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柴油机因其较高的热效率和燃油经济性,在交通运输、采矿设备、农业机械等众多领域中有着广泛的应用。然而,柴油机尾气中的氮氧化物（NOx）、颗粒物（PM）、碳氢化合物（HC）以及一氧化碳（CO）是造成环境污染的主要污染物。在化石燃料日渐匮乏和排放法规越来越严苛的双重压力下,寻求可再生替代能源变得尤为重要。生物柴油是一种清洁的可再生替代燃料,它具有解决交通运输行业的环境污染和能源枯竭问题的潜力。柴油掺水乳化能同时有效地降低柴油机的NOx和PM排放,具有良好的环保效益。本文提出采用生物乳化柴油技术即利用动植物脂肪及餐厨废弃油为原料制成的生物柴油、水、乳化剂、丁醇与柴油混合来制备生物乳化柴油,并将其应用到柴油机上,在降低污染物排放的同时达到节省化石燃料的目的。本文基于电控高压共轨柴油机,分别在柴油机负荷特性试验、ESC稳态循环试验和船用主机推进特性试验下研究不同掺混比例的生物乳化柴油对柴油机性能的影响。柴油机负荷特性试验结果表明:生物乳化柴油EB10的有效燃油消耗率最低,随着掺混比例的增加,生物乳化柴油的经济性变差。与柴油相比,生物乳化柴油的有效功率都有一定程度的降低,在满负荷时EB10、EB15和EB20的有效功率较柴油依次降低1.88%、3.97%和4.92%。3种生物乳化柴油都能显著降低柴油机NOx排放,同时PM排放也有大幅度降低;生物乳化柴油的CO排放在低负荷和高负荷时较柴油略有增加,但总排放量较低,CO2排放量基本与柴油接近;EB10和EB20的HC排放在中高负荷时比柴油略高,但EB15的HC排放却比柴油低。ESC稳态循环试验结果表明:与柴油相比,生物乳化柴油EB10的有效燃油消耗率降低0.17%,但EB15和EB20的有效燃油消耗率比柴油分别增加1.30%和3.98%。生物乳化柴油EB10、EB15和EB20的NOx排放依次较柴油降低2.78%、6.60%、14.55%;经SCR后处理优化后,三者的NOx排放均在2.0g/kWh以下,满足国Ⅴ排放标准。B100、EB10、EB15和EB20的ESC试验加权烟度值分别比柴油降低56.42%、38.55%、52.51%和65.92%;生物乳化柴油EB10、EB15和EB20的HC排放分别比柴油增加10.64%、12.76%和17.02%;CO排放则依次降低15.38%、15.38%和12.82%。船用主机推进特性试验结果表明:生物乳化柴油EB10的有效燃油消耗率比柴油降低约1.65%,其经济性最好;EB15、EB20和B100的有效燃油消耗率分别比柴油增加1.46%、5.34%和9.65%。与柴油相比,在推进特性试验各工况下EB10、EB15、EB20和B100的有效功率Pe都有一定程度的降低,并且掺混比例越大,有效功率降低的越多。生物乳化柴油EB10、EB15和EB20的NOx排放比柴油依次降低12.03%、15.17%和16.78%;经SCR后处理优化后,NOx排放显著降低,均在2.0 g/kWh以下,满足TierⅢ排放标准。生物乳化柴油EB10、EB15和EB20的加权烟度值比柴油依次降低48.88%、66.48%和76.82%,CO排放与柴油基本上没有区别,但HC排放比柴油略高。从经济性、动力性和环保性方面看,3种生物乳化柴油中EB10是柴油替代燃料的最佳选择,不仅能保证柴油机的稳定运行,还能节省化石燃料以及降低NOx和碳烟等污染物排放,在车用柴油机和船用柴油机上的广泛使用意义深远。