乳化柴油在4100QBZL柴油機上的使用性能研究

李陽陽 馬志義

（1.長安大學，陜西 西安 710064；2.陜西省交通新能源開發應用與汽車節能重點實驗室，陜西 西安 710064）

0 前言

當前我國公路施工能耗高、污染大，而筑路及施工機械是其排放污染的重要源頭，對筑路及施工機械的排放污染進行控制迫在眉睫。我國目前筑路及施工機械幾乎全部采用四沖程柴油機作為動力裝置；對此種類型動力裝置的排放控制措施目前主要包括三種方法：新型燃料、機內凈化及尾氣后處理。其中乳化柴油作為使用性能優異、成本低廉、減排效果顯著的新型燃料已在汽車發動機領域得到了一致認可，廣泛推廣使用乳化柴油，不失為筑路及施工機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，早在上世紀就得到了人們的關注和研究。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行了研究和生產；國內河南農業大學、江蘇大學、南昌大學、河南農業大學等多所高等院校和科研單位也對其進行了一定的研究。研究結果表明針對不同類型的柴油機，乳化柴油在含水不超過15～20%的條件下，可以在保證發動機各項性能的前提下，有效降低碳煙排放。其主要減排的機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“微爆現象”，使混合氣更為均勻，燃燒更為充分，抑制了殘炭煙塵的形成，從而降低碳煙排放。

目前相關研究主要針對乳化柴油的調配、儲存、理化參數等指標進行了研究，對其在柴油機上的使用性能及對排放的影響的研究年代久遠，已難以反映目前技術水平的柴油機使用乳化柴油的情況。本文利用一臺昆明云內動力有限公司出產的4100QBZL發動機，對自行配置的乳化柴油進行了動力性、經濟性及排放性能等使用性能試驗，并對試驗結果進行了分析。

2 試驗設計

2.1 試驗儀器

本文中所使用的儀器設備如下：

表1 試驗設備

2.2 燃料配制

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

2.3 試驗過程

試驗測試了4100QBZL柴油機燃用乳化柴油及0#柴油時的外特性、2000r/min、2600r/min下的負荷特性曲線，依此對發動機使用乳化柴油時的動力性及經濟性進行了評定。最后測試4100QBZL柴油機燃用乳化柴油時自由加速煙度變化，以確定乳化柴油對排放的影響。

3 試驗結果與分析

3.1 外特性試驗

外特性試驗結果如圖1、圖2所示。試驗結果表明，發動機使用配制的乳化柴油后，功率、扭矩等動力性指標有一定的下降，油耗上升。發動機在使用0#柴油時，在 1800、2000、2100、2200、2300、2400、2600、2800r/min，油門最大時輸出功率分別為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）。 當使用配制的乳化柴油后， 發動機輸出功率分別為 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 負荷特性試驗

外特性試驗結果如圖3、圖4所示。試驗結果表明，發動機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的計算方法，其對平均比油耗的計算方法如下：

圖3 2600r/min負荷特性比油耗曲線

圖4 2000r/min負荷特性比油耗曲線

其中：g為發動機油耗（有效燃油消耗率）均值，單位為g/（kW·h）；ge為發動機比油耗擬合方程，其根據測試數據，由統計學軟件擬合而成；P1為該轉速下發動機最大功率的30%，單位為kW，本文設定為54kW；P2為該轉速下發動機最大功率的90%，單位為kW，本文設定為18kW。

根據此種計算方法，計算得知，發動機在燃用0#柴油及乳化柴油時，2600r/min負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%。 發動機在燃用 0# 柴油及乳化柴油時，2000r/min負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

自由加速煙度試驗結果如表2所示。

表2 自由加速煙度測試數據 K/m-1（光吸收系數）

試驗用柴油機使用乳化柴油與使用0號柴油相比，自由加速煙度下降了平均28.0%。

4 總結與展望

根據以上試驗結果，我們可以得出以下結論：

（1）4100QBZL柴油機燃用乳化柴油運轉正常，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柴油機燃用乳化柴油后油耗上升，經濟性下降，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%，在一定程度上也達到了節約柴油的效果。（3）4100QBZL柴油機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）由于試驗條件有限，本文此次并未對其他排放指標進行測試，在下一步的試驗和研究中，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行深入的探討和研究。

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

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

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