行配置的乳化柴油進(jìn)行了動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及排放性能等使用性能試驗(yàn)，并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)儀器

本文中所使用的儀器設(shè)備如下：

表1 試驗(yàn)設(shè)備

2.2 燃料配制

本試驗(yàn)所配制的乳化柴油配制比例為1.5%（質(zhì)量比）乳化劑，8.5%（質(zhì)量比）水，90%（質(zhì)量比）0# 柴油。

2.3 試驗(yàn)過程

試驗(yàn)測試了4100QBZL柴油機(jī)燃用乳化柴油及0#柴油時(shí)的外特性、2000r/min、2600r/min下的負(fù)荷特性曲線，依此對發(fā)動(dòng)機(jī)使用乳化柴油時(shí)的動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了評定。最后測試4100QBZL柴油機(jī)燃用乳化柴油時(shí)自由加速煙度變化，以確定乳化柴油對排放的影響。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 外特性試驗(yàn)

外特性試驗(yàn)結(jié)果如圖1、圖2所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，發(fā)動(dòng)機(jī)使用配制的乳化柴油后，功率、扭矩等動(dòng)力性指標(biāo)有一定的下降，油耗上升。發(fā)動(dòng)機(jī)在使用0#柴油時(shí)，在 1800、2000、2100、2200、2300、2400、2600、2800r/min，油門最大時(shí)輸出功率分別為58.5、61.8、61.5、63.9、62.9、63.2、66.2kW； 比油耗分別為 190.6、195.2、201.9、198.7、200.3、214.1、200.2、224.6g/（kW·h）。 當(dāng)使用配制的乳化柴油后， 發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率分別為 57.1、60.3、60.5、60.2、60.9、61.4、62.1kW，平均下降了 1.8kW，為 2.95%；比油耗分別為 215.6、210.0、214.4、221.0、224.4、232.4、324.7g/（kW·h），平均上升了 19.6g/（kW·h），為 9.06%。

圖1 外特性功率、扭矩曲線

圖2 外特性油耗曲線

3.2 負(fù)荷特性試驗(yàn)

外特性試驗(yàn)結(jié)果如圖3、圖4所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，發(fā)動(dòng)機(jī)使用配制的乳化柴油后，比油耗有一定的上升。此處對油耗變化的評定方法借鑒GB 14951的計(jì)算方法，其對平均比油耗的計(jì)算方法如下：

圖3 2600r/min負(fù)荷特性比油耗曲線

圖4 2000r/min負(fù)荷特性比油耗曲線

其中：g為發(fā)動(dòng)機(jī)油耗（有效燃油消耗率）均值，單位為g/（kW·h）；ge為發(fā)動(dòng)機(jī)比油耗擬合方程，其根據(jù)測試數(shù)據(jù)，由統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件擬合而成；P1為該轉(zhuǎn)速下發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率的30%，單位為kW，本文設(shè)定為54kW；P2為該轉(zhuǎn)速下發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率的90%，單位為kW，本文設(shè)定為18kW。

根據(jù)此種計(jì)算方法，計(jì)算得知，發(fā)動(dòng)機(jī)在燃用0#柴油及乳化柴油時(shí)，2600r/min負(fù)荷特性下比油耗均值分別為252.81及 276.12g/（kW·h），平均上升了 9.21%。 發(fā)動(dòng)機(jī)在燃用 0# 柴油及乳化柴油時(shí)，2000r/min負(fù)荷特性下比油耗均值分別為222.38 及 242.54g/（kW·h），平均上升了 9.06%。

3.3 自由加速煙度試驗(yàn)

自由加速煙度試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 自由加速煙度測試數(shù)據(jù) K/m-1（光吸收系數(shù)）

試驗(yàn)用柴油機(jī)使用乳化柴油與使用0號(hào)柴油相比，自由加速煙度下降了平均28.0%。

4 總結(jié)與展望

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，我們可以得出以下結(jié)論：

（1）4100QBZL柴油機(jī)燃用乳化柴油運(yùn)轉(zhuǎn)正常，雖然外特性功率、扭矩有一定的下降，但是基本不影響其正常工作。（2）4100QBZL柴油機(jī)燃用乳化柴油后油耗上升，經(jīng)濟(jì)性下降，比油耗平均上升9%左右。但考慮到配制的乳化柴油中含有8.5%的水及1.5%的添加劑，但油耗沒有超過10%，在一定程度上也達(dá)到了節(jié)約柴油的效果。（3）4100QBZL柴油機(jī)燃用乳化柴油后尾氣煙度明顯降低，說明本文配制的乳化柴油對于降低煙度排放有顯著的效果。（4）由于試驗(yàn)條件有限，本文此次并未對其他排放指標(biāo)進(jìn)行測試，在下一步的試驗(yàn)和研究中，有必要對NOx、顆粒物的排放變化及乳化柴油對尾氣催化裝置的影響進(jìn)行深入的探討和研究。

[1]張合.筑路機(jī)械柴油機(jī)的使用特點(diǎn)[J].工程與機(jī)械維修，2007(10)：178

[2]王永紅.乳化柴油的研究進(jìn)展[J].潤滑油與燃料，2007(2)：5-8

[3]王永紅.乳化柴油的研制及應(yīng)用[J].煉油技術(shù)與工程，2003(8)：26-28