CN102686865B - 柴油发动机乳化油促成系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柴油发动机乳化油促成系统和方法。该系统包括粘油水箱（30）；乳化油混合装置（18），用于混合粘油水和柴油得到乳化油；双燃料回油乳化促成装置（19），分别与柴油箱（31）、乳化油混合装置（18）、发动机的回油管和主油管连接；换热装置（21），利用发动机冷却水给来自双燃料回油乳化促成装置（19）的乳化油加热；第一净化管道和第二净化管道，用于净化主油管；双燃料管理装置，用于根据冷却水的温度在供给柴油和供给乳化油之间切换，以及在发动机点火开关关闭后，控制柴油以清除发动机内的乳化油和清除主油管以及设置于装置内的乳化油。使用该系统，乳化油含水量可达33%，且柴油发动机的动力基本不变，发动机起动容易、运转平稳。

Description

柴油发动机乳化油促成系统和方法

技术领域  本发明涉及柴油发动机技术领域，能够使柴油发动机既可以燃烧柴油又可以燃烧乳化油，可应用于各类柴油发动机、锅炉领域。

背景技术  乳化油是一种节能减排的环保燃料，可以在节约燃料的同时减少二氧化碳的排放，应用广泛。现有的乳化油有很多种，在使用过程中存在以下几种问题：一、乳化油在储存过程中性状不稳定，容易分层，造成品质浓度不一致；二、乳化油燃烧产生的动力不足，目前研究报告证明乳化油水分含量越高动力越低；三、乳化油粘度太高；四、发动机怠速运转不平稳；五、发动机使用乳化油后，要换回柴油很麻烦，例如：专利号：03227816.0《柴油乳化装置》只能选择用油，不能转换油路；六、乳化油销售网点不普及，品牌不同品质不一样，不能混合使用；七、目前使用乳化油的用户少，不普及，只是少数市内公交车、远洋船、锅炉、发电厂；八、目前发动机没有完善的柴油和乳化油的双燃料系统，例如：申请号：200820089521.9《柴油发发动机乳化油柴油双燃料供油系统》，它没有完全解决回油的问题，它的回油中有空气和柴油或乳化油，都回到乳化油箱或者柴油箱会使箱内燃料品质不标准，在实际使用中无法实施；如果另外再做一个回油筒，由于使用的是双燃料，那么在同一时间内回油筒会与柴油箱或乳化油箱互相连通，回油会与柴油或乳化油相互窜流参杂，从而使各容器内液面水平；九、目前生产乳化油成本高，原料中的柴油价格不稳定且属于特许经营；十、发动机使用乳化油起动困难。如何解决以上问题，就成为柴油发动机乳化油促成系统研发制造的重要任务。

发明内容  本发明所要解决的技术问题是为了避免现有技术中不足之处而提出一种柴油发动机乳化油促成系统和方法，在不改变原发动机的基础上将其转换成柴油和乳化油双燃料发动机。

本发明可以通过采用以下技术方案来实现：

确认本

设计、制造一种柴油发动机乳化油促成系统，包括

粘油水箱，用于盛放由水和油水结合剂充分混合的粘油水；

乳化油混合装置，与粘油水箱和柴油箱连接，用于混合粘油水和柴油得到乳化油；

双燃料回油促成装置，分别与柴油箱、乳化油混合装置、发动机回油管和主油管连接；

换热装置，设置于主油管上，所述换热装置与双燃料回油促成装置相连，发动机冷却水流经该换热装置给来自双燃料回油促成装置的乳化油加热；

第一净化管道和第二净化管道，第一净化管道连接柴油箱和主油管进油端，第二净化管道连接主油管出油端和双燃料回油促成装置；

双燃料管理装置，分别与乳化油混合装置、双燃料回油促成装置、换热装置通信连接，用于根据冷却水的温度在供给发动机柴油和供给发动机乳化油之间切换；以及在柴油发动机点火开关关闭后，控制柴油流经副油管清除发动机内的乳化油，同时控制柴油依次流经第一净化管道、主油管和第二净化管道以清除主油管和设置于主油管上装置内的乳化油。

所述柴油发动机乳化油促成系统进一步包括：所述粘油水箱和柴油箱与乳化油混合装置之间设置有静态混合器。

所述柴油发动机乳化油促成系统进一步包括：所述乳化油混合装置包括乳化油混合筒、雾化装置和液位传感器，所述雾化装置和乳化油混合筒连通，液位传感器设置在乳化油混合筒内，所述雾化装置和液位传感器均与双燃料供给控制装置通信连接。

所述柴油发动机乳化油促成系统进一步包括：所述双燃料回油促成装置包括双燃料回油促成筒、设置于所述双燃料回油促成筒上的回油阀和供油阀，所述回油阀设置位置高于所述供油阀的设置位置。

提出一种柴油发动机乳化油促成方法，包括：

柴油发动机点火开关启动，经副油管由柴油箱向柴油发动机供给柴油，发动机转速稳定后，双燃料管理装置控制乳化油混合装置循环混合乳化油；

经过设定时间，所述双燃料管理装置控制关闭所述副油管阀门，开启主油管阀门；

检测柴油发动机的冷却水温度，所述双燃料管理装置根据该冷却水温度选择供给柴油发动机乳化油还是柴油，如果冷却水温度超过设定温度，所述双燃料管理装置则控制向柴油发动机供给乳化油，如果冷却水温度低于设定温度，所述双燃料管理装置则控制向柴油发动机供给柴油：

经主油管供给乳化油至柴油发动机之前，乳化油由柴油发动机的冷却水通过换热装置加热：

柴油发动机点火开关关闭，所述双燃料管理装置控制柴油发动机延时运行一设定时间，并控制主油管阀门关闭，副油管阀门开启，通过副油管向柴油发动机供给柴油，清除发动机内的乳化油：同时所述双燃料管理装置控制柴油清除主油管和设置于主油管上装置内的乳化油。

所述柴油发动机乳化油促成方法进一步包括：粘油水和柴油经过静态混合器混合后进入所述乳化油混合装置。

所述柴油发动机乳化油促成方法进一步包括：所述乳化油混合装置是按柴油发动机燃料需求量实时生成乳化油。

所述柴油发动机乳化油促成方法进一步包括：实时生成乳化油包括以下步骤：

所述双燃料管理装置控制所述粘油水和柴油按比例经静态混合器混合后进入乳化油混合筒：

进入乳化油混合筒内的乳化油由雾化装置驱动循环雾化：

所述乳化油混合筒内的液位传感器检测液位信息发送给所述双燃料管理装置，如果所生成的乳化油达到设定高液位，所述双燃料管理装置控制粘油水箱内的粘油水和柴油箱内的柴油停止进入所述乳化油混合筒，如果所生成的乳化油达到设定低液位，所述双燃料管理装置控制粘油水箱内的粘油水和柴油箱内的柴油进入所述乳化油混合筒：同时所述雾化装置延时一定时间再停止工作。

所述柴油发动机乳化油促成方法进一步包括：所述双燃料回油促成装置的双燃料回油促成筒内设置有回油阀和供油阀，所述回油阀设置位置高于所述供油阀的设置位置，所述回油阀和供油阀均采用浮球阀，当所述双燃料回油促成筒内液位低于供油阀，则供油阀开启，向所述双燃料回油促成筒供给乳化油或柴油，当所述双燃料回油促成筒内液位高于供油阀，则供油阀关闭，停止向双燃料回油促成筒供给乳化油或柴油。

所述柴油发动机乳化油促成方法进一步包括：如果柴油发动机乳化油促成系统内发生如下情形中一种或一种以上，所述双燃料管理装置控制通过主油管向柴油发动机供给柴油；

(1)所述乳化油混合装置发生故障；

(2)发动机冷却水温度低于设定温度；

(3)盛放粘油水的粘油水箱液位处于设定液位以下；

(4)柴油箱液位处于设定液位以下。

同现有技术相比较，本发明技术效果在于：使用的乳化油含水量高达33％，且柴油发动机的动力基本不变，达到了节能减排的目的；发动机起动容易、运转平稳，使乳化油这种环保燃料的普及使用成为现实，具有极其重大的商业价值。

附图说明

图1是本发明柴油发动机乳化油促成系统和方法示意图；

图2是所述柴油发动机乳化油促成系统的乳化油混合装置示意图；

图3是所述柴油发动机乳化油促成系统的双燃料回油促成装置示意图；

图4是所述柴油发动机乳化油促成系统的换热装置示意图；

图5是所述柴油发动机乳化油促成系统的乳化柴油净化管道示意图；

图6是所述柴油发动机乳化油促成系统的双燃料管理装置示意图。

具体实施方式  以下结合附图所示之优选实施例作进一步详述。

本发明柴油发动机乳化油促成系统和方法，如图1至图6所示，包括：

乳化油混合装置，用于按比例用粘油水和柴油经混合设备连续生产出乳化油供给发动机。粘油水是油水结合剂和水按照体积比为1∶(40～90)的比例充分混合而成的一种溶剂，经事先加工好的粘油水可以迅速与任何柴油互相混合，达到品质稳定一致的乳化油，从而使整个促成系统的设备更加小巧。其中，油水结合剂是一种表面活性剂，可以采用美国LUBRIZOL公司生产的或者意大利GECAM公司生产的油水结合剂。如图2和图6所示，柴油发动机点火开关启动，转速稳定后，在双燃料管理装置控制下电磁阀8打开，同时启动雾化泵24，筒内乳化油从雾化泵进口40出，经雾化泵24到雾化喷头36喷入筒内；乳化油混合筒内的乳化油经电磁阀8、雾化泵24到雾化喷头36喷入筒内；经过设定时间雾化泵24停止工作，电磁阀8关闭。目的是使筒内的乳化油品质一致。在柴油发动机点火开关启动后的设定时间电磁阀6始终关闭。当冷却水温度传感器49测得冷却水温度到设定温度时，打开电磁阀1和自动压力开关泵25，关闭电磁阀3，开始供乳化油。乳化油经乳化油混合筒18、电磁阀1、自动压力开关泵25进入下一装置。乳化油混合筒18内的油量由液位传感器34感应，当到达低位时，由双燃料管理装置中的可编程控制器控制开始工作：第一步是按比例配油混合；粘油水与柴油按照体积比1∶(1.5～3)的比例；粘油水从粘油水箱30出、经过滤器11、流量计28、手动流量阀37、电磁阀9、配油泵22、单向阀50；柴油从柴油箱31出，经过滤器12、手动流量阀38、流量计29、电动流量阀39、电磁阀10、配油泵23、单向阀51，共同通过静态混合器20混合后，经喷头35进入乳化油混合筒18；第二步是经过雾化工作使乳化油的水粒更稀更一致；启动雾化泵24，乳化油混合筒18乳化油从雾化泵进口40出，经雾化泵24到乳化油雾化喷头36喷入筒内。当筒内乳化油达到液位传感器34高位时即停止配油，经过设定时间后雾化泵24停止工作。该乳化油混合筒液位低位设定为筒壁下部约三分之一处，乳化油循环出口低于低位传感器。筒顶有排气浮球阀41和各个管道检修口。使用上述乳化油混合装置会有以下效果：1.粘油水生产工艺筒单，品质容易控制，更易推广生产，使得粘油水成为一种普通商品，销售网点普及；2.能在短时间内生产出品质稳定的乳化油；3.乳化油混合筒上半部分混合乳化油，下半部分存储供应乳化油，使促成设备更加小巧，便于推广。

双燃料回油促成装置，如图3和图6所示，发动机回油进入双燃料回油促成筒，两个浮球阀或电磁阀将回油与乳化油混合筒、柴油箱分开，避免回油进入，保障了乳化油和柴油的品质，同时避免两容器内的液体互相窜流，并排出回油中的空气。如图3所示，柴油乳化油双燃料发动机的回油内有空气和柴油或乳化油，经发动机回油管46通过回油阀43进入双燃料回油促成筒19，回油内的空气经排气浮球阀42排出，回油继续进入主油管47。燃料由供油阀44控制供应。主要依靠两个阀控制，供油阀44控制补充燃料，回油阀44负责输入回油，回油阀43的设置位置高于供油阀44，使回油管道和供油管道分开，且优先输出回油燃烧。当双燃料回油促成器19内油量较少时，供油阀44打开，自动压力开关泵25启动，输入燃料；当双燃料回油促成器19内油面高于供油阀44时，供油阀44关闭，回油管道就和供油管道分开，自动压力开关泵25停止工作。双燃料回油促成装置由于排出回油中的空气、优先使用回油然后再补充柴油或乳化油，具有以下效果：1.避免回油进入柴油箱和乳化油混合筒，防止回油和燃料互相参杂而降低燃料品质；2.可避免各容器内的液体互相窜流，致使各容器内液面水平；3.排出回油中的空气；4、自动压力开关泵使用压力供油，使得乳化油混合筒和双燃料回油促成器安装灵活。

换热装置：用于将冷却水中发动机产生的废热，通过换热器来提高乳化油的含水量、提高乳化油温度、降低乳化油粘度。发动机产生的热量是由冷却水经过散热器来排放，冷却水的温度由恒温器和散热器控制在80摄氏度左右，利用冷却水的热能既安全又环保。如图4所示在当柴油发动机点火开关启动时由双燃料管理装置控制，电磁阀7关闭，电磁阀2打开通过副油管45供应柴油；经过设定时间如1分钟后，电磁阀2关闭，电磁阀7打开，通过主油管47供应燃料，当发动机冷却水温度传感器测得水温高于设定温度时，开始供应乳化油，乳化油经换热器21加热后，通过主油管47、过滤器13、电磁阀7、辅油泵26、发动机输油泵27供给发动机。使用该换热装置会有以下效果：1.降低乳化油粘度，提高喷雾质量，便于充分燃烧；2.提高乳化油含水量；3.提高乳化油的供油量；4.使乳化油跟柴油产生的动力相近；5.发动机使用乳化油时怠速运转平稳。

净化管道：用于停机时使用柴油清除掉油路和发动机内的乳化油，避免乳化油在发动机的高压泵和喷头上分离出水分而损害机件；同时保障了发动机使用柴油的正常启动。如图5所示，该系统分两条线路，在柴油发动机点火开关关闭时，经双燃料管理系统内的时间继电器设置发动机延时运行设定时间，此时开始净化工作。第一条线路中电磁阀2开启，电磁阀7关闭，柴油从柴油箱31经副油管45、过滤器14、发动机输油泵27进发动机内燃烧，清除发动机内乳化油和辅油泵26出口到发动机输油泵27管道内的乳化油；另一条线路中电磁阀3、4、5开启，电磁阀1、6关闭，柴油从柴油箱31经过滤器15、电磁阀3、自动压力开关泵26、净化管路48、电磁阀4、换热器21、过滤器13、电磁阀5、进入双燃料回油促成器19，清除主油管内的乳化油。单向阀17避免柴油从主油管倒流入双燃料回油促成器19。使用柴油净化发动机和主油管具有以下效果：1.防止乳化油分离出的水分损坏发动机机件；2.发动机用柴油更容易启动；3、主油管内是柴油，便于发动机启动后的运转。

双燃料管理装置：用于控制柴油发动机乳化油促成系统协调有序地运行，使乳化油和柴油平稳转换，满足发动机对柴油和乳化油的双燃料需求，并且保障发动机的正常运转。如图1、6所示，当柴油发动机启动时，由双燃料管理装置控制，先通过副油管供应柴油；转速平稳后柴油发动机乳化油促成装置开始准备工作；电磁阀8打开，同时启动雾化泵24，筒内乳化油从雾化泵进口40出，经雾化泵24到雾化喷头36喷入筒内；乳化油供油管内的乳化油从乳化油开机循环管经电磁阀8、雾化泵24到雾化喷头36喷入筒内；经过设定时间后泵24停止工作，电磁阀8关闭。发动机启动设定时间转换成主油管供油；当发动机冷却水温度传感器测得冷却水温度达到设定温度时，由双燃料管理装置控制，转换为供应乳化油。当发动机冷却水温度传感器测得冷却水温度低于设定温度时，由双燃料管理装置控制，转换为供应柴油。在乳化油混合装置中通过对流量阀、流量计、泵的管理控制，使得粘油水和柴油按设定比例标准混合。柴油发动机点火开关关闭时，经可编程控制器设置发动机还要运行设定时间，此时净化工作开始进行，用柴油清除油路和发动机内的乳化油。当系统中的电子设备有以下信息反馈时，双燃料管理系统为保障发动机的正常运转，会根据情况优先供应柴油：(1)所述乳化油混合装置发生故障；(2)发动机冷却水温度低于设定温度；(3)盛放粘油水的粘油水箱液位处于设定液位以下；(4)柴油箱液位处于设定液位以下。使用上述双燃料管理装置有以下效果：1.协调控制整个乳化油促成系统；2.控制柴油和乳化油的转换；发动机启动时用柴油，适时转换成乳化油；关机用柴油清除掉发动机和油路中的乳化油；3、系统中一旦发生故障优先供应柴油。

本发明系统安装在康明斯直列6缸400马力柴油发电机上，用于船厂的电焊工作。当柴油发动机启动时，先通过副油管供应柴油；电磁阀2打开，电磁阀7关闭，柴油经副油管、过滤器、发电机输油泵输入发电机。转速平稳后柴油发动机乳化油促成系统开始工作。在双燃料管理装置控制下电磁阀8打开，同时启动雾化泵24，筒内乳化油从雾化泵进口40出，经雾化泵24到雾化喷头36喷入筒内。乳化油供油管内的乳化油从乳化油开机循环管经电磁阀8、雾化泵24到雾化喷头36喷入筒内。2分钟后雾化泵24停止工作，电磁阀8关闭。发动机启动1分钟后转换成主油管供油，将电磁阀3、6、7打开，关闭电磁阀1、2、4、5，柴油经过滤器、自动压力开关泵、主油管、双燃料回油促成筒、换热器、辅油泵、发电机输油泵输入发电机。当发电机冷却水温度传感器测得水温到60度时，由双燃料管理装置控制，转换为供应乳化油。打开电磁阀1和自动压力开关泵25，关闭电磁阀3，开始供乳化油。乳化油经乳化油混合筒18、电磁阀1、自动压力开关泵25进入下一装置。乳化油混合筒18内的油量由液位传感器34感应，当到达低位时，由双燃料管理装置中的可编程控制器控制开始配油，粘油水与柴油按照体积比为1∶2的比例。粘油水从粘油水箱30出、经过滤器11、流量计28、手动流量阀37、电磁阀9、配油泵22、单向阀50；柴油从柴油箱31出，经过滤器12、手动流量阀38、流量计29、电动流量阀39、电磁阀10、配油泵23、单向阀51，共同通过静态混合器20混合后，经喷头35进入乳化油混合筒18。同时启动雾化泵24，筒内乳化油从雾化泵进口40出，经雾化泵24到乳化油雾化喷头36喷入筒内。充分混合两种液体。当筒内乳化油达到液位传感器34高位时即停止配油，2分钟后电磁阀8关闭，雾化泵24停止工作。发电机回油经发电机回油管通过回油阀进入双燃料回油促成筒，回油内的空气经排气浮球阀排出，回油继续进入主油管，燃料由供油阀控制供油；当回油较少时，供油阀打开输入燃料。在柴油发电机点火开关关闭时，经双燃料管理装置内的时间继电器设置发动机还要运行1分钟，此时开始净化工作，第一条线路中电磁阀2开启，电磁阀7关闭，柴油从柴油箱31经副油管45、过滤器14、发动机输油泵27进发动机内燃烧，清除发动机内乳化油和辅油泵26出口到发动机输油泵27管道内的乳化油；另一条线路中电磁阀3、4、5开启，电磁阀1、6关闭，柴油从柴油箱31经过滤器15、电磁阀3、自动压力开关泵26、净化管路48、电磁阀4、换热器21、过滤器13、电磁阀5、进入双燃料回油促成筒19，清除主油管内的乳化油。1分钟后全部停止。单向阀17避免柴油从主油管倒流入双燃料回油促成器19。再次点火，发电机正常启动，重复以上工作程序。以上所有容器和管道都是不锈钢制成，能耐高压，管道为软管。所有接头为快插接头。在整个过程中，乳化油和柴油自动平稳地转换，发电机运转正常，转速保持在1500转每分钟。由于乳化油的含水量高达33％，达到了节能减排的目的。并解决了柴油发动机在使用乳化油和柴油双燃料时遇到技术和市场推广上的所有问题，使乳化油这种环保燃料的普及使用成为现实，具有极其重大的商业价值。

Claims (3)

1.一种柴油发动机乳化油促成方法，其特征在于，包括：

（1）柴油发动机点火开关启动，经副油管由柴油箱向柴油发动机供给柴油，发动机转速稳定后，双燃料管理装置控制乳化油混合装置循环混合乳化油，并按柴油发动机燃料需求量实时生成乳化油，包括以下步骤：

所述双燃料管理装置控制粘油水和柴油进入乳化油混合筒；

进入乳化油混合筒内的乳化油由雾化装置驱动循环雾化；

所述乳化油混合筒内的液位传感器检测液位信息发送给所述双燃料管理装置，如果所生成的乳化油达到设定高液位，所述双燃料管理装置控制粘油水箱内的粘油水和柴油箱内的柴油停止进入所述乳化油混合筒，如果所生成的乳化油达到设定低液位，所述双燃料管理装置控制粘油水箱内的粘油水和柴油箱内的柴油进入所述乳化油混合筒；同时所述雾化装置延时一定时间再停止工作；

（2）经过设定时间，所述双燃料管理装置控制关闭所述副油管阀门，开启主油管阀门；

（3）检测柴油发动机的冷却水温度，所述双燃料管理装置根据该冷却水温度选择供给柴油发动机乳化油还是柴油，如果冷却水温度超过设定温度，所述双燃料管理装置则控制向柴油发动机供给乳化油，如果冷却水温度低于设定温度，所述双燃料管理装置则控制向柴油发动机供给柴油；乳化油和柴油均经过双燃料回油促成装置的双燃料回油促成筒向柴油发动机供油，所述双燃料回油促成筒内设置有回油阀和供油阀，所述回油阀设置位置高于所述供油阀的设置位置，所述回油阀和供油阀均采用浮球阀，当所述双燃料回油促成筒内液位低于供油阀，则供油阀开启，向所述双燃料回油促成筒供给乳化油或柴油，当所述双燃料回油促成筒内液位高于供油阀，则供油阀关闭，停止向双燃料回油促成筒供给乳化油或柴油；

（4）经主油管供给乳化油至柴油发动机之前，乳化油由柴油发动机的冷却水通过换热装置加热；

（5）柴油发动机点火开关关闭，所述双燃料管理装置控制柴油发动机延时运行一设定时间，并控制主油管阀门关闭，副油管阀门开启，通过副油管向柴油发动机供给柴油，清除发动机内的乳化油；同时所述双燃料管理装置控制柴油清除主油管和设置于主油管上装置内的乳化油。

2.如权利要求1所述的柴油发动机乳化油促成方法，其特征在于：粘油水和柴油经过静态混合器混合后进入所述乳化油混合装置。

3.如权利要求1所述的柴油发动机乳化油促成方法，其特征在于：如果柴油发动机乳化油促成系统内发生如下情形中一种或一种以上，所述双燃料管理装置控制通过主油管向柴油发动机供给柴油；

（1）所述乳化油混合装置发生故障；

（2）发动机冷却水温度低于设定温度；

（3）盛放粘油水的粘油水箱液位处于设定液位以下；

（4）柴油箱液位处于设定液位以下。

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