GX-1型随机乳化器在N485Q直喷柴油机上节能降污的试验研究
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摘要
本文首先从理论上阐述了乳化油的节能降污机理，指出了柴油机燃用不
稳定乳化油的可能性，并根据不稳定乳化油的特性，以N485Q直喷式柴油机
为研究对象，设计了四种不同结构的随车乳化器（该乳化器不必添加乳化剂，
动力能耗小，能将柴油边乳化边燃烧），并通过各种不同配比乳化油的稳定
时间及其粘度──温度特性试验，确定了在该N485Q柴油机上使用的最佳随
车乳化器；接着，按照国标GB3847－1999《压燃式发动机和装用压燃式发动
机的车辆可见污染物限值及测试方法》，考察该N485Q柴油机在原机结构参数、
最佳随车乳化器条件下，最大扭矩转速 （180r/min）和最大功率转速(2300
r／min)处燃用不同油水配比乳化油时的节能降污（燃油消耗率、排气烟度、
排气温度）效果，找出乳化油的最佳油水配比；然后，为了更进一步考察该机
燃用最佳随车乳化器制备的最佳配比乳化油的节能降污效果，设计了二因素二
次正交回归旋转试验，建立最大功率转速 （2300 r／min）处不同负荷（12．68kw、
16．90kw、21．30kw）时的发动机结构参数──静态供油提前角、喷油压力的
燃油消耗率回归方程，运用外点惩罚函数法分别对三个方程进行优化，得出各
自理论最小燃油消耗率及其结构参数，再调定发动机结构参数至各自燃油消耗
率方程的理论值，通过试验得出其实际燃油消耗率，并将燃油消耗率理论值与
试验值误差最小的结构参数调整作为燃用最佳配比乳化油时的结构参数调整；
最后，进行发动机结构参数作调整情况下燃用最佳随车乳化器制备的最佳油水
配比乳化油时的外特性试验，并与该机原结构参数条件下燃用纯柴油时的外特
性试验作比较，综合考察该种乳化油的节能降污效果。在试验结束后，还对乳
化油是否对气缸有腐蚀和加剧气缸磨损等负作用进行了考察。
试验结果表明，该N485柴油机在燃用4号随车乳化器配制的油水配比为
12％的乳化油条件下，当静态供油提前角调至23．0℃，喷油压力调至12．32Mpa
时，有最好节能降污效果，其节油率范围为1．9～4．3％，烟度下降范围为
19．1～21．8％，排气温度下降范围为11～15℃（可认为NO_x排量下降），但此
时发动机的最大功率有所下降，降幅为4．71～9．52％，且由于水的加入使柴
油中硫分转变为亚硫酸根（SO_3~(2-)）或硫酸根（SO_4~(2-)）的机率增大，表现为气
缸中点蚀现象增多。另外，水的掺入未对气缸产生冲刷作用，因此不会对气缸
造成额外的磨损．
This thesis firstly elaborated the saving energy and reducing
pollutants mechanism of emulsified fuel in theory, pointed out the
possibility of burning with unsteady emulsified fuel in diesel engine.
On the basis of the character of unsteady emulsified fuel, regarding
N485Q DI diesel engine as the object of study, 4 emulsifiers with
different structure, which needn't add fuel additive, can burn as
emulsifying and whose energy is small was designed. Then the best
emulsifier which was used cooperatively with the engine was
selected through the steady time of emulsified fuel of all sorts of
ratio of water addition in fuel and also through the experiment of
viscosity ?temperature. Secondly, according to Nation Standard.
GB3847-1 999, Limits and measurement methods of exhaust visible
pollutants from compression ignition(C .I.)engines and vehicles
equipped with CI. engines, the saving energy and reducing
pollutants study including fuel consume ratio, emission smoke and
emission gas temperature was done at the rotational speed at
maximum torque(1800r/min) and rotational speed at maximum
power(2300r/min) on the condition of the structure parameter of
original numerical of the engine and the best emulsifier, then the best
ratio of water in diesel was found out. Thirdly, in order to study more
deeply on the engine with its saving energy and reducing pollutants
effect on the condition of burning with emulsified fuel of the best
ratio of water in diesel, an experiment were developed by the rotate
design of positive intersection of 2 operating parameters(injection
advance angle and injection pressure) on the different load
(12.68kw,16.9Okw,21.3Okw) of the rotation speed at maximum
power(2300r/min). The equations about fuel consumption were set
up and their minimum fuel consumption and structure parameters in
theOry were calcuated through the opbeation design with method
of exterior penaity boction. T'hell, the engine sane parameters
were adjusted to the theoretical vaiues and the practical vaiues of its
fuel consumption would be given. The minhoum errors of the fuel
consumption between theoretical value and practical value would be
regarded as the using value. Finally, a velocity characteristic
eXPeriment wun full load was dOne under the adjusAnen of engine
smicfore parameters, and the olltcome was contrasted with the
outcome of the engine buming with the pure diesel on the condition
of its original StrUCtUe parameters. At the end of the exPerhaent, an
inVestigation on Whether baming emusified fuel would have
negative effects, such as cormPt and extra wear on cylindef, would
be had.
The research results showed that this N485Q D.I. diesel engine
would have the best effect of saving energy and reducing pollutans
When it bumed with the emusified fuel, which was equipped by the
NO. 4 emulsifier and Whose ratio of water to emulsified fuel was l2%.
By this, it's range of saving diesel was 1.9~4.3%, range of reducing
smoke emission was l9.l -- 21.8%,and range of reducing gas
emission temPeratue was l l ~ 15 oC (It was thought that the emission
of NOxreduced). But at the same tAne, the maxhaUIn power of this
engine reduced and its reducing range was 4.7l --9.52%, also there
were more dot-cormPt on cylinder wall because that plltting water
into diesel led to more chances of element S tw into SO,'- and
SO.'-. Moreovef, pnding watCr into diesel wouldll't lead to the
action of flushing cylindet, so there wouldn't be any extra wear of
cvlinuer
稳定乳化油的可能性，并根据不稳定乳化油的特性，以N485Q直喷式柴油机
为研究对象，设计了四种不同结构的随车乳化器（该乳化器不必添加乳化剂，
动力能耗小，能将柴油边乳化边燃烧），并通过各种不同配比乳化油的稳定
时间及其粘度──温度特性试验，确定了在该N485Q柴油机上使用的最佳随
车乳化器；接着，按照国标GB3847－1999《压燃式发动机和装用压燃式发动
机的车辆可见污染物限值及测试方法》，考察该N485Q柴油机在原机结构参数、
最佳随车乳化器条件下，最大扭矩转速 （180r/min）和最大功率转速(2300
r／min)处燃用不同油水配比乳化油时的节能降污（燃油消耗率、排气烟度、
排气温度）效果，找出乳化油的最佳油水配比；然后，为了更进一步考察该机
燃用最佳随车乳化器制备的最佳配比乳化油的节能降污效果，设计了二因素二
次正交回归旋转试验，建立最大功率转速 （2300 r／min）处不同负荷（12．68kw、
16．90kw、21．30kw）时的发动机结构参数──静态供油提前角、喷油压力的
燃油消耗率回归方程，运用外点惩罚函数法分别对三个方程进行优化，得出各
自理论最小燃油消耗率及其结构参数，再调定发动机结构参数至各自燃油消耗
率方程的理论值，通过试验得出其实际燃油消耗率，并将燃油消耗率理论值与
试验值误差最小的结构参数调整作为燃用最佳配比乳化油时的结构参数调整；
最后，进行发动机结构参数作调整情况下燃用最佳随车乳化器制备的最佳油水
配比乳化油时的外特性试验，并与该机原结构参数条件下燃用纯柴油时的外特
性试验作比较，综合考察该种乳化油的节能降污效果。在试验结束后，还对乳
化油是否对气缸有腐蚀和加剧气缸磨损等负作用进行了考察。
试验结果表明，该N485柴油机在燃用4号随车乳化器配制的油水配比为
12％的乳化油条件下，当静态供油提前角调至23．0℃，喷油压力调至12．32Mpa
时，有最好节能降污效果，其节油率范围为1．9～4．3％，烟度下降范围为
19．1～21．8％，排气温度下降范围为11～15℃（可认为NO_x排量下降），但此
时发动机的最大功率有所下降，降幅为4．71～9．52％，且由于水的加入使柴
油中硫分转变为亚硫酸根（SO_3~(2-)）或硫酸根（SO_4~(2-)）的机率增大，表现为气
缸中点蚀现象增多。另外，水的掺入未对气缸产生冲刷作用，因此不会对气缸
造成额外的磨损．
This thesis firstly elaborated the saving energy and reducing
pollutants mechanism of emulsified fuel in theory, pointed out the
possibility of burning with unsteady emulsified fuel in diesel engine.
On the basis of the character of unsteady emulsified fuel, regarding
N485Q DI diesel engine as the object of study, 4 emulsifiers with
different structure, which needn't add fuel additive, can burn as
emulsifying and whose energy is small was designed. Then the best
emulsifier which was used cooperatively with the engine was
selected through the steady time of emulsified fuel of all sorts of
ratio of water addition in fuel and also through the experiment of
viscosity ?temperature. Secondly, according to Nation Standard.
GB3847-1 999, Limits and measurement methods of exhaust visible
pollutants from compression ignition(C .I.)engines and vehicles
equipped with CI. engines, the saving energy and reducing
pollutants study including fuel consume ratio, emission smoke and
emission gas temperature was done at the rotational speed at
maximum torque(1800r/min) and rotational speed at maximum
power(2300r/min) on the condition of the structure parameter of
original numerical of the engine and the best emulsifier, then the best
ratio of water in diesel was found out. Thirdly, in order to study more
deeply on the engine with its saving energy and reducing pollutants
effect on the condition of burning with emulsified fuel of the best
ratio of water in diesel, an experiment were developed by the rotate
design of positive intersection of 2 operating parameters(injection
advance angle and injection pressure) on the different load
(12.68kw,16.9Okw,21.3Okw) of the rotation speed at maximum
power(2300r/min). The equations about fuel consumption were set
up and their minimum fuel consumption and structure parameters in
theOry were calcuated through the opbeation design with method
of exterior penaity boction. T'hell, the engine sane parameters
were adjusted to the theoretical vaiues and the practical vaiues of its
fuel consumption would be given. The minhoum errors of the fuel
consumption between theoretical value and practical value would be
regarded as the using value. Finally, a velocity characteristic
eXPeriment wun full load was dOne under the adjusAnen of engine
smicfore parameters, and the olltcome was contrasted with the
outcome of the engine buming with the pure diesel on the condition
of its original StrUCtUe parameters. At the end of the exPerhaent, an
inVestigation on Whether baming emusified fuel would have
negative effects, such as cormPt and extra wear on cylindef, would
be had.
The research results showed that this N485Q D.I. diesel engine
would have the best effect of saving energy and reducing pollutans
When it bumed with the emusified fuel, which was equipped by the
NO. 4 emulsifier and Whose ratio of water to emulsified fuel was l2%.
By this, it's range of saving diesel was 1.9~4.3%, range of reducing
smoke emission was l9.l -- 21.8%,and range of reducing gas
emission temPeratue was l l ~ 15 oC (It was thought that the emission
of NOxreduced). But at the same tAne, the maxhaUIn power of this
engine reduced and its reducing range was 4.7l --9.52%, also there
were more dot-cormPt on cylinder wall because that plltting water
into diesel led to more chances of element S tw into SO,'- and
SO.'-. Moreovef, pnding watCr into diesel wouldll't lead to the
action of flushing cylindet, so there wouldn't be any extra wear of
cvlinuer
引文
1 王明华主编，内燃机节能手册，北京：化学工业出版社，1987
2 刘永长主编，内燃机原理，武汉：华中理工大学出版社，1992
3 孙济美主编，天然气和液化石油气汽车，北京：北京理工大学出版社，1999
4 李兴虎主编，汽车排气污染与控制，北京：机械工业出版社，1999
5 揭玉苓 金肇骏等，甲醇柴油双喷射柴油机性能及燃烧研究，兰州铁道学院学报，1995(1)
6 Thompson R V and Katsoulakos P S, The Application of Emulsified Fuel in Diesel Engine, Designs Experimental Results and Theoretical Predictions, Trans I Mar E(TM) Vol 97 paper 10
7 McSorland D, Hughes F A. Emulsified Fmels-the savings are proven. Marine Engineers Review, 1984(6)
8 广濑弓夫 丰田济等，燃料燃费节减波及效果—舶用大形机关场合，日本舶用机关学会志，1984—19(1)
9 杨兴林 程华定，乳化油管内流动粘性损失的试验研究，镇江船舶学院学报，1991(3)
10 牟永宁，乳化油的应用与研究，江西农机，1983(5)
11 金萍 傅茂林等，一种新型柴油——水微乳化油的研究，小型内燃机，2000(1)
12 周显庸，乳化技术在柴油汽车上的应用，能源，1984(1)
13 杨兴林 程华定，乳化油流动特性试验研究，代用燃料，工程热物理学会1991年学术会议论文
14 张必升，乳化柴油在东风型机车上的应用研究，节能，1987(2)
15 程华定 徐美玲等，大功率柴油机乳化油节能研究，内燃机学报，1994(2)
16 谈黎虹 何勇等，随车乳化器的设计在495柴油机上的试验研究，农业工程学报，1998(1)
17 贾继德 顾平等，涡流室柴油机燃用乳化油的节油效果，江苏理工大学学报，1996(1)
18 孔繁荫 李大成主编，内燃机与林用车辆理论(第二版)，北京：中国林业出版社，1995
19 万钦侬，柴油掺水燃烧机理浅析，江西农机，1983(5)
20 李丽 王超林编，汽车排放装置的结构与维修，北京：国防工业出版社，1998
21 姚如杰 刘治中，汽车燃料节约技术新发展，汽车技术，1995(7)
22 黄秋云，燃油掺水乳化技术应用中的若干问题，新能源，1998(3)
23 李建国，重油乳化燃料技术在燃油锅炉上的应用，节能，1995(10)
24 刘再兴，燃油掺水降低有害排放，汽车杂志，1996(21)
25 孙福祥，磁化节油减烟器的试验研究，北京农业机械化学院学报，1983(4)
26 蒋勇 江浩兵等，发动机燃料磁化试验研究，江苏理工大学学报，1998(1)
27 王毓民主编，汽车燃料润滑油及其应用，北京：人民交通出版社，1994
28 朱灵峰 徐翠莲等，CZF-A型乳化柴油的试验研究，河南师范大学学报(自然科学版)，1997(3)
29 朱灵峰，农用乳化柴油的研究与实践，节能，1996(6)
30 烟台市公共交通总公司，ZGH-92A柴油乳化剂使用鉴定报告，1998年10月
31 潘秀明 熊秀明等，柴油机配用G／JTR1型乳化器装置的台架试验，江西农机，1983(5)
32 段宏昌，S195柴油机最佳掺水率的探讨，柴油机，1996(3)
33 大连华晨节能技术有限公司，ZGH—RC智能燃油乳化机产品鉴定书，1993
34 夏百根 张芬兰等，CJ—1型柴油乳化器的研制与试验，新能源，1998(5)
35 N485Q柴油机使用说明书 湖南衡阳建湘柴油机厂
36 广东交通学校等编，汽车发动机与汽车理论(汽运专业与修理专业用)，北京：人民交通出版社，1979
37 汽车星空网(Autostarry.com)网页，我国汽车排放标准严格化
38 闵光泽 张传铎编，柴油机试验，北京：中国农业机械出版社，1984
39 邵恩波，柴油性质与柴油机排放的关系，柴油机，2001(1)
40 茆诗松 丁元等编著，回归分析及试验设计，上海；华东师范大学出版社，1981
41 刘惟信编著，机械最优化设计(第二版)，北京：清华大学出版社，1994
42 周承高 瘳园编，优化方法及其程序设计，北京：中国铁道出版社，1989
43 王宇 张启安，柴油／水／甲醇三元乳化燃料在柴油机上使用影响节油率因素的研究，小型内燃机，1997(5)
44 黄乙武编，液体燃料的性质与应用，北京：烃加工出版社，1985
45 陈魁，试验设计与分析，北京：清华大学出版社，1996
46 汪荣鑫编，数理统计，西安：西安交通大学出版社，1986
47 毛宗秀编著，BASIC语言常用数理统计方法程序汇编，杭州：浙江科学技术出版社，1983
48 谭浩强主编，C程序设计题解与上机指导，北京：清华大学出版社，1992
49 章宏甲 周邦俊主编，金属切削机床液压传动(修订本)，南京：江苏科学技术出版社1985
50 覃频频，6105QB直喷式柴油机运用参数与碳烟排放量之间关系的试验研究：[学位论文]．南宁：广西大学图书馆，2000
51 赵刚，甘蔗压榨机系统可靠性分析及压榨辊轴承可靠性优化设计的研究：[学位论文]，南宁：广西大学图书馆，2000
52 Huang C W, The Effects of Swirl and Injection Parameters on Diesel Combustion and Heat Transfer, SAE Paper 850265
53 Gallangher J, Colirsi Diesel Inspection and Maintenance Program, SAE Paper 900329
54 夏兴兰，柴油掺水乳化油液粒燃烧模型探讨，南昌大学学报，1995(2)
55 高宝三 贾继德，乳化油在涡流室柴油机中燃烧试验的研究，农业机械学报，1994(2)
56 肖神明 杨滨等，乳化柴油对柴油机性能影响的研究，山东内燃机，2000(2)
57 西安公路学院编，汽车燃料与润滑油，北京；人民交通出版社，1986
58 李东江，影响柴油机排放的基本因素，小型内燃机，1997(1)
59 贾继德，柴油机燃用乳化油研究详述，小型内燃机，1997(2)
60 Michael P Walsh, Global Trends in Diesel Particulate Filter, Material Development, SAE Paper 942068
61 尧命发 许斯都，柴油机有害排放物控制技术的新发展，内燃机工程，1997(3)
62 中国机动车安全检测技术研究会编，汽车安全检测设备，北京，警官教育出版社，1994
2 刘永长主编，内燃机原理，武汉：华中理工大学出版社，1992
3 孙济美主编，天然气和液化石油气汽车，北京：北京理工大学出版社，1999
4 李兴虎主编，汽车排气污染与控制，北京：机械工业出版社，1999
5 揭玉苓 金肇骏等，甲醇柴油双喷射柴油机性能及燃烧研究，兰州铁道学院学报，1995(1)
6 Thompson R V and Katsoulakos P S, The Application of Emulsified Fuel in Diesel Engine, Designs Experimental Results and Theoretical Predictions, Trans I Mar E(TM) Vol 97 paper 10
7 McSorland D, Hughes F A. Emulsified Fmels-the savings are proven. Marine Engineers Review, 1984(6)
8 广濑弓夫 丰田济等，燃料燃费节减波及效果—舶用大形机关场合，日本舶用机关学会志，1984—19(1)
9 杨兴林 程华定，乳化油管内流动粘性损失的试验研究，镇江船舶学院学报，1991(3)
10 牟永宁，乳化油的应用与研究，江西农机，1983(5)
11 金萍 傅茂林等，一种新型柴油——水微乳化油的研究，小型内燃机，2000(1)
12 周显庸，乳化技术在柴油汽车上的应用，能源，1984(1)
13 杨兴林 程华定，乳化油流动特性试验研究，代用燃料，工程热物理学会1991年学术会议论文
14 张必升，乳化柴油在东风型机车上的应用研究，节能，1987(2)
15 程华定 徐美玲等，大功率柴油机乳化油节能研究，内燃机学报，1994(2)
16 谈黎虹 何勇等，随车乳化器的设计在495柴油机上的试验研究，农业工程学报，1998(1)
17 贾继德 顾平等，涡流室柴油机燃用乳化油的节油效果，江苏理工大学学报，1996(1)
18 孔繁荫 李大成主编，内燃机与林用车辆理论(第二版)，北京：中国林业出版社，1995
19 万钦侬，柴油掺水燃烧机理浅析，江西农机，1983(5)
20 李丽 王超林编，汽车排放装置的结构与维修，北京：国防工业出版社，1998
21 姚如杰 刘治中，汽车燃料节约技术新发展，汽车技术，1995(7)
22 黄秋云，燃油掺水乳化技术应用中的若干问题，新能源，1998(3)
23 李建国，重油乳化燃料技术在燃油锅炉上的应用，节能，1995(10)
24 刘再兴，燃油掺水降低有害排放，汽车杂志，1996(21)
25 孙福祥，磁化节油减烟器的试验研究，北京农业机械化学院学报，1983(4)
26 蒋勇 江浩兵等，发动机燃料磁化试验研究，江苏理工大学学报，1998(1)
27 王毓民主编，汽车燃料润滑油及其应用，北京：人民交通出版社，1994
28 朱灵峰 徐翠莲等，CZF-A型乳化柴油的试验研究，河南师范大学学报(自然科学版)，1997(3)
29 朱灵峰，农用乳化柴油的研究与实践，节能，1996(6)
30 烟台市公共交通总公司，ZGH-92A柴油乳化剂使用鉴定报告，1998年10月
31 潘秀明 熊秀明等，柴油机配用G／JTR1型乳化器装置的台架试验，江西农机，1983(5)
32 段宏昌，S195柴油机最佳掺水率的探讨，柴油机，1996(3)
33 大连华晨节能技术有限公司，ZGH—RC智能燃油乳化机产品鉴定书，1993
34 夏百根 张芬兰等，CJ—1型柴油乳化器的研制与试验，新能源，1998(5)
35 N485Q柴油机使用说明书 湖南衡阳建湘柴油机厂
36 广东交通学校等编，汽车发动机与汽车理论(汽运专业与修理专业用)，北京：人民交通出版社，1979
37 汽车星空网(Autostarry.com)网页，我国汽车排放标准严格化
38 闵光泽 张传铎编，柴油机试验，北京：中国农业机械出版社，1984
39 邵恩波，柴油性质与柴油机排放的关系，柴油机，2001(1)
40 茆诗松 丁元等编著，回归分析及试验设计，上海；华东师范大学出版社，1981
41 刘惟信编著，机械最优化设计(第二版)，北京：清华大学出版社，1994
42 周承高 瘳园编，优化方法及其程序设计，北京：中国铁道出版社，1989
43 王宇 张启安，柴油／水／甲醇三元乳化燃料在柴油机上使用影响节油率因素的研究，小型内燃机，1997(5)
44 黄乙武编，液体燃料的性质与应用，北京：烃加工出版社，1985
45 陈魁，试验设计与分析，北京：清华大学出版社，1996
46 汪荣鑫编，数理统计，西安：西安交通大学出版社，1986
47 毛宗秀编著，BASIC语言常用数理统计方法程序汇编，杭州：浙江科学技术出版社，1983
48 谭浩强主编，C程序设计题解与上机指导，北京：清华大学出版社，1992
49 章宏甲 周邦俊主编，金属切削机床液压传动(修订本)，南京：江苏科学技术出版社1985
50 覃频频，6105QB直喷式柴油机运用参数与碳烟排放量之间关系的试验研究：[学位论文]．南宁：广西大学图书馆，2000
51 赵刚，甘蔗压榨机系统可靠性分析及压榨辊轴承可靠性优化设计的研究：[学位论文]，南宁：广西大学图书馆，2000
52 Huang C W, The Effects of Swirl and Injection Parameters on Diesel Combustion and Heat Transfer, SAE Paper 850265
53 Gallangher J, Colirsi Diesel Inspection and Maintenance Program, SAE Paper 900329
54 夏兴兰，柴油掺水乳化油液粒燃烧模型探讨，南昌大学学报，1995(2)
55 高宝三 贾继德，乳化油在涡流室柴油机中燃烧试验的研究，农业机械学报，1994(2)
56 肖神明 杨滨等，乳化柴油对柴油机性能影响的研究，山东内燃机，2000(2)
57 西安公路学院编，汽车燃料与润滑油，北京；人民交通出版社，1986
58 李东江，影响柴油机排放的基本因素，小型内燃机，1997(1)
59 贾继德，柴油机燃用乳化油研究详述，小型内燃机，1997(2)
60 Michael P Walsh, Global Trends in Diesel Particulate Filter, Material Development, SAE Paper 942068
61 尧命发 许斯都，柴油机有害排放物控制技术的新发展，内燃机工程，1997(3)
62 中国机动车安全检测技术研究会编，汽车安全检测设备，北京，警官教育出版社，1994