車(chē)用乙醇燃料對發(fā)動(dòng)機排放影響的試驗研究

第4期(總第17車(chē)用發(fā)動(dòng)機No 4(Serial No 177)2008年8月VEHICLE ENGINEAug.2008車(chē)用乙醇燃料對發(fā)動(dòng)機排放影響的試驗研究邵明龍',紀威',鮑曉峰2,郭瑞蓮1(1.中國農業(yè)大學(xué)工學(xué)院,北京100083;2.中國環(huán)境科學(xué)研究院,北京100012摘要:在Mll.發(fā)動(dòng)機臺架上,來(lái)用GB/T19230.6-2003規定的試驗方法,研究不同油品對發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣閥、艦燒宣等部位沉積物的彩響,同時(shí)用五組分分析儀隨車(chē)檢測發(fā)動(dòng)機NO,CO和HC的排放濃度。結果顯示,乙醇汽油雖能有效降低CO的排放,但是NO排放較高,HC排放略撒增加進(jìn)氣闊積炭較為嚴重。應加入有效的汽油清凈劑改善排放關(guān)鍵詞:乙醇汽油;汽油清凈劑;進(jìn)氣閥沉積物;總燃燒室沉積物;排放測量中圖分類(lèi)號:TK41.5文獻標志碼:A文章編號:1001-2222008)04-0090-03變性乙醇燃料作為一種再生能源,可以有效減成沉積物的評價(jià)工作。少車(chē)輛對石油資源的依賴(lài)。自2002年以來(lái)我國已本項目的試驗方法采用GB/T19230.6相繼有9個(gè)省市用含有10%乙醇的車(chē)用乙醇汽油2003規定的試驗方法代替普通汽油。通常人們認為乙醇汽油具有更好1.2測定排放物的試驗裝置及試驗方法的清潔性,可使尾氣排放中的HC平均減少30%以發(fā)動(dòng)機排放物的測定采用 AVL DisGas4000上,并能有效清除火花塞、燃燒室、氣門(mén)等部位積 Light五組分汽車(chē)排放分析儀,測量時(shí),分別打印出炭,有利于保持發(fā)動(dòng)機正常工作狀態(tài)。但是通過(guò)同一個(gè)試驗循環(huán)所包含的4個(gè)轉速工況發(fā)動(dòng)機排放對車(chē)用乙醇汽油的研究發(fā)現,乙醇汽油對發(fā)動(dòng)機積物的濃度,由于試驗時(shí)間為60h,可間隔測5~6組炭生成的作用明顯大于普通無(wú)鉛汽油且在尾氣檢數據以監測隨發(fā)動(dòng)機運轉時(shí)間的不同,NO2,HC,測中發(fā)現NO4與HC排放量均明顯增加10%左CO,CO2與O2排放的變化規律。右。這意味著(zhù),與普通無(wú)鉛汽油相比,目前我國多個(gè)1.3試驗油樣省市正在廣泛使用的車(chē)用乙醇汽油會(huì )在汽車(chē)發(fā)動(dòng)普通無(wú)鉛汽油的選用符合GB19592-2004中形成更多的積炭,更容易導致汽車(chē)排放惡化,因車(chē)用汽油清凈劑所要求的技術(shù)指標。經(jīng)M11試驗此,在車(chē)用乙醇汽油中加入有效的清凈劑已成為必臺架檢測,其進(jìn)氣閥的積炭為306mg/平均每閥,符要。本研究對比研究了普通無(wú)鉛汽油、加劑后的無(wú)合GB19592-2004表A.1要求基礎油進(jìn)氣閥鉛汽油及多種車(chē)用乙醇汽油在M11試式驗臺架上的沉積物質(zhì)量為(250±70)mg/平均每閥的數據。排放特性其他油樣分別選用市售乙醇汽油、自配乙醇汽油1試驗裝置及試驗方法E10(乙醇體積分數為10%選用統一的基礎油)、加清凈劑的乙醇汽油及加清凈劑的普通無(wú)鉛汽油。1.1評定沉積物的試驗裝置及試驗方法利用中國環(huán)境科學(xué)研究院汽車(chē)油品試驗室的2試驗結果分析M發(fā)動(dòng)機臺架,測定進(jìn)氣閥與總燃燒室沉積物,2.1M1臺架試驗結果分析試驗用發(fā)動(dòng)機為Ml1490Q發(fā)動(dòng)機。每次發(fā)動(dòng)機我國市售汽油清凈劑多達200多種,性能良莠試驗前均按規定的程序清洗有關(guān)零件并進(jìn)行系統的不齊,中國環(huán)境科學(xué)研究院曾對隨機抽查的部分汽檢查然后按嚴格的試驗工況來(lái)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機循環(huán)試油清凈劑進(jìn)行M1架試驗測試,試驗結果顯示,驗,在60h內完成800個(gè)循環(huán);用專(zhuān)用工具仔細收進(jìn)氣閥積炭(IVD)與總燃燒室積炭(CCD)均達到國集試驗后進(jìn)氣閥和燃燒室沉積物,并在16h之內完家試驗標準限值的合格清凈劑所占比例很小。本研中國煤化工收稿日期:2008-05-10;修回日期:200808-05基金項目:科研院所社會(huì )公益研究專(zhuān)項(2005DIB3J162)CNMHG作者簡(jiǎn)介:邵明龍(1969-),男,山東省日照市人,博士,主要研究方向為汽車(chē)燃料與排放的控制研究o 126. com.2008年8月邵明龍,等:車(chē)用乙醇燃料對發(fā)動(dòng)機排放影響的試驗研究究中,為與所研究的乙醇汽油進(jìn)行對比,選用了一種和監督,參照國外使用經(jīng)驗暫時(shí)只推廣E10一種合格的汽油清凈劑。對3種不同的乙醇汽油進(jìn)行車(chē)用乙醇汽油,其氧質(zhì)量分數達到3.5%超過(guò)普通Ml臺架試驗,試驗結果見(jiàn)表1。無(wú)鉛汽油氧質(zhì)量分數為2.7%的技術(shù)要求,而富氧表1不同油樣試驗結果(M111法)是生成NO2的重要條件;乙醇的火焰傳播速度為試驗油樣每閥IvD/mg每機TcD/0.38m/s~0.58m/st4,高于汽油的燃燒速度,從基礎油而使瞬時(shí)燃燒溫度升高,也會(huì )使NO排放增加608另外,由于自配乙醇汽油進(jìn)氣閥積炭較為嚴重,加劑乙醇汽油加大了進(jìn)氣阻力,降低了充氣效率,從而影響了燃燒市售乙醇汽油5368室的溫度,盡管發(fā)動(dòng)機運轉時(shí)間較短,但與市售乙醇自配乙醇汽油(E10)4515328汽油相比,其略低的燃燒溫度抑制了NO2的排放。由表1看出,自配乙醇汽油的進(jìn)氣閥與總燃燒由圖1還可以看出,乙醇汽油與基礎油加清潔室積炭均大于基礎油特別是進(jìn)氣閥積炭原因分析荊后,NO2排放均比加劑前高這可以用M1會(huì )如下:架試驗結果來(lái)解釋,由表1可以看出,燃用加清凈劑1)乙醇的汽化潛熱遠遠高于汽油的汽化潛熱的油品,燃燒室內積炭全部明顯增多這使得發(fā)動(dòng)機(乙醇為904kJ/kg,汽油為310k/kg)),當燃料經(jīng)壓縮比增大且不易散熱,所以燃燒室內溫度增高,噴嘴噴射到進(jìn)氣閥背面時(shí),造成進(jìn)氣閥背面溫度降NO,排放相對增加低,使燃料不能充分霧化,燃料中大分子的物質(zhì)易形000r基礎油自配乙醇汽油加劑乙醇成結焦,從而在進(jìn)氣閥背面易形成積炭;2)乙醇的黏度比汽油大3倍左右(乙醇為1.20mPa·s,汽油為0.28mPa·s~0.59mPa·s),導致乙醇汽油的黏度增加,使發(fā)動(dòng)機易產(chǎn)生黏著(zhù)磨損,從而使發(fā)動(dòng)機易產(chǎn)生沉積與腐蝕;3)乙醇汽油為含氧燃料(E10氧質(zhì)量分數為3.5%),其中的氧會(huì )與氫合成OH基,再與苯環(huán)生成酚類(lèi)。酚類(lèi)易于吸收空氣中的氧而成為醌形結運轉時(shí)間/h構。這種物質(zhì)能與烴類(lèi)物質(zhì)氧化后生成的醛、酮等含氧化合物發(fā)生縮合反應,生成不溶性的樹(shù)脂狀的圖1M11l臺架不同油品NO2排放隨發(fā)動(dòng)機深色物質(zhì),最終成為沉積物之運轉時(shí)間的變化(n=3800r/min)由于市售乙醇汽油按照GB18351-2004222油品對CO排放的影響車(chē)用乙醇汽油的規定加入了一定量的“改善其使用由圖2看出,乙醇汽油CO排放比基礎油明顯性能的添加劑”,所以其進(jìn)氣閥積炭低于自配乙醇汽下降。這是因為乙醇汽油與基礎汽油相比,含碳量油,但其進(jìn)氣閥與總燃燒室積炭仍然偏高。與加入少(其含碳量?jì)H為汽油的61%左右),含氧量多,而同種清凈劑的基礎油相比,加劑乙醇汽油的進(jìn)氣閥含氫量卻大致與汽油相仿(乙醇含氫量為13.13%積炭略高于加劑基礎汽油,但已在國家試驗標準限加劑乙醉汽油一基礎油值之內。表1的試驗數據進(jìn)一步顯示,在乙醇汽油是加劑基礎油一市售乙醇汽油中應加入有效的汽油清凈劑。2.2排放物試驗結果分析采用五組分分析儀檢測各種油樣在M111臺架上的排放,分析不同油樣對發(fā)動(dòng)機排放的影響2.2.1油品對NO2排放的影響由圖1看出,乙醇汽油NO2的排放明顯增高中國煤化工賣(mài)如而我國雖然對E7.7,E10,E15不同變性車(chē)用乙醇汽油CNMHG進(jìn)行了試驗工作,但為了在推廣與應用時(shí)便于管理4吾采個(gè)同徹mLU放隨發(fā)動(dòng)機運轉時(shí)間的變化(n=3800r/min)92車(chē)用發(fā)動(dòng)機2008年第4期汽油含氫量為13%~15%),這就減少了生成CO一步檢測各種油品對汽車(chē)排放物的影響,應進(jìn)行的條件。另外,乙醇汽油為含氧燃料燃燒時(shí)有自供8萬(wàn)km~16萬(wàn)km的行車(chē)試驗檢測氧效應,這也使CO較多地轉變?yōu)镃O2,從而使CO排放降低。由圖2還看出,加清凈劑的油品由于燃燒室溫度髙,充分燃燒占了主導地位,所以其CO排則三放也略微低于加劑前一加劑基礎汽油市售乙醇汽油40}→加劑乙醇汽油一自配乙醇汽油22.3油品對HC排放的影響在M11臺架試驗測試中,HC排放主要由兩部分組成:燃料不完全燃燒形成的HC排放;燃燒運轉時(shí)間/h壁面的多孔性積炭等吸附及釋放所形成的HC排圖3M1l臺架不同油品HC排放隨發(fā)動(dòng)機放。燃料不完全燃燒的首要原因是燃燒溫度低,這運轉時(shí)間的變化(n=3800r/min)是乙醇汽油HC排放略微增高的一個(gè)原因。其次,3結論在進(jìn)氣和壓縮過(guò)程中,沉積在活寨頂部、燃燒室壁面和進(jìn)排氣門(mén)上的多孔性積炭,會(huì )吸附未燃混合氣的a)通過(guò)M111臺架試驗發(fā)現,燃用乙醇汽油燃燃油蒸氣隨后當混合氣中燃油濃度由于燃燒降到料進(jìn)氣閥與燃燒室內的積炭仍然很多,需要加入乙0時(shí),油膜就釋放出油氣。由于釋放時(shí)刻較遲,這醇汽油清凈劑部分油氣只有少數被氧化。通過(guò)M111臺架試驗b)乙醇汽油中加清凈劑可極大改善其清凈性,但加數據可知,乙醇汽油的進(jìn)氣閥、燃燒室的積炭較為量過(guò)多或類(lèi)型不合適會(huì )加劇燃燒室沉積物的生成嚴重,不易散熱,使室內溫度偏高,所以又可以控c)通過(guò)隨車(chē)檢測發(fā)動(dòng)機排放物濃度發(fā)現,燃用制HC排放增加。圖3示出各種原因共同作用對乙醇汽油NO,排放高于基準汽油,HC排放變化不HC排放的影響是很明顯,CO排放則顯著(zhù)降低。通過(guò)隨車(chē)檢測發(fā)動(dòng)機排放物濃度發(fā)現,乙醇汽參考文獻:油雖能有效降低CO的排放,但是NO2排放較高HC排放略微增加。這個(gè)測驗結果與加利福尼亞空1]熊云,郭小川,王九汽車(chē)用油指南[M北京:中氣資源局(CARB)在1990年~1995年生產(chǎn)的14輛國石化出版社,2005汽車(chē)上分別采用E10和汽油(已加有含氧化合物即[2] Guo Hejun. Development of gasoline deterge11%的MTBE)進(jìn)行排放試驗的結果相仿:乙醇汽research[J]. Polymer material science and engineering18(1):171-1油與MTBE燃油相比,CO排放降低10%,NO,排[3]楊思文高等工程熱力學(xué)CM.北京高等教育出威放增加14%,HC排放增加10%。但是也看出,各社,1988.種油品其排放物隨發(fā)動(dòng)機運轉時(shí)間的變化趨勢不是[4]岑可法姚強駱仲決高等燃燒學(xué)[M.漸江:浙江很明顯,原因是M111臺架試驗運轉時(shí)間較短,若進(jìn)大學(xué)出版社,2003Experimental Study on the Influence of VehicleEthanol Gasoline on Engine EmissionSHAO Ming-long, JI Wei, BAO Xiao-feng, GUO Rui-lian.2(l. College of Engineering, China Agriculture University, Beijing 100083, China;Abstract: On the Mill engine test bench, the influences of different fuels on intake valve deposit(IVD) and total combusthamber deposit(TCD) were researched according to specified test methods of GB/T 19230. 6-2003. The NO,, CO andemission were measured with AVL Dis Gas 4000 Light. The results shees the CO emission effectively but increases the NO, emission. Besides, the ethanol gasoline中國煤化工bout the severe IVD. The emission should be improved by adding theCNMHGKey words: ethanol gasoline; gasoline detersive: IVD; TCD; emission measurement