乙醇/汽油混合燃料對電噴汽油機排放特性的影響

2005年8月農業(yè)機械學(xué)報第36卷第8期乙醇/汽油混合燃料對電噴汽油機排放特性的影響高祥宋崇林成存玉郭振鵬董素榮摘要】采用增氧劑乙醇替代甲基叔丁基醚,在發(fā)動(dòng)機臺架上研究了不同摻混比混合燃料對電噴汽油機排放特性的影響及三效催化器的凈化性能。實(shí)驗結果表明,汽油機摻燒乙醇后,在低轉速時(shí)CO排放有所升高,而在中高轉速時(shí)CO的排放改善程度較小;在所有轉速條件下,THC排放量都有所降低,其中E4組(無(wú)水乙醇添加量9.826%)燃油對THC排放改善效果較明顯,降低幅度接近40%,而NO排放僅在中低轉速時(shí)降低較明顯。催化轉化器對CO和THC凈化效率分別為42%~99%、58%~93%對NO2的催化轉化率相對低一些,平均約為27%三效催化器的轉化效率與燃料中乙醇含量、汽油機轉速和負荷有關(guān)關(guān)鍵詞:電噴汽油機乙醇三元催化器排放中圖分類(lèi)號:TK417+,126文獻標識碼:AEffect of Ethanol Anhydrous Addition into Gasoline on RegulatedEmission Characteristics of an EFI Gasoline EngineGao Xiang Song Chonglin Cheng Cunyu Guo Zhenpeng Dong Surong(1. Tianjin University 2. Military Traffic Institute)AbstractReferring to oxygen concentration in methyl tertiary butyl ether (MTBE)/gasoline blendedfuels with 0,,, 15% and 20% MTBe respectively, ethanol anhydrous(EA) was usedas a substitute for mTbe and mixed into 90 unleaded gasoline, namely eo, El, E2, E3 andE4. The effects of EA addition into gasoline on the regulated emissions from an eFi gasolineengine and catalytic conversion efficiency were investigated. The experimental results showedthat with EA/ gasoline mixtures, CO emissions were increased at low speed and decreased little atmiddle and high speed. THC emissions were reduced under all operating conditions. When E4was fueled, THC emissions have been decreased obviously to 40%. NO, emissions had a greatdecrease at low and middle speed. Catalytic conversion efficiencies of CO and THC were from42% to 99% and from 58% to 93%respectively. But catalytic conversion rate of NO, onlyreached 27%. The efficiency of catalytic converter had relations to the speed, load of the engineand the ethanol content in the blended fuelsKey words EFi gasoline engine, Ethanol, Three-way catalytic converter, Emissions丁基醚( methyl tert- butyl ether,簡(jiǎn)稱(chēng)MTBE),汽引言油車(chē)燃用加入MTBE的汽油后可減少CO和THC目前,國際上應用最多的汽油增氧劑是甲基叔的排放,對保護環(huán)境有益。但大量研究結果表明,收稿日期:2004-08-09國家自然科學(xué)基金資助項目(項目編號:50076032)中國煤化工高祥天津大學(xué)內燃機燃燒學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室碩士生,30007天津中宋崇林天津大學(xué)內燃機燃燒學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室教授博士生導師CNMHG成存玉天津大學(xué)內燃機燃燒學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室碩士生郭振鵬天津大學(xué)內燃機燃燒學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室碩土生董素榮解放軍軍事交通學(xué)院汽車(chē)工程系博士生,300161天津市農業(yè)機械學(xué)報2005年MTBE可誘發(fā)癌癥,導致免疫系統功能下降等慢性公司MEXA-7100DEGR型汽車(chē)排氣分析儀檢測疾病,且使用中易污染地下水。1999年美國加利發(fā)動(dòng)機排氣中的常規排放物,用不分光紅外線(xiàn)法福尼亞州發(fā)現地下水受到地下汽油儲槽泄漏的微量(NDⅠR)分析CO排放,用氫火焰離子法(FID)檢測MTBE污染,宣布禁用MTBE作汽油含氧添加劑?？偺細?THC)排放,化學(xué)發(fā)光法(CLD)檢測尾氣中隨后,類(lèi)似情況也在其他一些州受到追究和責備。鑒NO。于此,應尋找和開(kāi)發(fā)綠色環(huán)保型汽油增氧劑以替代臺架實(shí)驗用汽油機未做任何調整,乙醇/汽油混MTBE。乙醇是一種無(wú)毒的含氧燃料,可以改善發(fā)動(dòng)合燃料(以下簡(jiǎn)稱(chēng)混合燃料)現場(chǎng)調配。選用MTBE機的燃燒和排放特性[24,由于乙醇可以從生物質(zhì)作為實(shí)驗的參照,以MTBE添加量(體積分數)5%,制取,燃燒后所排出的CO2可被植物所吸收,對大10%,15%20%時(shí)的含氧量換算成相應無(wú)水乙醇的氣環(huán)境的CO2凈釋放率為零,因此,乙醇是一種添加量(體積分數)2.456%,4.912%,7.369%,較為理想的MTBE替代品。9.826%,并將無(wú)水乙醇按相應比例添加到90號無(wú)本文選擇無(wú)水乙醇( ethanol anhydrous,簡(jiǎn)稱(chēng)鉛汽油中,分別記為E0(基礎油)、E1、E2、E3、E4。EA)為研究對象,分析研究EA替代MTBE,電噴汽油機燃用不同摻混比乙醇/汽油混合燃料的CO、實(shí)驗結果及分析THC及NO2排放規律及三效催化轉化器的催化凈圖1給出了混合燃料汽油機的CO排放。從圖化性能。中可以看出,1600r/min時(shí)除燃用E4組燃油高負荷時(shí)外,汽油機摻燒乙醇后CO排放有所上升,汽油實(shí)驗條件機燃用E2組燃油時(shí)CO排放上升幅度最大,與燃用實(shí)驗發(fā)動(dòng)機為HL4951Q型多點(diǎn)電噴汽油機,缸基礎油相比上升約15%;2600r/min時(shí)汽油機燃用徑為95mm,行程為100mm,壓縮比為7.6。三效催E4組燃油時(shí)CO排放改善效果最為明顯,平均降低化器的催化劑成分為貴金屬Pt和Rh,載體為堇青20%,其他燃油組與基礎油組相比CO排放整體石蜂窩陶瓷,孔數為64孔/cm2。使用日本 HORIBA變化不大;3400r/min時(shí)汽油機摻燒乙醇后CO排■E0口E回E4■E0囗E2aE4NE1因E6884100負荷/%%圖1乙醇/汽油混合燃料汽油機的CO排放Fig 1 CO emissions of gasoline engine fueled EA/gasoline mixtures(a)1 600 r/min (b)2 600 r/min (c)3 400 r/min放略有降低。THC排放有不同程度改善,其中汽油機燃用E4組圖2給出了混合燃料汽油機三效催化器對CO燃油與燃用基礎油相比,THC排放降低約40%;的凈化效率。從圖中可以看出,1600r/min時(shí)催化2600r/min時(shí),汽油機摻燒乙醇后THC排放明顯器的凈化效率比其他兩個(gè)轉速的都高,轉化效率為降低,但乙醇摻燒比例的不同對THC排放的改善82%~97%;2600r/min時(shí)汽油機燃用E2、E3和程度影響不大;3400r/min時(shí),隨著(zhù)負荷增大,汽油E4組燃油時(shí)的催化器凈化效率稍?xún)?yōu)于基礎油組。機摻燒乙醇后THC排放有所改善3400r/min時(shí)汽油機燃用E2組燃油時(shí)催化器的凈圖4給出了混合燃料汽油機三效催化器對化效率最低,平均約為65%,對于其他燃油組,催化THC的凈化效率。從圖中可以看出,1600r/min器的凈化效率與基礎油組相比變化不大,平均約為時(shí),H中國煤化工THC的凈化效率73%可見(jiàn),三效催化器對CO的凈化效率與混合燃整體CNMHG燃用E1組燃油時(shí)料中的含醇量、發(fā)動(dòng)機轉速和負荷有關(guān)的平遇化雙平取離,織為。2600r/min時(shí)汽圖3給出了混合燃料汽油機的THC排放。從油機燃用基礎油時(shí)THC的凈化效率約為91%,而圖中可以看出,1600r/min時(shí)汽油機摻燒乙醇后汽油機燃用E2和E4組燃油時(shí)凈化效率相對較低,第8期高祥等:乙醇/汽油混合燃料對電噴汽油機排放特性的影響■E0口E2■E0口E2El口E3CE4SEl E3圖2乙醇/汽油混合燃料汽油機的CO凈化效率ig2 Catalytic conversion rate of co of gasoline engine fueled EA/gasoline mixtures(a)1 600r/min (b)2 600 r/min (c)3 400 r/minHE4■E0口E2NEl區E3sEwE3日E4■E0口E2日E4SEl E3h自圖3乙醇/汽油混合燃料汽油機的THC排放Fig 3 THC emissions of gasoline engine fueled EA/gasoline mixtures(a)1 600 r/min (b)2 600 r/min (c)3 400 r/min■E06783100負荷/%負荷/%圖4乙醇/汽油混合燃料汽油機的THC凈化效率Fig4 Catalytic conversion rate of THC of gasoline engine fueled EA/gasoline mixtures(a)1 600r/min (b)2 600 r/min (c)3 400 r/min約為85%。3400r/min時(shí)汽油機燃用基礎油,凈化圖6給出了混合燃料汽油機三效催化器對NOx效率比燃用混合燃料高,特別是高負荷時(shí)更為明顯。的凈化效率。從圖中可以看出,1600r/min時(shí)NO圖5給出了混合燃料汽油機的NO排放。從圖凈化效率較低,各組燃油均不超過(guò)30%中可以看出,1600r/min時(shí)除小負荷外,汽油機摻2600r/min高負荷時(shí),燃用E2、E3組燃油時(shí)催凈化燒乙醇后NO2排放降低明顯;2600r/min時(shí)汽油效率相對較高;3400r/min時(shí)整體上看,汽油機燃機摻燒乙醇后NO-排放有一定降低,但降低幅度比用基礎油、1及E2組燃油時(shí),凈化效率優(yōu)于乙醇1600r/min時(shí)小;而3400r/min時(shí),汽油機摻燒乙摻混中國煤化工醇后NOx排放有所改善,其中燃用E2組燃油時(shí)CNMHG凈化效率與燃料中NO4排放降低幅度最大,與燃用基礎油相比降低約乙醇含量、汽油機轉速和負荷有關(guān)系。10%農業(yè)機械學(xué)報2005年35■E0口E2E4Bo日B2aE4E1口E3■E0口E2E4EI日5圖5乙醇/汽油混合燃料汽油機的NOx排放Fig 5 NO, emissions of gasoline engine fueled EA/gasoline mixtures(a)1 600 r/min (b)2 600 r/min (c)3 400 r/min■E0日E2日EAMEI E■E0日B曰E4MEl ELEA負荷/%圖6乙醇/汽油混合燃料汽油機的NO2凈化效率Fig6 Catalytic conversion rate of NO, of gasoline engine fueled EA/gasoline mixtures(a)1 600 r/min (b)2 600 r/min (c)3 400 r/minTHC排放都有所降低,其中E4組燃油的THC排3結論放改善效果較明顯,其最大降幅率接近40%。三效(1)汽油機摻燒乙醇后,在低轉速時(shí)CO排放催化器對THC的凈化效率較高。有所升高,而中高轉速時(shí)對CO排放改善程度較小(3)汽油機摻燒乙醇后,NO2排放在中低轉速三效催化器對排放中CO的凈化效率,在低轉速時(shí)時(shí)降低較明顯,在高轉速時(shí)也略有改善,但凈化效率普遍較高,而中高轉速時(shí)隨負荷的增加凈化效率降較低。低4)三效催化器的凈化效率與乙醇的含量、發(fā)(2)汽油機摻燒乙醇后,在所有轉速條件下,動(dòng)機的轉速和負荷有關(guān)。參考文獻1 Farhad Nadim, Peter Zack, George E Hoag, et al. 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