一种节能减排柴油乳化方法与流程

本发明涉及节能减排技术领域，具体讲的是一种节能减排柴油乳化方法。

背景技术：

随着我国工农业、交通运输业的飞速发展,对柴油的需求日益增大,如何充分利用现有资源,开发节能技术,减少浪费,引起了人们的高度重视。为了解决能源短缺和空气污染问题,节能和环保问题是当前和今后实现可持续发展的关键因素，如何更加有效地降低燃料消耗和减少排气污染，是当今内燃机研究的重点，在众多的研究项目中，掺水燃烧被认为是有希望同时实现上述两个目标的技术之一。

近年来，国内外对柴油机掺水燃烧的研究一直没有间断，在使用乳化柴油，随车在线乳化装置、分层喷射，直接向燃烧室喷水等方面的研究，都取得了较明显的节油降污效果，大量文献对乳化油的微爆，掺水对nox形成的影响及碳烟的二次氧化等方面进行了深入分析，一致认为：nox是在高温富氧条件下形成，碳烟是在高温缺氧条件下形成，但通过以传统燃烧方式改进缸内燃烧的同时除去nox和pm(碳烟)有所谓“treat-off”效应，然而根据nox和pm(碳烟)的形成条件可知，如果能够同时降低缸内燃烧的最高温度和高温持续时间，从理论上就可同时除去nox和pm(碳烟)，正是基于这样的考虑，人们试图通过燃料掺水燃烧的方法实现同时降低nox和pm(碳烟)排放的目标，并取得了较为理想的效果，同时，燃料中水蒸发做功可以部分弥补由于水分蒸发使温度和压力下降所造成的不利影响而提高柴油机的热效率,另外排气最高温度与平均温度都有所下降,排气损失反而减小也提高柴油机的热效率,正是由于燃料掺水燃烧的方法提高了柴油机的热效率，从而产生了一定的节油效果。但由于各种掺水燃烧的方式都存在自身的弱点，无法在降低排放的同时提高经济效益，至今没有大规模推广应用。

现有的各种掺水燃烧方式的缺点主要集中在如下几个方面：使用配制好的乳化柴油的缺点：一是乳化柴油是通过乳化剂使水与柴油强制混溶，长时间放置会产生油水分离，使乳化柴油不便于储存与运输；二是配制好的乳化柴油丧失了防腐性能，会造成柴油机高压油嘴的锈蚀，从而使油嘴无法喷油。随车在线乳化装置虽然能随柴油机工况动态调整水与油的混合比例，但存在乳化效果不理想和乳化柴油会造成柴油机高压油嘴的锈蚀，从而使油嘴无法喷油。直接向燃烧室喷水要在柴油机柴油机气缸盖上安装喷嘴，破坏了柴油发动机本身结构，虽然能降低nox和pm碳烟的排放，但实践证明几乎没有节油效果。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种节能减排柴油乳化方法，以提高节油效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种节能减排柴油乳化方法，其特征在于，将柴油和乳化添加剂分开输送至柴油机气缸内，在柴油机气缸内以雾化的方式形成乳化柴油。

优选地，上述节能减排柴油乳化方法，需先将乳化添加剂以喷射的方式输送至柴油机气缸内，待0.0125-1s后，将柴油再喷射入柴油机柴油机气缸内，两者以雾化的方式进行混合，从而实现乳化。

优选地，上述节能减排柴油乳化方法，具体包括如下步骤：

（1）乳化添加剂的准备；

（2）设备准备：在柴油机的进气总管上安装高压雾化喷嘴，高压雾化喷嘴连接在输液管的一端且输液管的该端固定在柴油机进气总管上，输液管的另一端伸进添加剂储存桶内底部且在该端部连接有过滤器，在输液管上连接有微型高压泵、电磁阀，在添加剂储存桶内壁上固定有液位计；

（3）喷射、乳化：通过自动化控制乳化添加剂的喷射量及喷射时机，让乳化添加剂先于柴油由各自的路径喷射至柴油机气缸内，以雾化的方式混合乳化，其中柴油与添加剂的添加重量比为5:1。

优选地，高压雾化喷嘴的微粒直径控制在5-10µm。

优选地，乳化添加剂的喷射量控制具体是通过将电磁阀通过导线连接电控单元，由电控单元控制电磁阀的打开时间长短来实现。

优选地，乳化添加剂的喷射时机控制是在添加剂储存桶内液位低于液位计设定高度时不喷入、在车辆启动或暖车时不喷入、在车辆停车前不喷入、在车辆停止状态下开空调时喷入、车辆正常运行中喷入。

优选地，上述乳化添加剂的喷射时机与喷射量的大小控制具体是将空调开关信号引入电控单元，确保乳化添加剂在车辆停止状态下开空调时能喷入，并将液位计的液位信号通过导线输送给电控单元；同时通过柴油机本身携带的传感器各自采集包括但不限于柴油机水温信号、车速信号、柴油机转速信号，并由柴油机对应的传感器通过信号线输送给电控单元；由电控单元通过对上述信号进行分析与处理，来控制喷射时机与喷射量的大小。

优选地，上述乳化添加剂的喷射时机的控制具体是将空调开关信号引入电控单元，确保乳化添加剂在车辆停止状态下开空调时能喷入，并将液位计的液位信号通过导线输送给电控单元；同时电控单元与车载网络can进行信息通讯，通过车载网络can获取包括但不限于柴油机水温信号、车速信号、柴油机转速信号这些信号，由电控单元对上述信号进行分析与处理来精确控制喷射时机与喷射量的大小。

优选地，上述乳化添加剂可以为现有技术中的柴油用乳化添加剂，也可为本申请发明人特制的柴油用乳化添加剂，其中特制的柴油用乳化添加剂是由以下重量份的原料配制而成：硝酸钾0.1-0.5份、碳酸氢钾0.1-0.5份、尿素10-12份、亚硝酸钠0.1-0.5份、氢氧化钠0.1-0.2份、聚乙烯醇0.7-0.75份、三乙醇胺0.1-0.5份、司盘801-2份、吐温200.25-0.5份、水100份。

与现有技术相比，本发明具备的有益效果是：

本发明通过在缸内以雾状方式混合形成乳化柴油，这种缸内形成的乳化柴油在缸内即混即用，无灰分残留，不存在油水分层问题，克服了配制好的乳化柴油长时间放置会产生油水分层，不便于储存与运输、使用时会造成高压油嘴锈蚀而无法喷油的致命缺陷，解决了配制好的乳化柴油至今不能推广应用的难题；

通过本发明，乳化添加剂随空气进入柴油机气缸后，由于高压雾化喷嘴控制的微粒直径非常小，加上柴油机正常工作下，缸内会迅速升温至约200-300℃，乳化添加剂气化膨胀，在柴油机气缸内与高压油嘴喷出的雾化柴油就能形成很好的混合状态，使柴油与乳化添加剂达到比较理想的乳化效果，解决了随车在线乳化装置乳化效果不佳的难题；

本发明的乳化方法，优化了柴油与乳化添加剂的乳化效果，从而改善了柴油机的燃烧过程，充分提高了柴油机燃烧热效率，达到节油效果，还极大的降低了柴油机的nox和pm碳烟的排放，既节能又环保；

本发明采用自动化控制添加剂加入量及加入时机，无须驾驶员进行操作控制，在车上安装方便，只在柴油机进气总管上装一个雾化喷嘴，对柴油机本身结构不做任何改动，乳化添加剂喷射关闭时，也不会影响柴油机的正常工作；

（5）本发明特制的乳化添加剂，并结合本发明的乳化方法，显著地提高了节油效果（节油效果达到了18％—27.5％），且在节能的同时，还极大的降低了柴油机的nox和pm碳烟的排放，既节能又环保。

附图说明

图1是本发明涉及到的设备结构示意图（图中空心箭头方向为空气流动方向）；

图2是本发明涉及到的电控单元控制方式一控制电路原理图；

图3是本发明涉及到的电控单元控制方式二控制电路原理图；

图4是本发明涉及到的乳化添加剂加入量及加入时机自动化控制流程框图。

具体实施方式

现结合附图及具体实施例，来对本发明作进一步的阐述。

实施例一

本实施例公开的节能减排柴油乳化方法，具体包括如下步骤：

（1）按比例配制乳化添加剂：其中乳化添加剂由以下重量份的原料混合而成：硝酸钾0.1份、碳酸氢钾0.1份、尿素10份、亚硝酸钠0.5份、氢氧化钠0.1份、聚乙烯醇0.7份、三乙醇胺0.1份、司盘802份、吐温200.25份、纯水100份，在配制时，按硝酸钾、碳酸氢钾、尿素、亚硝酸钠、氢氧化钠、聚乙烯醇、三乙醇胺、司盘80、吐温20这样的从前至后的顺序将前述原料按配比依次倒入已经装有纯水的反应釜中，充分混匀；

（2）设备准备：如图1所示，在柴油机的进气总管7上安装高压雾化喷嘴8，高压雾化喷嘴8位于柴油机进气总管7上，高压雾化喷嘴8的雾化微粒直径控制在5-10μm，高压雾化喷嘴8连接在输液管6的一端，输液管6的另一端伸进添加剂储存桶1内底部且在端部连接有过滤器3，在输液管6上连接有微型高压泵4、电磁阀5，在添加剂储存桶1内壁上固定有液位计2，将液位计2、微型高压泵4、电磁阀5通过各自的导线与电控单元ecu9连接。其中添加剂储存桶1、输液管6、电控单元9等的安装根据不同车辆本身的结构选择合适的位置进行安装，安装完毕后按图1联接好本系统，本系统所需电源从车辆蓄电池单独取电（不改变车辆本身电路，如图2或3所示）；

（2）喷射、乳化：控制乳化添加剂的喷射量及喷射时机，让乳化添加剂先通过高压雾化喷嘴8喷射至柴油机进气总管7内，在进气行程随空气一同进入柴油机气缸内，待0.0125-1s后将柴油由原本的柴油喷嘴喷入柴油机气缸（即柴油机燃烧室）内，乳化添加剂和柴油以雾化的方式混合乳化，其中柴油与添加剂的添加重量比为5:1。乳化添加剂的喷射量控制具体是由电控单元控制电磁阀5的打开时间长短来实现；而乳化添加剂的喷射时机的具体控制逻辑（如图4所示）如下：

第一步，电控单元ecu9工作，由柴油机本身所携带的传感器采集或是通过车载网络can获取包括但不限于柴油机水温信号（t）、车速信号（v）、柴油机转速信号（n）这些信号，并将空调开关通过导线连接电控单元ecu9，将空调开关信号（a/c）输送给电控单元ecu9，同时将液位计的液位信号通过导线输送给电控单元ecu9，由电控单元ecu9存储，以用于后续的分析与计算；

第二步，电控单元ecu9采集液位计信号，当无液位计信号时，电磁阀5断电、微型高压泵4不工作，不向柴油机气缸喷入乳化添加剂；而当有液位计信号时，由电控单元ecu9对包括但不限于柴油机水温信号、车速信号、柴油机转速信号、空调开关信号这些信号进行分析与计算；设定喷射条件为：柴油机水温信号温度值设定t≥50℃，柴油机转速信号n≥650rpm，车速信号v≥30km/h或是空调开关信号；当上述三个条件只要有一个不满足，电控单元9将控制微型高压泵4、电磁阀5不工作，即不喷入乳化添加剂，而只有上述三个条件全部满足时，电控单元9控制微型高压泵4、电磁阀5工作，即喷入乳化添加剂，乳化添加剂的喷射量是由电控单元9控制电磁阀5通电时间来控制的，当通电时间到，喷射停止。

乳化添加剂的喷射时机控制具体是以在添加剂储存桶内液位低于液位计设定高度时不喷入、在车辆启动或暖车时不喷入、在车辆停车前不喷入、在车辆停止状态下开空调时喷入、车辆正常运行中喷入为准，具体使用情况如下：

第一种，当添加剂储存桶1中所述乳化添加剂不足时的控制。此时，液位计2不工作、无信号，电控单元ecu9接收不到液位计2的信号，控制报警器报警，提示驾驶员添加乳化添加剂，同时电控单元9控制本微型高压泵4、电磁阀5不工作，即不喷入乳化添加剂；

第二种，车辆启动与暖车过程，微型高压泵4、电磁阀5不工作，以免影响柴油机冷启动和快速暖车。电控单元分析由柴油机本身所携带的传感器所采集的信号（或是由电控单元9与车载网络can进行信息通讯，通过车载网络can获取所需控制信号），如柴油机水温信号、车速信号、柴油机转速信号，实际使用时，设定柴油机水温信号温度值设定t≥50℃、车速信号v≥30km/h、柴油机转速信号n≥650rpm，当上述信号条件只要有一个不满足，电控单元9将控制本微型高压泵4、电磁阀5不工作，即不喷入乳化添加剂，而车辆启动与暖车过程中其车速信号v是小于30km/h，且无空调信号，此时，不往柴油机气缸内喷射乳化添加剂；

第三种，车辆停车前，控制微型高压泵4、电磁阀5不工作，即不喷入乳化添加剂。在停车前，车速信号v＜30km/h时,电控单元9就关闭电磁阀5，以停止节能减排添加剂的供给，以保证在柴油机停机前，利用柴油机的进气吹尽残留在进气总管或柴油机气缸内节能减排添加剂，以免给柴油机的正常工作带来不利影响；

第四种，车辆停止状态下开空调的控制。把空调开关信号引入电控单元9，设定当柴油机转速信号n≥650转/分，柴油机水温信号t≥50℃时，且电控单元9接收到空调开关信号，在完全满足前述条件下，电控单元9就会控制微型高压泵4、电磁阀5工作，即喷入乳化添加剂，通过电控单元9控制电磁阀5的打开时间长短来动态调整喷射量的大小；

第五种，车辆正常行驶中的控制。正常行驶状态下，是满足柴油机水温信号温度值t≥50℃，柴油机转速信号n≥650rpm，车速信号v≥30km/h这三个条件的，电控单元9控制本微型高压泵4、电磁阀5工作，向柴油机气缸内喷射乳化添加剂。通过电控单元9控制电磁阀5的打开时间长短来动态调整喷射量的大小。

实施例二

除以下不同外，其余均同实施例一。

本实施例的节能减排柴油乳化添加剂为现有技术中的柴油用乳化添加剂，如孚尔乐科技企业〈模里西斯〉集团的乳化柴油添加剂(a-55)。

实施例三

本实施例的节能减排柴油乳化添加剂，由以下重量份的原料混合而成：硝酸钾0.5份、碳酸氢钾0.5份、尿素12份、亚硝酸钠0.1份、氢氧化钠0.2份、聚乙烯醇0.75份、三乙醇胺0.5份、司盘801份、吐温200.5份、水100份。

本申请的乳化方法，将其与已经乳化好的柴油、不喷乳化添加剂只喷柴油进行对比试验，即：

a组：添加剂成分及配比如本申请实施例一所述、柴油乳化方法也如本申请实施例一所述，且添加剂与柴油的用量比以重量计为1:5；

b组：添加剂成分及配比如本申请实施例一所述，柴油乳化方法是将添加剂与同款柴油事先进行均匀混合乳化形成乳化柴油，且添加剂与柴油的用量比以重量计为1:5，再将乳化柴油一起喷入柴油机柴油机气缸内；

c组：不喷添加剂、只喷同款柴油，即柴油不乳化。

试验过程：按上述分组，并应用同一款柴油汽车作为测试对象，并参照gb/t12543-90《汽车道路路试方法通则》、gb/t12545-90《汽车燃料消耗量试验方法》、gb/18352.3-2005《轻型汽车污染物排放限值及测量方法》、gb/17691-2005《车用压燃式、气体点燃式发动机与汽车排汽污染物排放限值及测量方法》，在相同的工况条件下进行路面测试，每组测试重复3次，准确测量并计算出平均汽车消耗柴油的量及nox的平均排放量和pm碳烟的平均排放量，具体数据如下表一所示：

表一：

从上述表一可以看出，a组百公里耗油最少，而且nox的排放量及碳烟的排放量为最低，与c组对比，有着显著区别，其中节油率达24.36%，节油效果明显。