第32卷第2期燕山大學(xué)學(xué)報(bào)Vol. 32 No. 22008年3月Joumal of Yanshan UniversityMar.2008文章編號(hào):1007-791X(2008)020176-04E0-E40乙醇汽油混合燃料在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中的試驗(yàn)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(tái)直列四缸汽油機(jī)上,研究了乙醇汽油混合燃料對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。結(jié)果表明在發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)不變的條件下,動(dòng)力性能在低轉(zhuǎn)速下降低,高轉(zhuǎn)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,通過模糊綜合評(píng)價(jià)方法確定出最佳摻醇比關(guān)鍵詞:汽油機(jī);乙醇;發(fā)動(dòng)機(jī)特性中圖分類號(hào):TK411.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A0引言機(jī)和FGA4100排氣分析儀。試驗(yàn)油品采用93#普由于石油短缺和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重,開發(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(yàn)結(jié)果及分析辛烷值高、沒有毒性、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(xiàn)各種比例的摻燒。為此,研究了乙醇汽油對(duì)汽油機(jī)性能的影響,由圖1可以看出,在節(jié)氣門全開、低轉(zhuǎn)速下為進(jìn)一步推廣乙醇汽油提供了一些依據(jù)。隨乙醇含量增加,發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和功率有所下降,但下降幅度不大。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2000pm,1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方法摻醇比為E10、E20、E30和E40時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩比原機(jī)降低了約3.18%、346%、446%和按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)QCT524-199°汽車發(fā)動(dòng)機(jī)628%:發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率分別比原機(jī)降低了約性能試驗(yàn)方法》,采取對(duì)比試驗(yàn)方法,比較了不同3.04%、348%、478%和826%。低轉(zhuǎn)速時(shí)進(jìn)氣乙醇摻燒比下發(fā)動(dòng)機(jī)的性能,并與原汽油機(jī)性能進(jìn)節(jié)流減小,乙醇含氧優(yōu)勢(shì)不明顯,同時(shí)乙醇汽化潛行了對(duì)比。試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)如表1所示。熱比汽油燃料大,結(jié)果導(dǎo)致著火過程中滯燃期延表1試驗(yàn)用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)長(zhǎng),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(zhuǎn)矩和功率有所降低。在節(jié)氣門全開、高轉(zhuǎn)速下,最大轉(zhuǎn)矩和功率有所上升。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)TOYOTA4A發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)最大轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速/( kw/rpm)128%3.30%4.95%在高速高負(fù)荷下,發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速/0Nm/mm)1284400進(jìn)氣節(jié)流、燃料噴射量增大,單位時(shí)間燃燒反應(yīng)次數(shù)增加,加上乙醇是含氧燃料、汽化潛熱較高,使主要測(cè)量?jī)x器有FCM05瞬態(tài)油耗測(cè)量?jī)x、中國(guó)煤化工充氣效率,可CWK6003負(fù)荷轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x、CW260電渦流測(cè)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?yàn)閮?nèi)燃機(jī)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(jī)中的試驗(yàn)研究177以使燃燒得更充分。故在高速時(shí)的轉(zhuǎn)矩和功率有所→E→E10E20E30E4升高。→E10E20E30一E40(a)3000pm時(shí)燃油消耗率15002000250030003500400045005000(a轉(zhuǎn)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(jī)經(jīng)濟(jì)性與乙醇體積分?jǐn)?shù)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?jǐn)?shù)下發(fā)動(dòng)機(jī)特性與原機(jī)對(duì)比23排放性分析rison ofengine characteristics with original ma-chine under different ethanol volume fraction實(shí)驗(yàn)比較了轉(zhuǎn)速在4200mpm時(shí)隨負(fù)荷變化,發(fā)動(dòng)機(jī)未燃HC、CO和NO的排放性。22經(jīng)濟(jì)性分析1)HC的排放特性分析實(shí)驗(yàn)考察了乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性的影響,圖2是汽油發(fā)動(dòng)機(jī)在部分負(fù)荷工況,轉(zhuǎn)速為在整個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi),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,隨著乙醇的增加,各種負(fù)率曲線圖?？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?yàn)橐掖嫉臒嶂档陀跓o(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(jī)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(fù)2)CO的排放特性分析荷時(shí)油耗率增加較大,而大負(fù)荷時(shí)油耗率增加幅度有所下降。這是因?yàn)樵谥行∝?fù)荷時(shí),過量空氣系數(shù)在中小負(fù)荷時(shí),過量空氣系數(shù)基本保持在1左右,加之醇類燃料的C/H小于汽油,汽化潛熱大在1左右,乙醇含氧優(yōu)勢(shì)、促燃作用不明顯;在大負(fù)荷時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)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(guó)煤化工在大負(fù)荷時(shí),各種了油耗率增加。CNMHG這是因?yàn)樵诟哓?fù)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(bào)過量空氣系數(shù)<1,這使CO的排放開始上E0一E10一E0=E30一E40升。隨著摻燒乙醇比的增加,CO排放有明顯改善這是由于醇類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(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣圖3m4200mpm時(shí)HC的排放特性將采集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)歸一量化后得到評(píng)價(jià)矩陣,Fig 3 Emissions characteristics of HC(4200 rpm)表2、表3是m=3000pm、m4200mpm轉(zhuǎn)速下的各指標(biāo)的評(píng)價(jià)矩陣A0AE0=E10E20E30一E:0表2r=3000pm時(shí)的評(píng)價(jià)矩陣AxmTab. 2 Evaluation matrix Ajo( 300燃料類型轉(zhuǎn)矩指數(shù)NO指數(shù)HC指數(shù)CO指數(shù)燃油消耗率指數(shù)E009970000000000000.12409970.3330.576041009900.3800.7250.462E400870040708040508000表3m4200mm時(shí)的評(píng)價(jià)矩陣Aa功率kTab 3 Evaluation matrix Aa(4200 rpm)圖4m4200mm時(shí)CO的排放特性燃料類型轉(zhuǎn)矩指數(shù)NO指數(shù)HC指數(shù)CO指數(shù)燃油消耗率指數(shù)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(xù)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(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度較低,缸內(nèi)最高燃燒溫度下降,從而采用打分法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重,分?jǐn)?shù)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(jí)。以兩種不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的滯燃期延長(zhǎng),NO的生成量有所增加,但NO排放重要性而言進(jìn)行相對(duì)比較,當(dāng)一種指標(biāo)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性值遠(yuǎn)低于原機(jī),如圖5所示。能相比另一種指標(biāo)較重要的給3分,同樣重要的給3最優(yōu)體積分?jǐn)?shù)的確定2分,不太重要的給1分,不重要的給0分。各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重分別為轉(zhuǎn)矩030、NO20.15、HC應(yīng)用模糊綜合評(píng)價(jià)原理,采用表征發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力0.15、中國(guó)煤化工特性的轉(zhuǎn)矩、表征排放特性的NO2、HC、CO和3.3CNMHG表征經(jīng)濟(jì)性的燃油消耗率為評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)特性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。根據(jù)前文,得出指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣和權(quán)重。計(jì)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(jī)中的試驗(yàn)研究179各項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)價(jià)值,可計(jì)算出3000mm時(shí)燃料的時(shí)燃料的綜合評(píng)價(jià)值Bm分別是0.324、0.42綜合評(píng)價(jià)值Bw,如表4所示同理可求出4200rpm0.593、0.550、0.573m時(shí)評(píng)價(jià)結(jié)果BTab. 4 The evaluation results Byo(3000 rpm)燃料類型轉(zhuǎn)矩評(píng)價(jià)值NO評(píng)價(jià)值HC評(píng)價(jià)值Co評(píng)價(jià)值燃油消耗率評(píng)價(jià)值綜合評(píng)價(jià)值Bm0.0000000E1000220.4493000700.05700690.5490.00000760.519將B∞和Bw相加即可得到兩種轉(zhuǎn)速下的綜合后燃料消耗率增加的結(jié)論;評(píng)價(jià)值B={0.654,0.873,1.110,1.09,1.092}4)采用模糊綜合評(píng)價(jià)方法,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行綜計(jì)算結(jié)果表明E20的綜合評(píng)價(jià)值最高,表明E20合評(píng)價(jià),得出E20的綜合性能最好。在本試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用綜合效果最好。結(jié)論參考文獻(xiàn))在節(jié)氣門全開、低轉(zhuǎn)速下,隨摻醇比增加,[]何邦全,閆小光,王建昕,等.電噴汽油機(jī)燃用乙醇一汽油燃料的排放性能研究?jī)?nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào),2002,20(5):399402發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和功率有所下降;在高轉(zhuǎn)速下,隨[2]錢葉劍,談建,左承基,等.車用乙醇汽油對(duì)電噴汽油機(jī)性能摻醇比增加,發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和功率有所上升,變影響的實(shí)驗(yàn)研究?jī)?nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào),200624(4):320325化幅度不大[3]黃付強(qiáng)乙醇汽油靈活比例電控發(fā)動(dòng)機(jī)性能研究DD,杭州2)對(duì)比了發(fā)動(dòng)機(jī)在4200mm時(shí)隨負(fù)荷變化的浙江大學(xué),2005排放特性,結(jié)果顯示摻燒乙醇會(huì)減少HC、CO和{徐冠朋增氧劑對(duì)電噴汽油機(jī)性能及排放的影響天津大學(xué),2004NO排放量;3)通過對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的試驗(yàn),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(guó)煤化工CNMHG