純變性乙醇燃料發(fā)動(dòng)機的初步研究

純變性乙醇燃料發(fā)動(dòng)機的初步研究/程偉,陳小迅,戈銳等設計·研究純變性Z醇燃料發(fā)動(dòng)機的初步研究程偉,陳小迅,戈銳,安濤(東風(fēng)汽車(chē)有限公司東風(fēng)商用午技術(shù)中心,武漢4306)楠要:詳細分析了乙醇燃料的物化特點(diǎn),介紹了以某型號柴油機為基礎改裝成純乙醇自然吸氣式發(fā)動(dòng)機的設計方案,并對其進(jìn)行了初步的試驗研究關(guān)鍵詞:乙醇燃料;純乙醇;發(fā)動(dòng)機試驗中圖分類(lèi)號:TK431文獻標志碼:A文章編號:1005-2550(2009)02-0027The Pilot Study of E100 EngineCHENG Wei, CHEN Xiao-xun, GE Rui, AN TaDongfeng Commercial Vehicle Technical Center of DFL, Wuhan 430056, ChinaAbstract In the present thesis, the characteristics of ethanol fuel are analyzed, the method of refitting a diesel engine to anaturally aspirated E100 engine is presented, and the results of some fundamental tests are provided.Key words: ethanol fuel; E100近年來(lái)隨著(zhù)能源危機和大氣污染日益嚴重,尋找應用起到了技術(shù)保證作用,并陸續擴大試點(diǎn)范圍,已清潔的代用燃料已成為各國發(fā)動(dòng)機T作者的研究目取得初步成效。自2002年以來(lái)我國已相繼有9個(gè)標。對車(chē)用發(fā)動(dòng)機而言在眾多的代用燃料方案中乙省市用含有10%乙醇的車(chē)用乙醇汽油代替普通汽醇作為一種現實(shí)的可再生的清潔燃料備受矚目油國。據相關(guān)報道,在部分城市的比例甚至達到在國內,發(fā)改委在“十五”規劃中就在部分省市95%,但燃用純乙醇的汽車(chē)尚未見(jiàn)相關(guān)報道。推行燃料乙醇試點(diǎn)項目,發(fā)布了《變性燃料乙醇》本文工作以某型號柴油機為原型,對其改進(jìn)機和《車(chē)用乙醇汽油》1兩項國家標準,為乙醇的推廣型進(jìn)行了燃用純變性乙醇燃料的實(shí)驗研究。收稿日期:2008-12-11作者簡(jiǎn)介:程偉(1967-)男湖南慈利人新燃料發(fā)動(dòng)機設計室主1乙醇的物化特性任,碩土研究生高級T程師主要從事發(fā)動(dòng)機燃燒與排放控制,新燃料發(fā)動(dòng)機設計與研究等與汽油相比,乙醇在物化特性方面主要具有以之所以要將故障診斷作為一個(gè)單獨的解析模通過(guò)實(shí)車(chē)實(shí)驗軟件各部分功能運行完好,有一定的塊,是因為故障發(fā)送模式與一般的數據幀有所區別。實(shí)用價(jià)值。在實(shí)驗中深感J99協(xié)議的優(yōu)越性能隨當很多個(gè)故障同時(shí)發(fā)生時(shí),發(fā)動(dòng)機先是發(fā)送一個(gè)廣著(zhù)CAN總線(xiàn)應用領(lǐng)域的不斷發(fā)展SAEJ939協(xié)議播報文提示發(fā)送故障的個(gè)數以及總字節數;然后將必將得到更好的應用。故障打包發(fā)送。本模塊首先對報文拆包,然后解析接收到的故障的FM和SPN,進(jìn)而顯示故障的發(fā)生參考文獻:點(diǎn)發(fā)生類(lèi)型、發(fā)生次數,并在表格中顯示。[1] SAE J1939 Standards Collection, Recommended Practicefor a Serial Control and Communication Vehicle Network4結論Society of Automotive Engineers. 200[2]SAchicle Application Layer中國煤化工AE93 Committ本文介紹了基于SAEJ939協(xié)議的發(fā)動(dòng)機虛擬CNMHG儀表系統的開(kāi)發(fā)思路。該系統為實(shí)驗室發(fā)動(dòng)機試驗(3]程軍輛割系統總線(xiàn)通信和控制協(xié)議SAEJ19世系統的一部分,也可以配合本科生的教學(xué)實(shí)驗課程。界汽車(chē),2000,(2):19-21設計·酬究汽車(chē)科技第2期2009年3月下特點(diǎn):2)相同工況下,純乙醇發(fā)動(dòng)機的HC排放要大=)乙醇含氧豐富高達348%,這也是其理論空大低于汽油機的,且點(diǎn)火提前角對其的影響很小;僅為9的主要原因3)相同過(guò)量空氣系數下,純乙醇發(fā)動(dòng)機的NO2)乙醇熱值較低,所需的循壞供應量大大增加,排放要比汽油機的少50%。定程度上影響乙醇發(fā)動(dòng)機的功率此外,由于乙醇燃燒不完全還會(huì )產(chǎn)生一些微量3)汽化潛熱很高,所產(chǎn)生的冷卻效應會(huì )妨礙排放物(乙醛、甲醛、乙酸等)。而如果考慮植物光燃料在低溫起動(dòng)時(shí)的完全汽化,使發(fā)動(dòng)機冷起動(dòng)合作用所消耗的CO2,則基本上可以認為乙醇發(fā)動(dòng)性能惡化,必須采取相應措施。但同時(shí)也可以提高機對溫室效應的影響為零。充氣效率,降低缸內溫度,因而壓縮比可以相應提高2發(fā)動(dòng)機本體改造4)蒸汽壓很低而粘度很大影響均勻混合氣的形成和各缸一致性本文實(shí)驗中原型機的技術(shù)參數如表1所示5)乙醇辛烷值較高,意味著(zhù)乙醇具有良好的抗表1某型號柴油機技術(shù)參數爆性能,因此乙酶發(fā)動(dòng)機叮以較汽油機使用更高的直列六缸、四沖程,水冷增壓壓縮比,從一定程度上彌補乙醇熱值低所帶來(lái)的功缸內直噴壓燃式發(fā)動(dòng)機率降低;額定功率轉速118 kW/2 600 r/min6)乙醇著(zhù)火極限范圍較寬,意味著(zhù)醇有進(jìn)行缸徑x沖程05mmx120稀薄燃燒的潛力,對排氣凈化及降低油耗的優(yōu)化L壓縮比73:排量6.234L作有利7)理論空燃比下每千克混合氣的熱值與汽油相本著(zhù)盡量利用現有資源的原則,根據乙醇的物差無(wú)幾,且乙醇的分子量變系數大于汽油,意味著(zhù)乙化特性對原機進(jìn)行了6項改動(dòng)醇發(fā)動(dòng)機的升功率可與汽油機相當;2.1燃油供給系統8)C/H值比汽油小,完全燃燒時(shí)產(chǎn)牛的CO2較采用進(jìn)氣道多點(diǎn)噴射方式(MP1),安裝燃油供少,HAO較多。對于相同的燃燒熱值,燃燒產(chǎn)物的比給系統(油箱總成、高壓油軌總成、燃油濾清器和輸熱容相對較高,這有利于熱效率的提高油管路)。乙醇還是一種性能優(yōu)良的有機溶劑,燃用乙醇理論上,噴嘴的最佳安裝位置應在進(jìn)氣門(mén)附近可以減少燃燒笙表面的燃燒沉淀物,起到一定的清的進(jìn)氣道上,以盡量將乙醇噴射到進(jìn)氣閥的背面,利潔作用;但也有文章認為乙醇的汽化潛熱過(guò)高會(huì )用進(jìn)氣閥的溫度來(lái)促進(jìn)乙醇的霧化。但考慮到實(shí)際導致在進(jìn)氣閥背面容易形成積炭。情況,次噴嘴的安裝釆取折衷方案:在各缸進(jìn)氣歧此外,發(fā)動(dòng)機燃用乙醇還應注意以下問(wèn)題管與缸蓋進(jìn)氣道之間分別增加噴嘴安裝支座來(lái)安裝1)乙醇燃燒生成的乙酸酸性大大強于汽油燃燒噴嘴,噴射角度為45°,如圖1所示。產(chǎn)物的酸性,使用普通潤滑油容易造成發(fā)動(dòng)機膺損,在乙醇發(fā)動(dòng)機中必須采用專(zhuān)用潤滑油來(lái)防止這些磨嘴嘴安裝支座損;噴嘴2)乙醇對部分念屬和橡膠具有腐蝕性,必須在發(fā)動(dòng)機上采取相應保護措施;3)乙醇在抗磨損性能上和汽油無(wú)法相比,具體的磨損量需通過(guò)可靠性試驗檢驗純乙醇發(fā)動(dòng)機的各種排放均要優(yōu)于汽油機,這也是由乙醇自身的特點(diǎn)所決定的:1)在同樣功率輸出下6,純L醇發(fā)動(dòng)機的CO22中國煤化工排放要比汽油機的少60%,且點(diǎn)火提前角對其的影CNMHG15%在發(fā)動(dòng)機響微乎其微輸出同樣功率時(shí),根據缸內單位體積混合氣熱值相28純變性L(fǎng)醇燃料發(fā)動(dòng)機的初步研究/程偉,陳小迅,戈銳等設計·酬究等要求,必須增加乙醇供給量(與汽油機相比)在現有基礎上,采用適當加大噴油脈寬的方式來(lái)增加燃爆壓測控制臺比儀料噴射量。在保證缸內單位體積混合氣熱值不變的條件下,其理論脈寬放大系數應為162(與汽油機相比)。具體大小在試驗中進(jìn)行標定。onono23燃燒室剛功機回發(fā)動(dòng)機一般而言,純乙醇發(fā)動(dòng)機的壓縮比為10-125而原機壓縮比為17.3。因此重新設計并試制了壓縮比為10,燃燒室為淺盆形的活塞。24點(diǎn)火系統1手動(dòng)閥:2燃油濾清器;3然油壓力傳感器;4然油溫度傳感器:5冷將原機的噴嘴安裝孔改為火花塞安裝孔,使其卻水溫傳感器:6氧傳感器:7排氣溫度傳感器;8機油溫度傳感器;能方便地安裝標準的火花塞,并且滿(mǎn)足性能要求。9機油壓力傳感器;0發(fā)動(dòng)機矩侍感器1.動(dòng)機轉連傳感器;乙醇的辛烷值高于汽油而低于天然氣,而辛烷2爆震傳感器圖2試驗裝置示意值高則抗爆性強9,但也更難著(zhù)火,所需點(diǎn)火能量也32控制策略就更大。因此,乙醇所需的點(diǎn)火能量應高于汽油而低發(fā)動(dòng)機的主要控制策略為分組噴射、分組點(diǎn)火天然氣。采用高能點(diǎn)火系統(火花塞、點(diǎn)火線(xiàn)圈、高壓線(xiàn)考察不同進(jìn)氣壓力(控制節氣門(mén)開(kāi)度)、點(diǎn)火提前角和束),其中火花塞為電阻、突出、雙鉑金冷型,點(diǎn)火能空燃比(通過(guò)調節脈寬控制)對發(fā)動(dòng)機動(dòng)力性的影響33試驗結論量足夠滿(mǎn)足乙醇點(diǎn)火的要求。本文試驗中主要對乙醇發(fā)動(dòng)機的外特性曲線(xiàn)和此外,乙醇汽化潛熱大使混合氣溫度較低滯燃1600r/min時(shí)功率與空燃比點(diǎn)火提前角的變化關(guān)期較長(cháng),燃燒比較平穩、緩慢,需適當增加點(diǎn)火提前角(相對汽油機)。系進(jìn)行了研究。從試驗結果得出以下結論點(diǎn)火方式有分組點(diǎn)火和順序點(diǎn)火兩種?？紤]到1)乙醇發(fā)動(dòng)機與原機的動(dòng)力性對比如表3所示。改裝后乙醇發(fā)動(dòng)機的額定功率略高于原機扭矩分組點(diǎn)火方式的控制較為簡(jiǎn)單,且點(diǎn)火能量浪費很則存在一定差距?？紤]到噴嘴的安裝位置和噴射壓少,故采用分組點(diǎn)火方式。力并非最佳,導致乙醇的霧化效果和混合氣的均勻25EcU及傳感器性較差,且發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣方式為自然吸氣式,這些都在采用包含有MP方式控制模塊的ECU,增加進(jìn)定程度上影響了乙醇發(fā)動(dòng)機的低速扭矩。如果這氣壓力傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、水溫傳感器和轉速些問(wèn)題能夠得到解決,乙醇發(fā)動(dòng)機的動(dòng)力性能有望傳感器與FCU相連?，F場(chǎng)對具體的參數進(jìn)行標定。得到進(jìn)一步提高。26進(jìn)氣系統表3動(dòng)力性對比取消增壓器總成;在進(jìn)氣總管上安裝節氣門(mén)總成,并將其上的節氣門(mén)位置傳感器和怠速步進(jìn)馬達機型額定功率/kW最大扭矩/Nm與ECU相連。原機118純乙醇發(fā)動(dòng)機1963初步試驗研究2)1600r/min時(shí),各種負荷下的動(dòng)力區基本上31試驗臺架都在過(guò)量空氣系數為0.8-0.89之間,如圖3所示試驗臺架如圖2所示?？刂婆_為發(fā)動(dòng)機試驗常3)1600r/min全負荷,點(diǎn)火提前角為98℃A規控制臺。其中,為補償乙醇汽化潛熱大所帶來(lái)的溫時(shí),對空燃比進(jìn)行標定。當過(guò)量空氣系數為084時(shí)度下降,改善乙醇的霧化,從實(shí)際情況出發(fā),在臺架功中國煤化工上增加了燃油預熱裝置,并安裝了燃油溫度和壓力CNMHG系數為08時(shí),傳感器對預熱后燃油的溫度和壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監控。對點(diǎn)疋。點(diǎn)前角為19℃A時(shí),同時(shí)安裝了爆震傳感器,對缸內壓力進(jìn)行監測。功率最大值為804kW,如圖4所示。設計·究汽車(chē)科技第2期2009年3月5)試驗中還發(fā)現改裝后純乙醇發(fā)動(dòng)機的排氣低14%。文獻中汽油機改為乙醇發(fā)動(dòng)機與汽油機溫度較高(全速全負荷時(shí)最高溫達到795℃),其與對比,電控噴射乙醇發(fā)動(dòng)機最大扭矩增加1.9%,最過(guò)量空氣系數成正比。大功率增加54%。本機采用增壓后其最大扭矩有望6)試驗中還對預熱后的燃油溫度進(jìn)行了監測,有進(jìn)一步提高。發(fā)現燃油經(jīng)過(guò)排氣管高溫輻射加熱后溫度上升了后續將在以下方面繼續開(kāi)展工作4-10℃,應能從一定程度上補償乙醇1)重新設計噴嘴和油軌的安裝形式,使噴射位置盡量靠近進(jìn)氣閥同時(shí)輔以燃油預熱裝置,以期能進(jìn)一步改善乙醇的霧化提高其冷起動(dòng)性能;◆102%2)考察渦輪增壓對乙醇發(fā)動(dòng)機性能排溫以及▲19%穩定性的影響3)適當增加乙醇發(fā)動(dòng)機的壓縮比,并考察其對發(fā)動(dòng)機性能、排溫以及穩定性的影響4)對乙醇發(fā)動(dòng)機的經(jīng)濟性和排放特性進(jìn)行試驗研究;5)進(jìn)行可靠性試驗研究,考察進(jìn)氣系統沉淀物66.2865268572676581292并探討采取改善乙醇霧化措施后對該沉淀物的影圖31600r/min空燃比特性目前國內對乙醇的使用還僅限于乙醇汽油的應用,純乙醇發(fā)動(dòng)機的使用還是一片空白因此對純乙汽化潛熱大所導致的溫度下降,改善混合氣的醇發(fā)動(dòng)機進(jìn)行探討性試驗研究就具有十分重大的意形成,從而提高發(fā)動(dòng)機性能。義參考文獻[」CB18350-2001,變性燃料乙醇[S[2]GB|8351-2004,車(chē)用乙醇汽油[S[3]熊云郭小川,王九汽車(chē)用油指南M北京:中國石化出版社,2005.[4鄧元望,劉放浪,劉學(xué)英.乙醇燃料及其在發(fā)動(dòng)機中的應用[J小型內燃機與摩托車(chē),2005,34(1):28[5]郭瑞蓮鮑曉峰,岳欣,等.車(chē)用乙醉汽油對發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣系統沉積物的影響研究C]北京:中國內燃機學(xué)會(huì 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