发动机燃用水乳化柴油的研究进展

王小琛，汪映，陈振斌，刘燕霞

(1.西安交通大学能源与动力工程学院，陕西 西安 710049； 2.海南大学机电工程学院，海南 海口 570228)

化石燃料的日益消耗与环境污染的不断加剧是内燃机发展所面临的关键问题。2016年，我国石油产量为1.997亿 t，而石油消耗量为6.443亿 t(包括港澳台)，原油对外依存度达65.5%[1]。与此同时，我国汽车产销量连续8年位居世界第一，进一步增加了石油消费的压力。伴随着石油的大量消耗，环境污染亦日益严重。2016年，我国机动车四项污染物排放总量达4 472.5万 t，较2015年降低了1.3%。汽车作为机动车污染物排放的主要来源，其排放的氮氧化物和炭烟的占比超过90%，碳氢化合物和一氧化碳的占比超过80%。其中，柴油汽车保有量占汽车保有量的10.2%，但PM，NOx，HC及CO的排放量分别占汽车污染物排放量的99%，68.7%，24.0%及12.6%以上[2]。2013年，我国碳排放已超过美国和欧盟的总和，位居世界第一[3-4]。2016年，全国化石能源燃烧的CO2排放达91.23亿 t[1]。

较汽油机而言，柴油机因具有良好的动力性、燃油经济性以及耐久性而广泛应用于工程、交通、农业及军事等诸多领域。然而，柴油机的NOx和炭烟排放较高，对生态环境和身体健康有一定的影响。发动机燃用乳化柴油可以在提高柴油机的燃烧效率的前提下同时降低NOx和炭烟的排放[5]。近几十年来，发动机燃用乳化柴油的性能研究受到了国内外众多学者的重视。结合国内外研究，本文重点分析和阐述发动机燃用乳化柴油性能的研究进展，包括乳化柴油的燃烧特性、喷雾特性、动力性、经济性以及排放特性。同时，介绍乳化柴油在发动机上的应用优化，对乳化柴油的进一步研究提出了建议。

1 乳化柴油的稳定性与理化特性

乳化柴油的稳定性是决定乳化柴油能否在发动机上成功应用及推广的重要因素之一。乳化柴油的稳定性与乳化添加剂的种类和含量密切相关，Span80，Twen80及Triton X-100等是目前使用较多的几种乳化剂，其在乳化液中的含量基本介于0.1%～2%之间[6-10]。

为获得更稳定的乳化柴油，学者们也对传统乳化剂以外的添加剂展开了研究。Yang等[11]以体积分数为12.6%的纳米有机添加剂制备新型乳化柴油，与普通乳化柴油呈乳白色不同，该新型乳化柴油呈绿色而透明，且稳定性长达一年以上。Nadeem等[12]的研究显示，与普通表面活性剂相比，使用gemini表面活性剂时含水量为15%乳化柴油的水分以液珠的形式在柴油中分布更为均匀。Yilmaz等[13]则利用一乙基乙二醇作为辅助乳化剂，配合span80和twen80配制含水量分别为5%和10%的乳化柴油，稳定性试验结果表明，使用一乙基乙二醇后，含水量为5%和10%的乳化柴油沉降率分别减少了34.5%和47.1%。

乳化柴油的稳定性不仅与乳化剂的种类和含量有关，还与乳化温度、贮存温度、含水量、搅拌速度、混合时间、黏度及重力等因素有关[12]。表1列出了不同研究人员配制乳化柴油过程中的乳化设备、乳化速度及乳化时间。

表1 乳化柴油制备中不同乳化设备、乳化速度及乳化时间

由于水和少量添加剂的存在，乳化柴油的理化性质与柴油不同，两者理化性质对比见表2[12]。由表2可知，乳化柴油的密度和黏度增大，低热值和十六烷值减小。这些理化性质的差异使得柴油机燃用乳化柴油和柴油时燃烧与排放特性不同。在发动机未经任何改动的前提下，燃用乳化柴油可以提高热效率、降低NOx和炭烟排放，但亦会导致柴油机冷起动困难等亟待解决的技术问题。

表2 柴油和含水率15%乳化柴油的理化性质

2 乳化柴油的燃烧与喷雾特性

2.1 乳化柴油的燃烧特性

研究表明，与车用柴油相比，发动机燃用乳化柴油时缸内压力峰值在部分试验工况下升高[19-20]，最大瞬时放热率在部分试验工况下亦高于普通车用柴油[21-22]。同时，柴油机燃用乳化柴油的燃烧始点滞后，着火滞燃期延迟[23-25]，燃烧持续期缩短[19-23]。

楼狄明等[19]对比研究了含水率为15%和10%的乳化柴油与柴油的燃烧特性。结果表明，在最大扭矩转速2 000 r/min和标定转速3 200 r/min的50%负荷工况下，E10的缸压峰值分别较柴油升高了1.28%和0.22%，E15的缸压峰值分别较柴油升高了1.93%和1.11%；同时，E10的瞬时放热率峰值分别较柴油提高了2.9%和5.39%，E15的瞬时放热率峰值分别较柴油提高了7.43%和4.15%；两种典型转速的多数工况下，燃用乳化柴油的燃烧持续期较柴油缩短。刘兴华等[21]在K195QL柴油机上对0号柴油和含水量为20%的乳化柴油进行了放热规律分析，结果表明，燃用含水量为20%乳化柴油的瞬时放热率峰值比燃用0号柴油时高出34.5%，燃烧持续期缩短了4°曲轴转角。Yang等[22]在1台丰田高压共轨柴油机上，分别燃用柴油和含水量为5%的乳化柴油进行燃烧特性试验，结果表明，在发动机转速为1 200 r/min，25%，50%及100%负荷工况下，燃用乳化柴油的瞬时放热率峰值高于燃用柴油，且燃烧持续期缩短。曹贻森等[23]测得低高两种转速下，燃用乳化柴油的着火延迟期较柴油分别延长了0.3°和1.2°，而燃烧持续期分别缩短了4.5°和0.5°。

分析认为，由于水分的加入，与柴油相比，乳化柴油的黏度增大，使得燃烧始点后移，着火滞燃期增加[22]。着火滞燃期的延长使燃油与空气混合更为均匀，参与预混合燃烧的可燃混合气增多，瞬时放热率峰值因而增大[20]。同时，水分对火焰传播速度的促进作用和“微爆”现象，加快了燃烧进程，缩短了燃烧持续期。

Park等[24]通过高速摄影方法在快压机中研究了乳化柴油的燃烧特性。根据高速火焰图像可知，含水率为40%乳化柴油的着火滞燃期最长，且火焰亮度明显下降，而含水率为20%的乳化柴油与柴油区别不大[24]。Maiboom等[25]通过试验分析，发现燃用乳化柴油对发动机燃烧的影响主要体现在两点：着火滞燃期的延迟与预混合燃耗部分比例的改变。

2.2 乳化柴油的喷雾特性

由于乳化柴油与柴油在理化性质上的差异，两种燃料的喷雾锥角、喷雾贯穿距、火焰举升高度等喷雾特性参数亦存在不同，这会影响缸内油气混合程度进而影响发动机燃烧与排放。研究表明，两种燃料的喷雾锥角与试验边界条件有关[26-29]；同时，尽管试验边界存在差异，但乳化柴油的火焰升起高度均较柴油高，且喷雾贯穿距均不低于柴油[9，29-30]。

胡志远等[26-27]利用定容弹模拟了柴油喷雾形成过程，并利用高速摄影系统记录了试验过程。结果表明：与柴油相比，含水率为10%的乳化柴油的喷雾锥角减小，喷雾贯穿距和锋面速度相差不大，且喷雾边缘雾化效果变差；含水率为15%的乳化柴油的喷雾锥角和喷雾边缘雾化效果较含水率为10%乳化柴油要好。Huo等[9]利用高速摄影设备捕捉了喷射压力为70 MPa时不同温度环境下乳化柴油(W10)与柴油的喷雾过程。结果表明，当环境温度较低(800 K)时，水的低挥发性使乳化柴油的喷雾贯穿距变长；当环境温度较高(1 200 K)时，燃料的物理特性对喷雾影响减弱，两种燃料的喷雾贯穿距相差不大。

Ochoterena等[28]在近似柴油机燃烧环境下，利用光学可视燃烧器对乳化柴油进行了喷雾特性光学研究，在不同测量点测量了乳化柴油和柴油的喷雾锥角。喷孔向下距离为5.8 mm时，乳化柴油的喷雾锥角较柴油大；而喷孔向下距离为15.6 mm时，两种燃料的喷雾锥角均变小，尤其是喷油初期，且随时间而持续变窄。同时，随着发动机喷油结束，火焰升起高度增加，但乳化柴油较柴油增加稍稍延迟。Ghojel等[29]定义燃油在喷射时，从喷嘴顶端到火焰稳定这一位置间的距离为火焰升起高度，并研究了喷油压力、燃烧室初始温度及含水率对乳化柴油的火焰升起高度的影响。其中，乳化柴油的火焰升起高度均较柴油高；喷油压力和含水率的增加使乳化柴油火焰升起高度增加；而其他相同条件下，增加燃烧室初始温度使乳化柴油火焰升起高度减小。分析认为，乳化柴油的蒸发潜热较高，使得油气混合物局部冷却，增加了火焰升起高度[29]。据Park等报道，在室温环境3种不同喷射压力下，不同比例和不同添加剂的乳化柴油平均喷雾贯穿距较柴油长。分析认为，乳化柴油的运动黏度增加，喷雾贯穿距变长[30]。

3 发动机燃用乳化柴油的动力性与经济性

3.1 动力性

一般而言，由于水的添加，乳化柴油的低热值较柴油降低，燃烧单位质量的乳化柴油所释放的能量减少，因此发动机燃用乳化柴油的动力性较燃用柴油下降[31-33]。Ebna Alam Fahd等[31]在丰田2KD-FTV柴油机上使用含水量为10%乳化柴油和柴油进行了不同转速、不同负荷下的发动机动力性对比试验研究[31]。结果表明，发动机燃用乳化柴油和柴油时，有效功率随发动机转速和负荷的增大而增加，同时，在试验工况下，发动机燃用乳化柴油的有效功率均低于柴油。楼狄明等[32]在某高压共轨柴油机上分别燃用E10，E15，E20乳化柴油与柴油进行了外特性试验。试验结果表明，乳化柴油的含水率越高，有效功率越低，外特性下，燃用E10，E15，E20乳化柴油的有效功率分别较柴油平均降低了3.9%，6.5%，9.2%。曹贻森等[33]测量了外特性下燃用柴油和含水率为15%乳化柴油的有效功率。相较于柴油而言，乳化柴油有效功率在试验转速范围内平均降低2.76%，降幅为1.00%～4.13%。Alamher在直喷柴油机上对比研究了外特性工况下燃用含水率分别为5%，10%，15%，20%，25%和30%的乳化柴油的动力性。试验结果表明，当转速为2 000 r/min时发动机燃用5%乳化柴油的有效功率最高，且高于柴油[34]。分析认为：由于乳化柴油中的内相水瞬间蒸发使得油气混合更加均匀，改善了乳化柴油的燃烧过程[35]。

3.2 经济性

尽管发动机燃用乳化柴油在绝大多数工况下动力性降低，但多数试验结果表明，燃用乳化柴油时有效热效率较柴油提高[20,36-38]。周萍等[36]在单缸柴油机上分别燃用含水率为8%，15%乳化柴油和柴油进行了负荷特性试验。试验表明，在发动机转速为1 400 r/min和1 800 r/min时的宽广负荷范围内，燃用不同含水率乳化柴油的有效热效率均高于柴油，且燃用含水率为15%乳化柴油的效果更好。据Subramanian报道，在高负荷时燃用含水率为40%乳化柴油，有效热效率亦高于柴油[37]。Abu-Zaid研究了乳化柴油含水率对发动机有效热效率的影响，并与柴油作了对比分析。结果表明，外特性工况下，燃用乳化柴油的有效热效率较柴油均有提高，且随着含水量的增加，发动机有效热效率增加，其中，在试验转速范围内，燃用含水率为20%的乳化柴油，发动机有效热效率平均提高了3.5%[38]。王小琛等[20]在车用共轨柴油机上燃用含水量为15%的乳化柴油和柴油进行了试验研究。试验结果表明，随着发动机转速的增加，发动机有效热效率先增加后减小；在试验转速的全负荷工况下，发动机燃用乳化柴油的有效热效率较柴油平均提高了2.42%，同时，在1 800 r/min的宽广负荷范围内，燃用乳化柴油的有效热效率平均提高了2.38%。

尽管不同研究中发动机参数、乳化柴油含水率有明显差异，但绝大多数情况下燃用乳化柴油的有效热效率有所提高。分析原因：1)根据燃烧特性的研究结果，与柴油相比，燃用乳化柴油时着火滞燃期延长[23-25]，预混合燃烧比例增加[33，39]。这样，既使得燃烧过程中油气混合更为均匀，也增加了燃烧等容度，进而提高了燃烧效率。2)由于乳化柴油中内相水溶液的急剧汽化而产生“微爆现象”[31-34,40]，使油滴进一步细化，改善了油气蒸发、混合等过程，进而加快了火焰传播速度，提高了燃烧效率。3)乳化柴油的火焰升起高度较柴油要高，促进了燃烧前油气混合程度[29]。4)水在燃烧过程中，促进了H，O，OH及HO2自由基的生成，为燃烧反应提供了条件，促进了燃烧过程[41-42]。

同时，根据汽车整车道路试验结果，柴油车燃用乳化柴油的燃油消耗较柴油降低[43-44]。分析认为：一方面，“微爆”效应能改善油气混合质量，提高燃烧效率；另一方面，归因于高温过热水蒸气强化缸内辐射换热、水煤气反应及低空燃比燃烧的节能作用[43]。 曾建谋等[43]在GZK6100柴油车上燃用乳化柴油和柴油进行了全长34.54 km的道路对比试验研究。结果表明，50 km/h等速行驶100 km时，柴油和乳化柴油的消耗量分别为14.7 L和13.8 L。韩大明等[44]在CA137K2L2轻型柴油卡车上燃用含水量为5%的微乳化柴油和柴油进行了道路试验。试验结果表明，燃用乳化柴油在6个500 m等速(20～70 km/h，梯度为10 km/h)行驶距离下，燃油消耗均低于柴油，且平均降低了12.08%。

4 发动机燃用乳化柴油的排放特性

4.1 NOx和炭烟排放

柴油机属于燃料喷雾扩散燃烧，燃料与空气在气缸内混合极不均匀，NOx和炭烟排放较高。乳化柴油改善油气混合和降低气缸内温度效果明显，可以同时降低柴油机NOx和炭烟排放。尽管试验参数与燃烧边界不同，不同研究中柴油机燃用乳化柴油对NOx和炭烟减排效果均较明显[12-13，45-48]。张承亮等[48]通过乳化柴油的经济性与排放性综合评价函数测算，发现含水量为15%的乳化柴油效果最优，台架试验结果表明，在标定转速下的宽广负荷范围内，在当量燃油消耗率较柴油平均降低3.2%的前提下，NOx排放平均降低了26.2%，炭烟排放平均降低了41.9%。

就柴油机而言，NOx排放主要受燃烧过程中的局部高温、局部富氧以及做功行程间缸内高温持续时间3个因素影响[49]。乳化柴油通过影响缸内燃烧而降低NOx排放的主要原因如下：1)乳化柴油中水分的蒸发吸热降低了发动机缸内燃烧温度。根据Zeldovich机理，低温下热NO的化学反应率降低，进而热NO的生成量减少。2)乳化柴油中水分在燃烧时的离子化生成OH自由基的过程中，消耗了部分氧原子，降低了局部富氧的比例，进而降低了NO浓度[50]。3)乳化柴油着火滞燃期的延长和水分的“微爆”作用，都进一步改善了燃油与空气的均化程度，促进了燃料的完全燃烧，抑制了NOx的生成。4)乳化柴油的火焰升起高度和部分试验条件下的贯穿距变长，都促进了油气均匀混合，改善了NOx的高排放现象。5)乳化柴油的燃烧持续期较柴油短，缩短了做功行程间缸内高温持续时间，减少了NOx的生成量。

炭烟的形成过程复杂，一般要经历高温裂解、成核、合并及凝集等过程[51]。高温、缺氧和先导物PAHs是炭烟形成的三要素。乳化柴油通过影响缸内燃烧而降低炭烟排放的主要原因有：1)乳化柴油的着火滞燃期较柴油延长，使得燃料参与预混燃烧比例增加，扩散燃烧比例减少。而扩散燃烧期缺氧有利于碳粒集合、炭烟增加，扩散燃烧比例的减少导致炭烟生成量的减少[20]。2)乳化柴油的火焰升起高度较柴油长，形成的可燃混合气相对较稀，使燃料燃烧更为充分。3)乳化柴油中水在燃烧过程中，生成的OH自由基可以部分氧化烃类热分解的中间产物，进而减少了炭烟的生成。4)由于乳化柴油中水的汽化潜热高，燃烧时降低了发动机缸内燃烧温度，减少了碳氢化合物高温裂解反应比例，降低了先导物PAHs的生成量[52]。5)由于水分的稀释作用，乳化柴油中含硫量小于柴油，而硫化物是炭烟形成过程中成核的重要部分[53]。

4.2 HC和CO排放

HC和CO都是碳氢燃料不完全燃烧的产物。由于乳化柴油的汽化潜热高，蒸发吸热降低了燃烧时缸内温度，导致了HC和CO特别是在低转速和中低负荷工况下的氧化受阻。此外，乳化柴油的燃烧持续期较柴油短，也缩短了HC和CO的氧化时间。因此，部分试验工况下，乳化柴油的HC和CO排放较柴油要高，低转速和中低负荷工况时尤为明显[11,31-32，34,54-55]。研究表明，减小乳化柴油液滴半径可以改善HC和CO排放[56]。

Nadeem等[12]、王小琛等[20]测得在全负荷工况下，燃用乳化柴油的CO排放较柴油低。分析认为，乳化柴油在燃烧过程中会发生大量“微爆”，使得可燃混合气的均化程度大为改善，从而优化了CO排放。据曹贻森等[33]报道，乳化柴油在中高负荷时HC排放较柴油低。一方面，中高负荷时，缸内燃烧温度较高，对HC的氧化能力增强；另一方面，乳化柴油的“微爆”作用明显，油气混合更为均匀，使HC排放降低。

4.3 非常规排放与颗粒物排放

近年来，发动机的非常规排放与颗粒物排放亦受到研究人员的重视。研究表明，燃用乳化柴油对柴油机的醛类排放和噪声排放并没有改善作用，只有在少数试验工况下，上述排放较柴油略微降低[57-58]。而燃用乳化柴油的总颗粒数量浓度增加，体积浓度减小，聚集态颗粒数量浓度和体积浓度均减小[60-61]。

楼狄明等[57]检测了乳化柴油负荷特性下的醛类排放。2 500 r/min转速下当发动机负荷高于25%时，燃用乳化柴油的醛类排放较柴油降低。其他试验工况下，燃用乳化柴油醛类排放与柴油相差不大或略高于柴油。Seifi等[58]在直喷柴油机上燃用4种不同含水率的乳化柴油进行了不同工况下的噪声排放试验研究，并与柴油进行了对比分析。结果表明，燃用不同燃料在75%负荷下噪声排放最高，在25%负荷工况下噪声排放最低。同时，全负荷低转速(1 600～1 700 r/min)工况下，发动机燃用乳化柴油的噪声排放高于柴油；高转速(1 900 r/min)时，燃用E5的噪声排放略低于柴油。

Armas等[59]研究表明，与柴油相比，燃用乳化柴油时可溶性有机组分在颗粒中所占比例降低。同时，乳化柴油和柴油的颗粒平均直径和索特平均直径相差不大。胡志远等[60]在高压共轨柴油机上研究了乳化柴油的颗粒物排放。研究表明，与柴油所呈现的单峰对数分布不同，乳化柴油的颗粒排放呈单峰对数或双峰对数分布，且数量峰值对应粒径范围较明显向小粒径方向移动。乳化柴油的颗粒几何平均直径较柴油小，排气颗粒质量浓度在大部分试验工况下也较柴油低。楼狄明等[61]研究表明，与燃用柴油相比，乳化柴油的总颗粒数量浓度增大，体积浓度减小，聚集态颗粒数量和体积浓度减小，核态颗粒数量和体积浓度增大。

5 乳化柴油在发动机上的应用优化

5.1 添加剂的应用

为进一步改善燃用乳化柴油的燃烧与排放，研究人员将不同比例和种类的添加剂与乳化柴油混合，通过控制燃烧过程来达到节能降污效果。

陆克久等[62]在含水量为15%的乳化柴油中添加二乙醚，并在185单缸柴油机上进行了排放试验。结果表明，添加二乙醚能够进一步降低NOx和炭烟的排放，且全负荷时对HC和CO排放的抑制效果明显。杨向东等[63]在含水量为15%的乳化柴油中添加二甲醚，台架试验表明其降污效果与添加二乙醚时相类似。分析认为，二甲醚与二乙醚都是较高十六烷值的含氧化合物，不仅能提高燃料的雾化质量、缩短着火滞燃期、提高燃烧效率，还能提高燃烧过程中的氧气浓度，改善燃烧过程中局部缺氧状况。

Basha等[64]在含水率为15%的乳化柴油中添加氧化铝纳米粒子以提高发动机有效热效率。全负荷工况下，燃用柴油、乳化柴油以及添加了100×10-6氧化铝纳米粒子的乳化柴油的有效热效率分别为25.2%，26.9%和28.9%。Basha等[65]还在乳化柴油中添加碳纳米管，并进行对比试验。结果表明，添加了碳纳米管的乳化柴油不仅能提高有效热效率，对NOx排放亦有一定的抑制作用，全负荷工况下，燃用柴油、乳化柴油以及添加了50×10-6碳纳米管的乳化柴油的NOx排放分别为1 340×10-6，1 046×10-6和970×10-6。

陈振斌等[7]在含水率为13%的乳化柴油中添加助燃剂二茂铁，并在1135柴油机上进行了台架试验。结果表明，添加助燃剂二茂铁的乳化柴油在降低炭烟、NOx和HC排放方面有较明显优势。分析认为：二茂铁在燃烧的过程中催化和促进了氧化反应，提高了燃料的燃烧速度和燃烧效率，起到了降污效果。刘闯等[66-67]利用柴油机排气能量加热醇类燃料，并将其喷入柴油机进气道结合乳化油进行燃烧台架试验。结果显示，当喷入甲醇时，在降低排放的同时，发动机节油率提高了10%左右；当喷入乙醇时，若不计乙醇的消耗，柴油的节油率最高可达16%。分析认为，醇类热分解后可产生H2，H2热值高、扩散系数大，可有效地强化缸内燃烧。

5.2 乳化柴油结合发动机技术的应用

除了加入添加剂，乳化柴油结合发动机技术也是进一步提高发动机性能的途径之一。Maiboom等[25]将乳化柴油与EGR技术相结合，并在高速直喷柴油机上进行了排放试验。结果表明，NOx和炭烟的排放均大幅降低，NOx和炭烟排放的权衡曲线(trade-off)关系得到了明显改善。Nazha等[68]研究表明，燃用含水率为20%乳化柴油结合16.7%的EGR率，NOx和炭烟排放在试验工况下分别降低了55%和45%。Frederic等[69]通过试验研究发现，燃用含水率为13%的乳化柴油结合柴油机氧化催化器，可降低90%的PM排放。舒歌群等[70]将不同含水量乳化柴油与不同氧浓度的富氧技术相结合，寻找4100QBZL发动机最佳综合性能区间。结果表明，当乳化柴油含水量在20%以下且进气氧浓度在21.2%～21.5%时，发动机燃油消耗率、NOx和炭烟的排放均降低。

6 总结与展望

本研究结合国内外研究现状，综述了发动机燃用乳化柴油性能的研究进展，包括乳化柴油的燃烧特性、喷雾特性、动力性、经济性以及排放特性。

a) 与柴油相比，发动机燃用乳化柴油时，缸压峰值和瞬时放热率峰值在部分试验工况下升高；燃烧始点滞后，着火滞燃期延长，燃烧持续期缩短；火焰升起高度增加，喷雾贯穿距在各试验条件下变长或变化不大；

b) 在不改变发动机参数的前提下，燃用乳化柴油动力性下降，但有效热效率较柴油升高；乳化柴油可以明显降低NOx和炭烟排放，但多数工况下HC和CO排放有所升高，低转速和中低负荷工况下尤为明显；乳化柴油对于醛类和噪声排放并没有改善作用，只有在少数试验工况下较柴油略微降低；燃用乳化柴油的总颗粒数量浓度增加，体积浓度减小，而聚集态颗粒数量浓度和体积浓度均减小；

c) 添加醇醚类添加剂或结合EGR等发动机技术协同作用，可以针对性地改善乳化柴油的燃烧过程，进一步起到节能减排的效果。

就发动机燃用乳化柴油的相关研究，展望如下：

a) 开展基于燃料稳定性与燃料理化特性综合优化目标的燃料设计。在乳化柴油的制备中，寻找更为经济的乳化剂与助溶剂，并满足乳化柴油的使用稳定性。同时，以提高发动机热效率、降低NOx和炭烟排放为目的，通过调整水的比例和添加剂的种类与含量，优化乳化柴油的理化特性，以更好地实现油气混合与燃烧，达到高效清洁的目的。

b) 高压共轨柴油机已普及，共轨柴油机的喷油参数、EGR率及进气参数等燃烧边界与组织参数对乳化柴油的燃烧与排放有较大影响。因此，调整优化共轨柴油机燃用乳化柴油的燃烧边界条件，以更加适用于乳化柴油的应用。由于乳化柴油十六烷值较低，共轨柴油机燃用乳化柴油的冷起动需进一步研究。

c) 发动机燃用乳化柴油的基础理论还需要进一步研究。如发动机燃烧室环境下，分散液(水)的直径、进气流量、体积等条件对乳化油微爆现象的影响研究；乳化柴油降低发动机NOx和炭烟排放机理的多维数值模拟。

[1] BP. BP statistical review of world energy[R].London: BP，2017.

[2] 中华人民共和国环境保护部.中国机动车环境管理年报[R].北京：[出版者不祥],2017.

[3] Ruth N E H,Tian X J.Energy related CO2emissions and the progress on CCS projects: a review [J].Renewable and Sustainable Energy Reviews,2014,31:368-385.

[4] Friedlingstein P,Andrew R M,Rogelj J,et al.Persistent growth of CO2emissions and implications for reaching climate targets[J].Nature Geoscience，2014，7:709-715.

[5] Basha J S,Anand R B.An experimental study in a CI engine using nano-additive blended water-diesel emulsion fuel[J].International Journal of Green Energy，2011，8:332-348.

[6] Lin C Y,Chen L W.Emulsification characteristics of three- and two-phase emulsions prepared by the ultrasonic emulsification method[J].Fuel Process Technology，2006，87(4):309-317.

[7] 陈振斌,蒋盛军,肖明伟,等.复配乳化剂乳化柴油的经济性和排放特性[J].农业工程学报,2010,26(7):285-289.

[8] 田建文,张小林,赵磊,等.复配乳化剂制备乳化柴油的研究[J].南昌大学学报(工科版),2005,27(2):77-79.

[9] Huo M, Lin S L, Liu H F,et al.Study on the spray and combustion characteristics of water-emulsified diesel [J].Fuel，2014，123:218-229.

[10] Ghannam M T,Selim M Y E.Stability behavior of water-in-diesel fuel emulsion[J].Petroleum Science and Technology，2009，27(4):396-411.

[11] Yang W M,An H,Chou S K,et al.Emulsion fuel with novel nano-organic additives for diesel engine application[J].Fuel，2013，104:726-731.

[12] Nadeem M,Rangkuti C,Anuar K,et al.Diesel engine performance and emission evaluation usingemulsified fuels stabilized by conventional and gemini surfactants[J].Fuel，2006，85:2111-2119.

[13] Yilmaz E,Solmaz H,Polat S,et al. Preparation of diesel emulsion using auxiliary emulsifier mono ethyleneglycol and utilization in a turbocharged diesel engine[J].Energy Conversion and Management，2014，86:973-980.

[14] 孙姣,陈振斌,刘军,等.葡萄糖水溶液乳化柴油制备工艺参数优化[J].农业工程学报,2015，31(1):238-235.

[15] Chen Z B,Li K M,Liu J,et al.Optimal design of glucose solution emulsified diesel and its effects on the performance and emissions of a diesel engine[J].Fuel，2015，157:9-15.

[16] Lin C Y,Wang K H.Effects of an oxygenated additive on the emulsification characteristics of two- and three-phase diesel emulsions[J].Fuel，2004，83(4/5):507-515.

[17] Lin C Y,Chen L W.Comparison of fuel properties and emission characteristics of two- and three-phase emulsions prepared by ultrasonically vibrating and mechanically homogenizing emulsification methods[J].Fuel，2008，87:2154-2161.

[18] 高献坤,李遂亮,侯瑞娟,等.柴油机燃用超声乳化柴油的试验研究[J].河南农业大学学报,2009,43(2):177-181.

[19] 楼狄明,任进,谭丕强,等.高压共轨柴油机燃用乳化柴油的燃烧特性[J].小型内燃机与摩托车,2011，40(4):75-79.

[20] 王小琛,陈振斌,张坤鹏,等.重型车用柴油机燃用乳化柴油的燃烧与排放特性试验研究[J].可再生能源，2015，33(6):946-951.

[21] 刘兴华,林菁,王斌.燃用乳化柴油的柴油机燃烧特性研究[J].车用发动机,2003(6):15-17.

[22] Yang W M,An H,Chou S K,et al.Impact of emulsion fuel with nano-organic additives on the performanceof diesel engine[J].Applied Energy，2013，112:1206-1212.

[23] 曹贻森,王铁,石晋宏,等.W/O型乳化柴油的燃烧特性及过程分析[J].中国农机化学报,2015，36(5):283-287.

[24] Park J W, Huh K Y, Park K H, et al.Experimental study on the combustion characteristics of emulsified diesel in a rapid compression and expansion machine[J].Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers,Part D:Journal of Automobile Engineering， 2000，214:579-586.

[25] Maiboom A,Tauzia X.NOxand PM emissions reduction on an automotive HSDI Diesel engine with water-in-diesel emulsion and EGR: An experimental study[J].Fuel，2011，90:3179-3192.

[26] 胡志远,孙晓清,谭丕强,等.不同含水比例乳化柴油的喷雾特性研究[J].拖拉机与农用运输车,2011,38(6):36-41.

[27] 胡志远,孙晓清,谭丕强,等.新型乳化柴油喷雾特性的试验研究[J].现代车用动力,2011，3:5-7,55.

[28] Ochoterena R,Lif A,Nydén M,et al.Optical studies of spray development and combustion of water-in-diesel emulsion and micro-emulsion fuels[J].Fuel，2010，89:122-132.

[29] Ghojel J I,Tran X T.Ignition characteristics of diesel-water emulsion sprays in a constant-volume vessel:effect of injection pressure and water content[J].Energy and Fuels，2010，24:3860-3866.

[30] Park S,Woo S,Kim H,et al.The characteristic of spray using diesel water emulsified fuel in a diesel engine[J].Applied energy，2016，176:209-220.

[31] Ebna Alam Fahd M,Yang W M,Lee P S,et al.Experimental investigation of the performance and emission characteristics of direct injection diesel engine by water emulsion diesel under varying engine load condition[J].Applied Energy，2013，102:1042-1049.

[32] 楼狄明,边威,谭丕强,等.共轨柴油机燃用乳化柴油试验研究[J].车用发动机,2010(3):74-78.

[33] 曹贻森,王铁,石晋宏,等.乳化柴油的性能研究与特点分析[J].中国农机化学报,2014，35(6):161-165.

[34] Alahmer A.Influence of using emulsified diesel fuel on the performance and pollutants emitted from diesel engine[J].Energy Conversion and Management，2013，73:361-369.

[35] Dryer F L.Water addition to practical combustion systems:concepts and applications[C]//Sixteenth symposium (international) on combustion.Cambridge:[s.n.],1976.

[36] 周萍,孙跃东,李春.柴油掺水乳化对柴油机经济性和排放的影响[J].重庆工学院学报(自然科学版),2007,21(4):33-36.

[37] Subramanian K A.A comparison of water-diesel emulsion and timed injection of water into the intake manifold of a diesel engine for simultaneous control of NO and soot emissions[J].Energy Conversion and Management,2011,52:849-857.

[38] Abu-Zaid M.Performance of single cylinder,direct injection diesel engine using water fuel emulsions[J].Energy Conversion and Management,2004,45:697-705.

[39] Chen Z B,Wang X C,Pei Y Q,et al.Experimental investigation of the performance and emissions of diesel engines by a novel emulsified diesel fuel[J].Energy Conversion and Management,2015,95:334-341.

[40] Hagos F Y, Aziz A R A, Tan I M.Water-in-diesel emulsion and its micro-explosion phenomenon-review[C]//Communication Software and Networks (ICCSN),2011 IEEE 3rd International Conference.[S.l]: IEEE,2011:314-318.

[41] 张韦,舒歌群,陈朝辉,等.柴油机燃用水乳化柴油着火时刻的化学动力学特性[J].农业工程学报,2012,28(13):59-66.

[42] Wang X C,Chen Z B,Ni J M,et al.The effects of hydrous ethanol gasoline on combustion and emission characteristics of a port injection gasoline engine[J].Case studies in thermal engineering,2015,6:147-154.

[43] 曾建谋,陈鹏,孔钧良,等.乳化柴油在柴油车上的应用研究[J].车用发动机,2005(4):64-66.

[44] 韩大明,王猛.微乳化柴油的动力经济性及排放的试验[J].东北林业大学学报,2009,37(2):103-104.

[45] Armas O,Ballesteros R,Martos F J,et al.Characterization of light duty diesel engine pollutant emissions using water-emulsified fuel [J].Fuel，2005，84:1011-1018.

[46] Samec N,Kegl B,Robert W D.Numerical and experimental study of water/oil emulsified fuel combustion in a diesel engine[J].Fuel，2002，81:2035-2044.

[47] 许峰,吴卫兵,张大林,等.乳化油在1135柴油机上的应用[J].内燃机工程,2002,24(6):55-58.

[48] 张承亮,陈振斌,孙瑞.农用柴油机燃用乳化柴油的经济性和排放性研究[J].车用发动机,2014(1):55-59.

[49] 蒋德明,陈长佑,杨嘉林,等.高等车用内燃机原理[M].西安:西安交通大学出版社,2006.

[50] Debnath B K,Saha U,Sahoo N.A comprehensive review on the application of emulsions as an alternative fuel for diesel engines[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews，2015，42：196-211.

[51] Treea D R，Svensson K I.Soot processes in compression ignition engines[J].Progress in Energy and Combustion Science， 2007,33(3):272-309.

[52] Mwangi K J,Lee W J,Chang Y C,et al. An overview: Energy saving and pollution reduction by using green fuel blends in diesel engines[J].Applied Energy,2015,159:214-236.

[53] Lin S L,Lee W J,Lee C F,et al.Reduction in emissions of nitrogen oxides, particulate matter, and polycyclic aromatic hydrocarbon by adding water containing butanol into a diesel-fueled engine generator[J].Fuel，2012,93:364-372.

[54] Ithnin A M,Ahmad M A,Bakar M A A,et al.Combustion performance and emission analysis of diesel engine fuelled with water-in-diesel emulsion fuel made from low-grade diesel fuel [J].Energy Conversion and Management，2015，90:375-382.

[55] 陈振斌，蒋盛军，肖明伟,等.复配乳化剂乳化柴油的经济性和排放特性[J].农业工程学报,2010,26(7)：285-289.

[56] Attia A M A,Kulchitskiy A R.Influence of the structure of water-in-fuel emulsion on diesel engine performance[J].Fuel，2014,116:703-708.

[57] 楼狄明,张中铭,胡志远,等.柴油机燃用乳化柴油的非常规排放特性[J].小型内燃机与摩托车,2012,41(3):74-78.

[58] Seifi M R,Hassan-Beygi S R,Ghobadian B,et al.Experimental investigation of a diesel engine power, torque and noise emission using water-diesel emulsions[J].Fuel，2016，166:392-399.

[59] Armas O,Ballesteros R,Martos F J,et al.Characterization of light duty diesel engine pollutant emissions using water-emulsified fuel[J].Fuel，2005，84:1011-1018.

[60] 胡志远,岳晗,谭丕强,等.共轨柴油机燃用乳化柴油的颗粒排放特性[J].内燃机工程,2012,33(4):42-46.

[61] 楼狄明,任洪娟,谭丕强,等.发动机燃用乳化柴油的颗粒粒径分布特性[J].同济大学学报,2012,40(7):1083-1088.

[62] 陆克久,杨向东,李春亮,等.乳化柴油添加二乙醚的排放试验研究[J].车用发动机，2007(6):87-89.

[63] 杨向东,陆克久.柴油机燃用二甲醚-乳化柴油混合燃料的排放试验研究[J].小型内燃机与摩托车,2014,43(1):69-72.

[64] Basha J S,Anand R B.An experimental investigation in a diesel engine using carbon nanotubes blended water-diesel emulsion[J].Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers.Part A: Journal of Power and Energy，2011，225:279-288.

[65] Basha J S,Anand R B.An experimental study in a CI engine using nanoadditive blended water-diesel emulsion fuel [J].International Journal of Green Energy，2011，8:332-348.

[66] 刘闯,张波,傅维标.柴油机燃用乳化油时提高节油率的试验研究[J].内燃机工程,2006,27(2):25-28.

[67] 张波,傅维标,刘闯.柴油机燃用乳化油并在进气道喷乙醇的节油研究[J].燃烧科学与技术,2006,12(1):55-58.

[68] Nazha M A A,Rajakaruna H,Wagstaff S A.The use of emulsion, water induction and EGR for controlling diesel engine emissions[C].SAE Paper 2001-01-1941.

[69] Frederic B,Pierre S,Philippe S.Aquazole:an original emulsified water-diesel fuel for heavy-duty applications[C].SAE Paper 2001-01-1861.

[70] Liang Y C,Shu G Q,Wei H Q,et al.Effect of oxygen enriched combustion and water-diesel emulsion on the performance and emissions of turbocharged diesel engine[J].Energy Conversion and Management,2013,73:69-77.