日本小松公司研制成功水乳化柴油發動機

 
 
 
 

    (《日本猓望》2001年第10期 新技朮專欄)小松公司成功開發出水乳化燃料發動機,該發動機可明顯減少發動機排放廢氣中氮氧化物(NOx)和煙灰的含量。小松公司計划在2001年秋季推出兩種型號的水乳化燃料發電機:STA6D140排量15升,功率250kW,STA12V140排量30升,功率500kW。

    目前柴油機普遍要求燃燒效率高,CO2排放相對少。盡管如此,柴油機在使用當中,依然排放出氮氧化物和煙灰,因此減少氮氧化物和煙灰的排放是發動機生產商優先考慮的問題。



圖一:水乳化柴油發動機系統


    日本相關法規規定,固定式柴油機氮氧化物排放不得高于950ppm,但日本的一些地方政府又制定了本地區更加嚴厲法規,要求在該地區氮氧化物不得超過110ppm,按照這樣的要求,傳統規格的柴油機將無法使用。

    在這樣的下背景,小松公司研制的水乳化燃料柴油機,取得了重要的突破,這種柴油機是一種真正意義的低排放發動機,它可將 NOx排放控制在100ppm以下,傳統柴油機在運行時均會排出可見黑煙,而小松公司新型柴油機運行時肉眼已看不見黑煙排放。

    小松公司解決方案

    水乳化柴油是一種由水、柴油穩定混合的牛奶狀乳化液,氮氧化物NOx是在燃燒室內由吸入的空氣中氮氣和氧氣反應生成的。

    眾所周知,含水乳化燃料可減少氮氧化物的生成比率,是由于水的存在,均化了燃燒室內的溫度場,水在蒸發后,燃料油與空氣充分混合,因此,由燃燒不充分而產生的黑煙就大幅度減少。

    在以往眾多商業發動機使用乳化燃料,都已被証實是無效的,其主要是由以下一種或多種原因引起:

        1)當發動機擱置不用時,油水發生分離,經過一段時間后,發動機內部機件發生腐蝕﹔

        2)為了減少氮氧化物的生成,必須增加水的混和量,這就將影響發動機的啟動性和低功率輸出時發動機運轉的穩定性﹔

        3)在啟動和停機前使用100%純燃料油,在正常運行期使用乳化燃料,這勢必增加操作的復雜性。



圖二:乳化柴油生產系統

    小松公司克服了上述問題,并提出下面的解決方法:

        1)研制了一種改良的乳化燃料生產系統,它將使燃料油和水很難分離,新型乳化劑可保証乳化液的穩定性,同時具備對發動機內部機件防腐蝕作用,燃料油、水、乳化劑在乳化機、中間槽之間循環,直至乳化燃料的顆粒小到使其穩定。

        2)隨著油水比例增加到50:50,NOx的排放也將減少到100ppm以下,發動機效率提高,啟動性能增加,低功率輸出時發動機運轉穩定。

    發動機在高壓縮比中運行,使用具備優良絕熱、耐久性能好的易延展合金鑄鐵活塞,還包括小松公司研制的電控高壓燃油泵,它可根據輸出功率要求自如控制噴射,同時還根據輸出狀況,任一選擇采用水冷卻,或者空氣冷卻作為發動機二次冷卻。

        3) 水、油、乳化劑的混合比例均可按照客戶的不同要求預混合,無需客戶再花費時間。

    小松公司目前人仍在研制其他類型的乳化油發動機,完善其產品系列,以適應客戶的不同需求。

《乳化燃料網》17/02/2002編譯