柴油機乳化節油燃燒方法

2023-05-22 12:30:36 1

專利名稱：柴油機乳化節油燃燒方法
技術領域：
本發明屬於燃燒節能技術領域，尤其涉及柴油機油摻水節能燃燒技術，同時也涉及柴油機低碳煙排放和降低Nox排放的清潔燃燒技術。
背景技術：
當前油價昂貴，許多人為不斷上漲的油價而擔憂，因此研究開發出既省油，又對環保有好處的汽車發動機已勢在必行。
理論與實驗研究均證實，油摻水燃燒既有節油效果，又有環保效果。儘管對柴油機中油摻水燃燒已研究了幾十年，但一直未能在柴油機中推廣、應用。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，啟動後不易穩定運行。再加上油摻水燃燒在柴油機中節油量不大，約5％～7％，這樣的節油率只能支付購買乳化劑的費用，尚不能吸引用戶。這是柴油機乳化燃燒至今不能推廣應用的主要原因。中國發明專利申請00120786.5提出了一種在柴油機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中的推廣應用提供了一種可實際應用的技術方案。該技術的主要特點是(1)採用「在線」乳化方法解決了油、水分層的難題。油路採用雙油路，即原有的柴油系統不變，另加一條「在線」乳化油路，隨用隨製備。由於乳化器離噴咀距離很短，幾十秒鐘即可將油噴入氣缸內，這樣就不存在油、水分層問題，使用方便、可靠。由於不存在保存時間問題，因此可用任何廉價的乳化劑，解決了節油不節錢的問題。(2)採用催化的強化燃燒方法，即在活塞泵的氣缸蓋、活塞頂部採用等離子或火焰噴塗法塗上一層鎳基催化劑，有效解決了在高摻水率情況下不易啟動，啟動後不易穩定燃燒的問題。(3)先用柴油系統啟動待氣缸壁熱後再轉換成乳化油系統供油。
上述專利技術改變了油摻水燃燒在柴油機中無法應用的現狀，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，而且有一定的節能效果。但該技術由於採用了催化強化燃燒，需要等離子或火焰噴塗設備，致使投資增加，成本有所提高；因此在推廣應用方面受到了一定的影響。
如何使柴油機中的乳化燃燒既能起到環保作用，又能大幅度降低油耗，經濟、實用，特別對於農機柴油機而言，節油則是更主要的。
長期來，許多研究者在研究柴油機的乳化燃燒時，將其節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。由於受這一理論的束縛，導致自柴油機的乳化燃燒研究以來一直未獲實質性的進展。本發明人通過對柴油機內燃燒過程的多維計算與實驗分析，柴油機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。乳化燃燒引起節油大致可歸為以下三方面的原因(1)摻水的結果必然導致噴油量(乳化油)的動量和穿透深度的增加(因為高壓下水的蒸發速率減小，這樣，水帶著油射得更遠)，這就加強了油霧射流對缸內空氣的卷吸作用，即加強了油霧與空氣的混合，因此強化了燃燒，但並非是微爆緣故，它使油霧燃燒的放熱速率提高了，放熱區更集中了，並更靠近上止點，這樣其做功能力更強。摻水燃燒之所以節油，其主要原因就在於此，因此摻水燃燒的結果，決不是使燃燒效率有多大的提高(當然有所提高)，而是使其能量儘可能在高壓下(越靠近上止點越好)釋放出來，這樣其做功能力增強了，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行的情況發生，這是不正常的。過去許多人為了解決油摻水引起的敲缸現象，使用調整噴油提前角的方法來消除敲缸現象，結果敲缸現象雖消除了，但活塞的作功能力也降低了。原因在於柴油機的噴油提前角是在出廠前早已調整好了的，它保證了在該噴油提前角的條件下可達到油耗最小。當將噴油定時向上止點移時，雖然著火容易了，敲缸現象被消除了，但由於噴油時間是一定的，即噴油持續時間是不變的，因此整個噴油過程往後移了，致使放熱區的位置遠離了上止點，即移向較低壓力區進行放熱，也就是說在活塞膨脹過程中還在繼續向氣缸中噴油，可見這時活塞對外作功的能力就大大減小了，因此表現為節油率不變。轉速越高，則其影響越大。過去許多摻水燃燒實驗的節油率僅有5％～7％左右，其原因就在於此。當然，若摻水率小，其燃燒強化的程度不高，這時儘管不會引起敲缸，噴油提前角也無須調整，但其節油率不會太高。(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後使缸內溫度下降而導致缸內的壓力下降，其壓力與轉角的關係，在摻水前後幾乎變化不大。既然水蒸發後的蒸汽能使氣缸壓力維持不變，則高溫高壓的燃氣、蒸汽都將推動活塞而作功，它代替了部分油燃燒產生的燃氣所作的功，因此，凡是油摻水燃燒必然會使其油耗下降，這是其節能的第二個原因。(3)如前所述，水的蒸發及其蒸汽的升溫都要消耗能量，還使排煙的排氣質量有所增加，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果表明，其利大於弊。這是油摻水燃燒節油的第三個原因。
上述三個節油原因，都是油摻水燃燒引起的，因此油摻水燃燒必然節油。然而要保證柴油機的高節油率，同時仍能使油正常著火、燃燒，則是值得進一步研究的新課題。

發明內容
本發明的目的和任務是為克服現有技術的不足和缺陷，提出一種柴油機乳化節油燃燒方法，使其在噴油提前角不變及摻水率較高的前提下，既能保證穩定著火燃燒，又可大幅度提高柴油機油摻水燃燒的高節油率，從而達到降低成本，具有經濟、實用的特點。
本發明所提出的柴油機乳化節油燃燒方法，是採用一個柴油系統供油以及與該供油系統相併聯的，且可按一定比例配製乳化油的一個在線乳化油系統供油的雙油路供油方法，啟動時先用純柴油系統供油，待氣缸壁熱後再轉換成在線乳化油系統供油，其特徵在於所述的在線乳化油系統中乳化油的配比為水∶油＝0.18～0.43。
本發明所述的啟動時先用純柴油系統供油，其特徵在於先用柴油啟動2～3分鐘後再轉換成在線乳化油系統供油。
本發明還包括停車前幾分鐘再轉化成柴油系統供油。
所述的乳化油中還可添加任意廉價的表面活性劑。
本發明與現有技術相比具有以下優點及有益效果由於採用「在線」乳化方法，即隨用隨製備，這樣就不存在油、水分層問題，使用方便、可靠。由於不存在保存時間問題，因此可用任何廉價的乳化劑，解決了節油不節錢的問題。採用純柴油啟動2～3分鐘後將它切換成乳化油，這樣由於氣缸壁已加熱，乳化油易啟動，從而克服了乳化油不易啟動，啟動後不易穩定燃燒的問題。本發明一個最突出的優點是在較高摻水率(摻水率為15％～30％)的條件下不需加入任何催化劑，無需調整噴油提前角，就可使柴油機穩定運行、不敲缸；可大幅度提高節油率(約達到15％～20％)；因而有效降低了生產成本，具有既經濟又實用的優點，使柴油機的油摻水燃燒的推廣應用成為可能。


圖1為本發明的一種實施例供油系統示意圖。
圖中1—進柴油閥2—進乳化油閥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—靜態乳化器具體實施方式
下面結合附圖對本發明的供油系統的結構及操作過程詳細說明如下1.柴油機性能型號ZS1100型式四仲程蒸發水冷臥式直接噴射燃燒室缸數1功率/轉速11千瓦/2000r/min2.供油系統及操作過程本實施例的供油系統如圖1所示。虛線以內是原柴油機供油系統，虛線以外是新增加的一條「在線」乳化油供油系統。原柴油機供油系統包括柴油箱6、濾油器5、柱塞油泵4、噴油咀9以及進柴油閥1。「在線」乳化油系統包括濾油器5、靜態乳化器10、乳化油泵8、乳化油箱7以及進乳化油閥2和回油閥3。
操作過程打開閥門1，並調整回油閥3(以後不再調)，關閉閥門2，啟動純柴油系統將柴油供入噴油咀9，同時啟動油泵8，使在線乳化系統同時投運。按水∶油＝0.25(重量比)的配比事先倒入乳化油箱7，並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8，一部分進入靜態乳化器10，經乳化器後的乳化油，一部分經噴油咀噴入氣缸，多餘部分經回油閥3回至乳化油箱7。由於乳化油泵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」乳化系統投運，則乳化油箱7中一直維持著乳化狀態。
柴油機經用純柴油運行2～3分鐘後，可打開閥門2，關閉閥門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.試驗結果柴油機切換成水∶油＝0.25的乳化油後，照樣可以穩定運行，且功率保持不變，節油率達20％。但摻水率應控制在15％～30％，即水∶油＝0.18～0.43，摻水率不宜太大，否則會造成運行的不穩定。(對於摻水率取低限時，也可以用乳化油直接啟動，不必用柴油啟動，但天氣太涼則不宜採用直接啟動)。
燃燒柴油時，當油門加速時，冒出濃濃的黑煙，當轉換成乳化油燃燒時，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，本發明的技術方案，能確保柴油機穩定燃燒，並能明顯降低碳黑顆粒的排放，在較高摻水率的情況下其節油率可達15％～20％。
權利要求
1.一種柴油機乳化節油燃燒方法，它採用一個純柴油系統供油以及與該供油系統相併聯的，且可按一定比例配製乳化油的一個在線乳化油系統供油的雙油路供油方法，啟動時先用純柴油系統供油，待氣缸壁熱後再轉換成乳化油系統供油，其特徵在於所述的在線乳化油系統中乳化油的配比為水∶油＝0.18～0.43。
2.按照權利要求1所述的一種柴油機乳化節油燃燒方法，其特徵在於先用柴油啟動2～3分鐘後再轉換成在線乳化油系統供油。
3.按照權利要求1或2所述的一種柴油機乳化節油燃燒方法，其特徵在於，還包括停車前幾分鐘再轉化成柴油系統供油。
4.按照權利要求1或2所述的一種柴油機乳化節油燃燒方法，其特徵在於所述的乳化油中還加有任意廉價的表面活性劑。
全文摘要
一種柴油機乳化節油燃燒方法,屬於柴油機乳化節能燃燒技術領域,同時也涉及柴油機低碳煙排放和降低Nox排放的清潔燃燒技術。本發明的技術方案是採用一個柴油系統供油以及與該供油系統相併聯的,且可按一定比例配製乳化油的一個「在線」乳化油系統供油的雙油路供油方法,啟動時先用柴油系統供油,待氣缸壁熱後再轉換成「在線」乳化油系統供油,並控制摻水率在15%～30%,即水:油=0.18～0.43。該技術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,既能保證穩定著火燃燒,降低汙染,又可大幅度提高柴油機油摻水燃燒的節油率,其節油率可達15%～20%。從而達到降低成本,具有經濟、實用的特點。
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 優先權日2001年8月17日
發明者傅維鑣, 侯凌雲, 馬凡華, 何裕昆, 周雁 申請人:清華大學