E0-E40乙醇/汽油混合燃料在汽油發(fā)動(dòng)機中的試驗研究

第32卷第2期燕山大學(xué)學(xué)報Vol. 32 No. 22008年3月Joumal of Yanshan UniversityMar.2008文章編號:1007-791X(2008)020176-04E0-E40乙醇汽油混合燃料在汽油發(fā)動(dòng)機中的試驗研究劉曉輝(1.山東交通職業(yè)學(xué)院,山東濰坊261206)摘要:在一臺直列四缸汽油機上,研究了乙醇汽油混合燃料對發(fā)動(dòng)機性能的影響。結果表明在發(fā)動(dòng)機結構、技術(shù)參數不變的條件下,動(dòng)力性能在低轉速下降低,高轉速下卉高,但變化幅度不大:燃油消耗率有所升高排放性能明顯改善。最后,通過(guò)模糊綜合評價(jià)方法確定出最佳摻醇比關(guān)鍵詞:汽油機;乙醇;發(fā)動(dòng)機特性中圖分類(lèi)號:TK411.7文獻標識碼:A0引言機和FGA4100排氣分析儀。試驗油品采用93#普由于石油短缺和環(huán)境污染的日益嚴重,開(kāi)發(fā)低通無(wú)鉛汽油和95%工業(yè)乙醇。污染代用燃料已日益迫切。乙醇是一種可以從糧食2試驗結果及分析辛烷值高、沒(méi)有毒性、與汽油相溶性好,是提高汽1動(dòng)力性分析油辛烷值的優(yōu)良添加劑,而且易實(shí)現各種比例的摻燒。為此,研究了乙醇汽油對汽油機性能的影響,由圖1可以看出,在節氣門(mén)全開(kāi)、低轉速下為進(jìn)一步推廣乙醇汽油提供了一些依據。隨乙醇含量增加,發(fā)動(dòng)機最大轉矩和功率有所下降,但下降幅度不大。當發(fā)動(dòng)機轉速為2000pm,1實(shí)驗系統及方法摻醇比為E10、E20、E30和E40時(shí),發(fā)動(dòng)機的最大轉矩比原機降低了約3.18%、346%、446%和按照國家標準QCT524-199°汽車(chē)發(fā)動(dòng)機628%:發(fā)動(dòng)機最大功率分別比原機降低了約性能試驗方法》,采取對比試驗方法,比較了不同3.04%、348%、478%和826%。低轉速時(shí)進(jìn)氣乙醇摻燒比下發(fā)動(dòng)機的性能,并與原汽油機性能進(jìn)節流減小,乙醇含氧優(yōu)勢不明顯,同時(shí)乙醇汽化潛行了對比。試驗用發(fā)動(dòng)機技術(shù)參數如表1所示。熱比汽油燃料大,結果導致著(zhù)火過(guò)程中滯燃期延表1試驗用汽油發(fā)動(dòng)機主要參數長(cháng),火焰溫度降低,并且乙醇的熱值低于汽油,故Tab. 1 Main parameters of tested gasoline engine在低速時(shí)混合燃料的轉矩和功率有所降低。在節氣門(mén)全開(kāi)、高轉速下,最大轉矩和功率有所上升。當發(fā)動(dòng)機型號TOYOTA4A發(fā)動(dòng)機轉速為4500mpm,摻醇比為E10、F20、E30氣缸直徑x行程/mm和E40時(shí),發(fā)動(dòng)機最大轉矩分別升高了約095%、壓縮比排量L121%216%和285%;最大功率升高了約0.92%最大功率轉速/( kw/rpm)128%3.30%4.95%在高速高負荷下,發(fā)動(dòng)機最大轉矩轉速/0Nm/mm)1284400進(jìn)氣節流、燃料噴射量增大,單位時(shí)間燃燒反應次數增加,加上乙醇是含氧燃料、汽化潛熱較高,使主要測量?jì)x器有FCM05瞬態(tài)油耗測量?jì)x、中國煤化工充氣效率,可CWK6003負荷轉速測量?jì)x、CW260電渦流測功收稿日期:2007-1221THCNMHG作者簡(jiǎn)介:劉曉輝(1981-),男,山東濰坊人,碩士研究生。主要研究方向為內燃機燃燒與排放第2期劉曉輝E0E40乙醇汽油混合燃料在汽油發(fā)動(dòng)機中的試驗研究177以使燃燒得更充分。故在高速時(shí)的轉矩和功率有所→E→E10E20E30E4升高?！鶨10E20E30一E40(a)3000pm時(shí)燃油消耗率15002000250030003500400045005000(a轉矩特性圖→E0·E10→E20E30=E40←后們b)4200mpm時(shí)燃油消耗率1500200025003000圖2發(fā)動(dòng)機經(jīng)濟性與乙醇體積分數的關(guān)系b)功率特性圖Fig. 2 Relationship between engine economy and the volumfraction of ethanol圖1不同乙醇體積分數下發(fā)動(dòng)機特性與原機對比23排放性分析rison ofengine characteristics with original ma-chine under different ethanol volume fraction實(shí)驗比較了轉速在4200mpm時(shí)隨負荷變化,發(fā)動(dòng)機未燃HC、CO和NO的排放性。22經(jīng)濟性分析1)HC的排放特性分析實(shí)驗考察了乙醇體積分數對發(fā)動(dòng)機經(jīng)濟性的影響,圖2是汽油發(fā)動(dòng)機在部分負荷工況,轉速為在整個(gè)負荷范圍內,燃用93#汽油時(shí)HC排放3000rpm、4200rpm時(shí)燃用混合燃料的燃油消耗髙于燃用其它混合燃料,隨著(zhù)乙醇的增加,各種負率曲線(xiàn)圖?？梢钥闯?燃用混合燃料時(shí)其耗油率增荷下的HC排放均有明顯降低,由此可知,加入乙加較多,這是因為乙醇的熱值低于無(wú)鉛汽油,在發(fā)醇可以改善燃燒,使尾氣中的HC含量大幅度降動(dòng)機動(dòng)力輸出功率不變時(shí)需要燃燒更多燃料,并不低,如圖3所示是燃燒熱效率惡化。從圖中還可以看出,在中小負2)CO的排放特性分析荷時(shí)油耗率增加較大,而大負荷時(shí)油耗率增加幅度有所下降。這是因為在中小負荷時(shí),過(guò)量空氣系數在中小負荷時(shí),過(guò)量空氣系數基本保持在1左右,加之醇類(lèi)燃料的C/H小于汽油,汽化潛熱大在1左右,乙醇含氧優(yōu)勢、促燃作用不明顯;在大負荷時(shí),發(fā)動(dòng)機提供濃混合氣,乙醇的自含氧量會(huì )于汽油,有利于混合氣的充分燃燒,使得各種燃料使乙醇汽油的燃燒比無(wú)鉛汽油更為充分,從而減小的V山中國煤化工在大負荷時(shí),各種了油耗率增加。CNMHG這是因為在高負荷時(shí)為了輸出較大功率而增加噴油量形成了濃混燕山大學(xué)學(xué)報過(guò)量空氣系數<1,這使CO的排放開(kāi)始上E0一E10一E0=E30一E40升。隨著(zhù)摻燒乙醇比的增加,CO排放有明顯改善這是由于醇類(lèi)燃料自攜氧有助于充分燃燒,如圖4所示。E20一E30=E2100303540功K圖5m4200pm時(shí)NO的排放特性Fig. 5 Emissions characteristics of NO, (n4200 rpm)354045功率“k雷31評價(jià)指標矩陣圖3m4200mpm時(shí)HC的排放特性將采集的實(shí)驗數據歸一量化后得到評價(jià)矩陣,Fig 3 Emissions characteristics of HC(4200 rpm)表2、表3是m=3000pm、m4200mpm轉速下的各指標的評價(jià)矩陣A0AE0=E10E20E30一E:0表2r=3000pm時(shí)的評價(jià)矩陣AxmTab. 2 Evaluation matrix Ajo( 300燃料類(lèi)型轉矩指數NO指數HC指數CO指數燃油消耗率指數E009970000000000000.12409970.3330.576041009900.3800.7250.462E400870040708040508000表3m4200mm時(shí)的評價(jià)矩陣Aa功率kTab 3 Evaluation matrix Aa(4200 rpm)圖4m4200mm時(shí)CO的排放特性燃料類(lèi)型轉矩指數NO指數HC指數CO指數燃油消耗率指數09720.0000.00000000.129Fig. 4 Emissions characteristics of Co (n4200 rpm)E1009820.3860.317000000983)NO的排放特性分析E200.9840.5090.51208280.082E3009930.5320.6340.3970070NO生成的條件為高溫、富氧和高溫持續時(shí)間E401.0000.5490.7150.556乙醇汽化潛熱約為汽油的292倍,添加乙醇后發(fā)32確定評價(jià)指標的權重動(dòng)機進(jìn)氣溫度較低,缸內最高燃燒溫度下降,從而采用打分法確定評價(jià)指標權重,分數為1、2抑制了NO的生成量:隨功率增加,乙醇的加入使3三級。以?xún)煞N不同的評價(jià)指標相對發(fā)動(dòng)機性能的滯燃期延長(cháng),NO的生成量有所增加,但NO排放重要性而言進(jìn)行相對比較,當一種指標對發(fā)動(dòng)機性值遠低于原機,如圖5所示。能相比另一種指標較重要的給3分,同樣重要的給3最優(yōu)體積分數的確定2分,不太重要的給1分,不重要的給0分。各項評價(jià)指標的權重分別為轉矩030、NO20.15、HC應用模糊綜合評價(jià)原理,采用表征發(fā)動(dòng)機動(dòng)力0.15、中國煤化工特性的轉矩、表征排放特性的NO2、HC、CO和3.3CNMHG表征經(jīng)濟性的燃油消耗率為評價(jià)指標,對發(fā)動(dòng)機特性進(jìn)行綜合評價(jià)。根據前文,得出指標評價(jià)矩陣和權重。計算出第2期劉曉輝E0E40乙醇/汽油混合燃料在汽油發(fā)動(dòng)機中的試驗研究179各項指標的評價(jià)值,可計算出3000mm時(shí)燃料的時(shí)燃料的綜合評價(jià)值Bm分別是0.324、0.42綜合評價(jià)值Bw,如表4所示同理可求出4200rpm0.593、0.550、0.573m時(shí)評價(jià)結果BTab. 4 The evaluation results Byo(3000 rpm)燃料類(lèi)型轉矩評價(jià)值NO評價(jià)值HC評價(jià)值Co評價(jià)值燃油消耗率評價(jià)值綜合評價(jià)值Bm0.0000000E1000220.4493000700.05700690.5490.00000760.519將B∞和Bw相加即可得到兩種轉速下的綜合后燃料消耗率增加的結論;評價(jià)值B={0.654,0.873,1.110,1.09,1.092}4)采用模糊綜合評價(jià)方法,對發(fā)動(dòng)機進(jìn)行綜計算結果表明E20的綜合評價(jià)值最高,表明E20合評價(jià),得出E20的綜合性能最好。在本試驗發(fā)動(dòng)機上的應用綜合效果最好。結論參考文獻)在節氣門(mén)全開(kāi)、低轉速下,隨摻醇比增加,[]何邦全,閆小光,王建昕,等.電噴汽油機燃用乙醇一汽油燃料的排放性能研究?jì)热紮C學(xué)報,2002,20(5):399402發(fā)動(dòng)機最大轉矩和功率有所下降;在高轉速下,隨[2]錢(qián)葉劍,談建,左承基,等.車(chē)用乙醇汽油對電噴汽油機性能摻醇比增加,發(fā)動(dòng)機最大轉矩和功率有所上升,變影響的實(shí)驗研究?jì)热紮C學(xué)報,200624(4):320325化幅度不大[3]黃付強乙醇汽油靈活比例電控發(fā)動(dòng)機性能研究DD,杭州2)對比了發(fā)動(dòng)機在4200mm時(shí)隨負荷變化的浙江大學(xué),2005排放特性,結果顯示摻燒乙醇會(huì )減少HC、CO和{徐冠朋增氧劑對電噴汽油機性能及排放的影響天津大學(xué),2004NO排放量;3)通過(guò)對燃油經(jīng)濟性的試驗,得出摻燒乙醇Study on E0-E40 ethanol/gasoline mixed fuel in the gasoline engineLIU Xiao-hui(l. Shandong Transport Vocational Collage, Weifang, Shan61206. ChinaAbstract: In an inline four-cylinder gasoline engine, the influence of the mixed fuel of ethanol and gasoline on the performance ofengine has been studied. The results show that dynamic performance of the engine is lower at a low speed and is higher at a highspeed, when the structure and technical parameters of the engine remain unchanged, but modest changes; fuel consumption rateis increased; emission performance improves obviously. At last, the best-mixed ethanol rate is identified by vague comprehensiveevaluation methodKey words: gasoline engine; ethanol; engine characteristics中國煤化工CNMHG