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文章编号:1000-0925(2004)02-040-03250031柴油2甲醇乳化燃料乳化剂的最佳H LB 值及水含量的影响吴 楚1,魏建勤1,史春涛2(1.浙江大学动力机械及车辆工程研究所,杭州310027;2.天津大学天津内燃机研究所)The Optimum H L B Number of Emulsion of Diesel 2Methanol EmulsificationFuel and the I nfluence of W ater Content on ItWU Chu 1,WEI Jian 2qin 1,SHI Chun 2tao 2(1.The Institute of P ower Machine and Vehicle Engineering ,Zhejiang University ,Hangzhou 310027,China ;2.T ianjin Internal C ombustion Engine Research Institute )Abstract :F or using diesel 2methanol emulsification fuel ,one of the m ost difficulty things is how to obtain stable andcheap diesel 2methanol emulsification.The optimum H LB number of emulsion of diesel 2methanol emulsification fuel and the in fluence of water on it were studied.It is showed that the optimum H LB number of emulsion of diesel 2methanol emulsifica 2tion fuel is about 3.5,and the optimum H LB number of emulsion of diesel 2methanol 2water emulsification fuel become to the optimum H LB number of emulsion of diesel 2water emulsification fuel when there is water in diesel 2methanol emulsification fuel.The optimum H LB number of emulsion of diesel 2methanol 2water emulsification fuel dosn ’t change with increasing wa 2ter content.But delamination period change with increasing water content.The delamination period of emulsification fuel is the longest when the scale of water to methanol is about 40%in methanol 2water and methanol 2water is about 8:1in diesel 2methanol 2water emulsification fuel.It is fav orable to im prove the stability of diesel 2methanol emulsification fuel to adding water into diesel 2methanol emulsification fuels.摘要:柴油机中掺烧醇的最大难点之一在于难以获得价廉、稳定的柴油2甲醇乳化燃料。
柴油—甲醇组合燃烧发动机的控制策略及试验研究的开题报告一、选题背景柴油机与甲醇发动机是两种重要的内燃机，柴油机具有高效、稳定、扭矩大等优点，适用于重载和高速运输等场景。
而甲醇发动机则具有低污染、高热值等优点，往往被用于轻载运输和城市交通等环保场景。
本文提出的柴油—甲醇组合燃烧发动机，将两者结合起来，既保证了高效率和高稳定性，又具有低污染的特点。
二、研究目的本文旨在探索柴油—甲醇组合燃烧发动机的控制策略，并进行试验研究，验证其性能优势和可行性，为实际应用提供理论和实践基础。
三、研究内容1. 研究柴油—甲醇组合燃料的混合比例和稳定性。
2. 分析柴油—甲醇组合燃烧的机理和热力特性。
3. 设计柴油—甲醇组合燃烧发动机的控制模型，建立控制策略。
4. 进行柴油—甲醇组合燃烧发动机的试验研究，对性能参数进行测试和分析。
5. 对柴油—甲醇组合燃烧发动机的优化方案进行探讨和优化研究。
四、研究意义1. 本文提出的柴油—甲醇组合燃烧发动机，具有高效率和低污染的特点，可以满足不同场景下的需求。
2. 本文研究的柴油—甲醇组合燃烧发动机的控制模型和策略，可以为其他组合燃烧发动机的设计和研究提供借鉴和参考。
3. 柴油—甲醇组合燃烧发动机的应用，可以降低能源消耗和环境污染，具有积极的社会和经济效益。
五、研究方法本文主要采用文献调研、实验测试和建模仿真的方法进行研究。
其中，通过对柴油和甲醇的混合特性和燃烧机理进行研究，确定柴油—甲醇组合燃料的比例和配制方式；通过试验测试，获取柴油—甲醇组合燃烧发动机的性能参数和燃烧过程特征；并通过建立控制模型和仿真模拟，设计柴油—甲醇组合燃烧发动机的控制系统。
六、研究进展目前，已经对柴油—甲醇组合燃料的混合比例和稳定性进行分析，确定了合适的混合调配方式，并进行了柴油—甲醇组合燃烧过程的模拟分析。
下一步将进行柴油—甲醇组合燃烧发动机性能测试，获取实验数据，并进行模型优化和控制策略设计。
七、论文结构本文将分为五章。
第４４卷第５期 ２０１５年１０月 小型内燃机与车辆技术
ＲＮＡＬ ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ ＥＮＧＩＮＥ ＡＮＤ ＶＥＨＩＣＬＥ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ Ｖ０１．４４ Ｎｏ．５
Ｏｃｔ．２０１５
・新能源・
微乳甲醇柴油在柴油机上的应用研究 段敏伟杨维成谭树波马坤乔拟春罗勇 （上海化工研究院醇醚燃料研究室上海２０００６２）
摘要：通过在４１００ＱＢ—Ｚ型柴油机上分别燃用０样柴油和标号为Ｍ１５、Ｍ３０微乳甲醇柴油，研究不 同燃油燃烧的稳定性、经济性、动力性及排放性等特征指标。结果表明：输出功率恒定时，标号Ｍ１５、 Ｍ３０相对于０＃柴油的油耗增率介于一１．３２％～４．６６％、１．２１％一ｌ３．２９％，说明甲醇促使燃油油耗一定 幅度的升高，但综合甲醇价格优势，微乳甲醇柴油经济性优于０＃柴油；且燃用Ｍ１５的输出功率及转 速均大于燃用０＃柴油，微乳甲醇柴油动力性能优势明显；排放性方面，微乳甲醇柴油的常规排放 （Ｃ０、ＨＣ、ＮＯｘ和烟度）明显低于０＃柴油。 关键词：微乳甲醇柴油柴油机稳定性经济性动力性排放性 中图分类号：ＴＫ４１ １．７ 文献标识码：Ａ 文章编号：２０９５—８２３４（２０１５）０５—００８５—０５
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｍｅｔｈａｎｏｌ－Ｄｉｅｓｅｌｓ Ｍｉｃｒｏｅｍｕｌｓｉｏｎ ｏｎ Ｄｉｅｓｅｌ Ｅｎｇｉｎｅ Ｄｕａｎ Ｍｉｎｗｅｉ，Ｙａｎｇ Ｗｅｉｃｈｅｎｇ，Ｔａｎ Ｓｈｕｂｏ，Ｍａ Ｋｕｎ，Ｑｉａｏ Ｎｉｃｈｕｎ，Ｌｕｏ Ｙｏｎｇ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｌｃｏｈｏｌ ａｎｄ Ｅｔｈｅｒ Ｆｕｅｌｓ ｏｆ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ （Ｓｈａｎｇｈａｉ，２０００６２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ４ １ ００ＱＢ－Ｚ ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｆｕｅｌ ｅｃｏｎｏｍｙ， ｐｏｗｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｏｆ ０＃ｄｉｅｓｅ１．Ｍ１５ ａｎｄ Ｍ３０ ｍｅｔｈａｎｏｌ－ｄｉｅｓｅｌ ｍｉｃｒｏｅｍｕｌｓｉｏｎ ｆｕｅｌｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｉｌ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｇｒｏｗｔｈ ｒａｔｅ ｏｆ Ｍ１５， Ｍ３０ ｍｅｔｈａｎｏｌ－ｄｉｅｓｅｌ ｍｉｃｒｏｅｍｕｌｓｉｏｎ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ０＃ｄｉｅｓｅｌ ｉｓ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｂｅｔｗｅｅｎ一１．３２％－４．６６％． １．２１％－１３．２９％ｗｈｅｎ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ ｉｓ ｃｏｎｓｔａｎｔ．ｂｕｔ ｅｃｏｎｏｍｙ ｏｆ ｍｅｔｈａｎｏｌ—ｄｉｅｓｅｌ ｉｓ ｍｏｒｅ ｐｒｏｍｉｎｅｎｔ ｔｈａｎ ０ ＃ｄｉｅｓｅｌ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｉｃｅ ｏｆ ｍｅｔｈａｎｏ１．Ａｎｄ ｏｕｔ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｂｕｒｎｉｎｇ Ｍ１５ ｍｅｔｈａｎｏｌ－ｄｉｅｓｅｌ ｍｉｃｒｏｅｍｕｌｓｉｏｎ ｉｓ ｌａｒｇｅｒ ｔｈａｎ ｄｉｅｓｅ１．Ｍｅｔｈａｎｏｌ－ｄｉｅｓｅｌ ｉｓ ｍｏｒｅ ｐｏｗｅｒｆｕ１．Ｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ．ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯ ａｎｄ Ｓｍｏｋｅ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）ｏｆ ｍｅｔｈａｎｏｌ－ｄｉｅｓｅｌ ｍｉｃｒｏｅｍｕｌｓｉｏｎ ａｒｅ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｒｅｄｕｃｅｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ０＃ｄｉｅｓｅ１．Ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｃａｎ ｂｅ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ａ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｗ ｐｒｏｐｏ￣ｉｏｎ ｏｆ ｍｅｔｈａｎｏｌ－ｄｉｅｓｅ１． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍｅｔｈａｎｏｌ－ｄｉｅｓｅｌ ｍｉｃｒｏｅｍｕｌｓｉｏｎ，Ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ，Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，Ｆｕｅｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，Ｐｏｗｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ， Ｃｏｎ－ｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｅｍｉｓｓｉｏｎ
￣ｌ＝－ｆ 与汽油机相比，柴油柳具有热效率高、爆发压力高、输 燃料，美国环保局认为：采用甲醇燃料是实现清洁环境 出转矩大等优点，在经济发展中起着重要作用 。微 的最有效的方法 。而且，Ｍ１５和Ｍ３０甲醇柴油比柴 乳甲醇柴油因制取简捷、燃烧性能好、燃烧废气（ＨＣ、 油的成本下降约１０％和２０％，具有广阔的应用前景。
作者简介：段敏伟（１９８７一），男，硕士，工程师，主要研究方向为新能源与清洁能源。 通讯作者：罗勇（１９７４一），男，教授级高工，博士，主要研究方向为新能源与替代能源。 小型内燃机与车辆技术 第４４卷 据海关总署公布的数据，２０１４年我国共计进口 原油３．０８亿ｔ，比２０１３年同期增长了９．５％，对外依 存度接近６０％，石油安全形势依旧比较严峻。近年 来，醇醚燃料已成为甲醇下游第一消费领域，并呈快 速增长趋势，这对减少我国石油进口、平抑石油产品 价格发挥着重要作用。因此开展甲醇柴油在发动机 上的应用研究，对解决目前能源紧缺的问题有着重 要意义。本文着重研究标号Ｍ１５、Ｍ３０微乳甲醇柴油 相对于 柴油对发动机稳定性、经济性、动力性、排 放性带来的变化，以进一步证实甲醇柴油的可行性， 将有利于推广和规范甲醇燃料的实际应用。 １实验部分 １．１实验设备 实验采用昆明云内动力４１００ＱＢ—Ｚ型柴油机， 压缩比为１７：１，标定功率／转速为５８．８ ｋＷ＠３２００ ｒ／ｍｉｎ，最大转矩／转速为２０１ Ｎ・Ｉｎ＠２０００～２２００ ｒ／ｍｉｎ。 主要测试设备见表１。 表１主要测试设备 设备名称 型号 电涡流测功机 ＤＷｌ６０ 智能油耗仪 ＥＴ２５０Ｏ 五组分尾气分析仪 ＮＨＡ一５０６ 不透光烟度计 ＮＨＴ一６ 智能快速热量计 ＨＷＲ－１５Ｅ 闭口闪点仪 ＳＹＰ一１ｏｏ２Ｚ—ＩＩ 低温流动性试验器 ＳＹＰ１０２２一ＩＩ 馏分燃料冷滤点吸滤器 ＳＹＰ２０ｏ７一Ｉｌ 石油产品运动粘度测定器 ＳＹＰ１ｏｏ３—１Ｘ 台式离心机（Ｍａｘ：４０００ ｒ／ｍｉｎ） ＴＤＬ一４０Ｂ 全自动表面张力仪 ＢＺＹ一２ １．２实验样品 ０＃柴油购自上海红炼润滑油有限公司，０样柴油 的理化性能符合国标ＧＢ／Ｔ １９１４７—２０１３。甲醇（工业 级）购自上海焦化厂，甲醇柴油添加剂由本研究室研 发配制，含腐蚀抑制剂和抗溶胀剂。本文采用甲醇的 质量分数作为标号，分别配制了Ｍ１５和Ｍ３０两种标 号的甲醇柴油。 １．３微乳液的表征 根据微乳液的定义，判定体系是否为微乳液最 常用方法是在１００ ｇ的重力加速度下离心５ ｍｉｎ后， 观察分层情况，若不分层，则可判定为微乳液。 根据相对离心力（ＲＣＦ）与转数的换算公式ＲＣＦ ＝１．１１８×１０ ×凡 ×ｒ网及查阅ＴＤＬ一４０Ｂ离心机转轴 中心与离心管中心的旋转半径ｒ为１５ ｅｍ，计算得到 转速ｎ＝７７２ ｒ／ｍｉｎ。 设定理论转速，对配制的甲醇柴油体进行离心 分离５ ｍｉｎ，观察是否出现分层情况。若离心后体系 不分层，即可确认该体系为微乳液。 １．４测试理化特性 不同标号燃油的主要理化指标测试结果见表２。 表２不同标号甲醇柴油主要理化特性对比 项目 ０＃ Ｍ１５ Ｍ３ｆ０ 热￣（ＭＪ／Ｋｇ） ４６．４５９ ４２．７２４ ３８．４８７ 冷滤点，ｑＣ －６ －５ －４ 闭口闪点，℃ ６４ １２ １２ 运动黏度（２０￣Ｃ）／（ｍｍ２．ｓ ） ４．９５７ ４．８５７ ３．３９４ 表面张力／（ｍＮ・ｉｎ ） ２５＿８ ２５．１ ２４．４
１．５经济性分析 实验过程中，原机结构和供油参数未做任何改 动，即发动机的供油压力、喷油嘴的启喷压力、供 油提前角等参数均为原机数值，分别燃用０＃柴油 和Ｍ１５、Ｍ３０微乳甲醇柴油进行１６００ ｒ／ｒａｉｎ负荷特 性实验，转矩（Ｔｔｑ）从２００～２０ Ｎ・ｍ逐次减小，每隔２０ Ｎ・ｉｎ为一个实验点，每点重复测定３次。测试完毕后 在短时间内不同日期再次测试一遍，采用相对标准 偏差（ＲＳＤ）考察短时间内不同日期实验的稳定性。 通过平均油耗量（ 、平均修正燃油消耗率（Ｂｅ）等指 标考察燃油的经济性能。 １．６动力性分析 与经济性评价实验相同，不改变发动机结构参 数，分别燃用０＃柴油和Ｍ１５、Ｍ３０微乳甲醇柴油进 行３０％油门速度特性实验，Ｔｔｑ从３０至１８０ Ｎ・ｉｎ逐 次调整，每次增加３０ Ｎ・ＩＴＩ为一个实验点，实验方法 同上述１．５，也采用ＲＳＤ考察短时间内不同日期实 验的稳定性。通过平均修正输出功率（ ）、输出转矩 （Ｔｔｑ）等指标评价燃油的动力性能。 １．７常规排放分析 在上述１．５、１．６的负荷、速度特性实验中，获取 每个实验点的工况下催化前尾气中ＣＯ、ＨＣ、和ＮＯ 的排放值，并进行对比分析。 另外，参照ＧＢ／Ｔ ９４８７—２００８《柴油机自由加速 排气烟度的测量方法》，采用ＮＨＴ一６不透光烟度计 测试了０＃柴油、Ｍ１５、Ｍ３０微乳甲醇柴油的自由加 速排气烟度值（不透光度Ｎ，％）。
２实验结果与讨论 ２．１表征结果分析 通过离心实验可以发现，标号Ｍ１５、Ｍ３０甲醇柴 第５期 段敏伟等：微乳甲醇柴油在柴油机上的应用研究 ８７ 油离心后都未出现分层，且颜色澄清透明，即可认定 所配制的甲醇柴油为微乳液。 ２．２经济性对比 同标号燃油在相同Ｔｔｑ下，多次重复实验下各特 征指标的ＲＳＤ均小于１．８％，说明实验重复性好，可 满足实验稳定性要求。不同燃油在１６００ ｒ／ｍｉｎ负荷 特性下燃油消耗量日及燃油消耗率Ｂｅ对比见图１。
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一
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扭矩，（Ｎ．ｍ） 图１ １６００ ｒ／ｍｉｎ负荷特性下燃料油耗对比
经统计，在相同Ｔｔｑ下，各标号油耗高低为 Ｍ３０＞Ｍ１５＞ｏ＃。标号Ｍ１５和Ｍ３０相对于０＃的油耗 增率介于一１．３２％～４．６６％和１．２１％～１３．２９％之间。说 明甲醇促使燃油消耗量一定幅度升高，但考虑到甲 醇市场价格仅为柴油的１／４～１／３，甲醇柴油经济性会 优于０＃柴油。 ２．３动力性对比 经统计，同种燃油在相同工况下各特征数据的 ＲＳＤ均分布在２．５％内，满足实验稳定性要求。０＃柴 油及Ｍ１５、Ｍ３０甲醇柴油在３０％油门工况下的输出 功率Ｐｅ及输出转矩Ｔｔｑ对比见图２。 由图２可看出在３０％的油门下，标号为Ｍ１５ 的输出转速与输出功率均高于０＃柴油，输出转速的 增幅介于１．４５～３．９７％，说明Ｍ１５甲醇柴油的动力性
