純變性乙醇燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的初步研究/程偉,陳小迅,戈銳等設(shè)計(jì)·研究純變性Z醇燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的初步研究程偉,陳小迅,戈銳,安濤(東風(fēng)汽車有限公司東風(fēng)商用午技術(shù)中心,武漢4306)楠要:詳細(xì)分析了乙醇燃料的物化特點(diǎn),介紹了以某型號(hào)柴油機(jī)為基礎(chǔ)改裝成純乙醇自然吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)方案,并對(duì)其進(jìn)行了初步的試驗(yàn)研究關(guān)鍵詞:乙醇燃料;純乙醇;發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中圖分類號(hào):TK431文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):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)隨著能源危機(jī)和大氣污染日益嚴(yán)重,尋找應(yīng)用起到了技術(shù)保證作用,并陸續(xù)擴(kuò)大試點(diǎn)范圍,已清潔的代用燃料已成為各國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)T作者的研究目取得初步成效。自2002年以來(lái)我國(guó)已相繼有9個(gè)標(biāo)。對(duì)車用發(fā)動(dòng)機(jī)而言在眾多的代用燃料方案中乙省市用含有10%乙醇的車用乙醇汽油代替普通汽醇作為一種現(xiàn)實(shí)的可再生的清潔燃料備受矚目油國(guó)。據(jù)相關(guān)報(bào)道,在部分城市的比例甚至達(dá)到在國(guó)內(nèi),發(fā)改委在“十五”規(guī)劃中就在部分省市95%,但燃用純乙醇的汽車尚未見相關(guān)報(bào)道。推行燃料乙醇試點(diǎn)項(xiàng)目,發(fā)布了《變性燃料乙醇》本文工作以某型號(hào)柴油機(jī)為原型,對(duì)其改進(jìn)機(jī)和《車用乙醇汽油》1兩項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),為乙醇的推廣型進(jìn)行了燃用純變性乙醇燃料的實(shí)驗(yàn)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(jī)設(shè)計(jì)室主1乙醇的物化特性任,碩土研究生高級(jí)T程師主要從事發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒與排放控制,新燃料發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)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(dú)的解析模通過(guò)實(shí)車實(shí)驗(yàn)軟件各部分功能運(yùn)行完好,有一定的塊,是因?yàn)楣收习l(fā)送模式與一般的數(shù)據(jù)幀有所區(qū)別。實(shí)用價(jià)值。在實(shí)驗(yàn)中深感J99協(xié)議的優(yōu)越性能隨當(dāng)很多個(gè)故障同時(shí)發(fā)生時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)先是發(fā)送一個(gè)廣著CAN總線應(yīng)用領(lǐng)域的不斷發(fā)展SAEJ939協(xié)議播報(bào)文提示發(fā)送故障的個(gè)數(shù)以及總字節(jié)數(shù);然后將必將得到更好的應(yīng)用。故障打包發(fā)送。本模塊首先對(duì)報(bào)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(xiàn):點(diǎn)發(fā)生類型、發(fā)生次數(shù),并在表格中顯示。[1] SAE J1939 Standards Collection, Recommended Practicefor a Serial Control and Communication Vehicle Network4結(jié)論Society of Automotive Engineers. 200[2]SAchicle Application Layer中國(guó)煤化工AE93 Committ本文介紹了基于SAEJ939協(xié)議的發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬CNMHG儀表系統(tǒng)的開發(fā)思路。該系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)室發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)(3]程軍輛割系統(tǒng)總線通信和控制協(xié)議SAEJ19世系統(tǒng)的一部分,也可以配合本科生的教學(xué)實(shí)驗(yàn)課程。界汽車,2000,(2):19-21設(shè)計(jì)·酬究汽車科技第2期2009年3月下特點(diǎn):2)相同工況下,純乙醇發(fā)動(dòng)機(jī)的HC排放要大=)乙醇含氧豐富高達(dá)348%,這也是其理論空大低于汽油機(jī)的,且點(diǎn)火提前角對(duì)其的影響很小;僅為9的主要原因3)相同過(guò)量空氣系數(shù)下,純乙醇發(fā)動(dòng)機(jī)的NO2)乙醇熱值較低,所需的循壞供應(yīng)量大大增加,排放要比汽油機(jī)的少50%。定程度上影響乙醇發(fā)動(dòng)機(jī)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(yīng)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(jī)冷起動(dòng)合作用所消耗的CO2,則基本上可以認(rèn)為乙醇發(fā)動(dòng)性能惡化,必須采取相應(yīng)措施。但同時(shí)也可以提高機(jī)對(duì)溫室效應(yīng)的影響為零。充氣效率,降低缸內(nèi)溫度,因而壓縮比可以相應(yīng)提高2發(fā)動(dòng)機(jī)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(yàn)中原型機(jī)的技術(shù)參數(shù)如表1所示5)乙醇辛烷值較高,意味著乙醇具有良好的抗表1某型號(hào)柴油機(jī)技術(shù)參數(shù)爆性能,因此乙酶發(fā)動(dòng)機(jī)叮以較汽油機(jī)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(bǔ)乙醇熱值低所帶來(lái)的功缸內(nèi)直噴壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)率降低;額定功率轉(zhuǎn)速118 kW/2 600 r/min6)乙醇著火極限范圍較寬,意味著醇有進(jìn)行缸徑x沖程05mmx120稀薄燃燒的潛力,對(duì)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盡量利用現(xiàn)有資源的原則,根據(jù)乙醇的物差無(wú)幾,且乙醇的分子量變系數(shù)大于汽油,意味著乙化特性對(duì)原機(jī)進(jìn)行了6項(xiàng)改動(dòng)醇發(fā)動(dòng)機(jī)的升功率可與汽油機(jī)相當(dāng);2.1燃油供給系統(tǒng)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(duì)于相同的燃燒熱值,燃燒產(chǎn)物的比給系統(tǒng)(油箱總成、高壓油軌總成、燃油濾清器和輸熱容相對(duì)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(jī)溶劑,燃用乙醇理論上,噴嘴的最佳安裝位置應(yīng)在進(jìn)氣門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(rèn)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(dǎo)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(jī)燃用乙醇還應(yīng)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(qiáng)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(rùn)滑油容易造成發(fā)動(dòng)機(jī)膺損,在乙醇發(fā)動(dòng)機(jī)中必須采用專用潤(rùn)滑油來(lái)防止這些磨嘴嘴安裝支座損;噴嘴2)乙醇對(duì)部分念屬和橡膠具有腐蝕性,必須在發(fā)動(dòng)機(jī)上采取相應(yīng)保護(hù)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(yàn)檢驗(yàn)純乙醇發(fā)動(dòng)機(jī)的各種排放均要優(yōu)于汽油機(jī),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(jī)的CO22中國(guó)煤化工排放要比汽油機(jī)的少60%,且點(diǎn)火提前角對(duì)其的影CNMHG15%在發(fā)動(dòng)機(jī)響微乎其微輸出同樣功率時(shí),根據(jù)缸內(nèi)單位體積混合氣熱值相28純變性L醇燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的初步研究/程偉,陳小迅,戈銳等設(shè)計(jì)·酬究等要求,必須增加乙醇供給量(與汽油機(jī)相比)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上,采用適當(dāng)加大噴油脈寬的方式來(lái)增加燃爆壓測(cè)控制臺(tái)比儀料噴射量。在保證缸內(nèi)單位體積混合氣熱值不變的條件下,其理論脈寬放大系數(shù)應(yīng)為162(與汽油機(jī)相比)。具體大小在試驗(yàn)中進(jìn)行標(biāo)定。onono23燃燒室剛功機(jī)回發(fā)動(dòng)機(jī)一般而言,純乙醇發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比為10-125而原機(jī)壓縮比為17.3。因此重新設(shè)計(jì)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(tǒng)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(jī)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(jī)油溫度傳感器;能方便地安裝標(biāo)準(zhǔn)的火花塞,并且滿足性能要求。9機(jī)油壓力傳感器;0發(fā)動(dòng)機(jī)矩侍感器1.動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)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(yàn)裝置示意值高則抗爆性強(qiáng)9,但也更難著火,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(yīng)高于汽油而低發(fā)動(dòng)機(jī)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(tǒng)(火花塞、點(diǎn)火線圈、高壓線考察不同進(jìn)氣壓力(控制節(jié)氣門開度)、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(diào)節(jié)脈寬控制)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的影響33試驗(yàn)結(jié)論量足夠滿足乙醇點(diǎn)火的要求。本文試驗(yàn)中主要對(duì)乙醇發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性曲線和此外,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(zhǎng),燃燒比較平穩(wěn)、緩慢,需適當(dāng)增加點(diǎn)火提前角(相對(duì)汽油機(jī))。系進(jìn)行了研究。從試驗(yàn)結(jié)果得出以下結(jié)論點(diǎn)火方式有分組點(diǎn)火和順序點(diǎn)火兩種。考慮到1)乙醇發(fā)動(dòng)機(jī)與原機(jī)的動(dòng)力性對(duì)比如表3所示。改裝后乙醇發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率略高于原機(jī)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(fèi)很則存在一定差距。考慮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(dǎo)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(jī)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(jī)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(zhuǎn)速些問(wèn)題能夠得到解決,乙醇發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能有望傳感器與FCU相連?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)具體的參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。得到進(jìn)一步提高。26進(jìn)氣系統(tǒng)表3動(dòng)力性對(duì)比取消增壓器總成;在進(jìn)氣總管上安裝節(jié)氣門總成,并將其上的節(jié)氣門位置傳感器和怠速步進(jìn)馬達(dá)機(jī)型額定功率/kW最大扭矩/Nm與ECU相連。原機(jī)118純乙醇發(fā)動(dòng)機(jī)1963初步試驗(yàn)研究2)1600r/min時(shí),各種負(fù)荷下的動(dòng)力區(qū)基本上31試驗(yàn)臺(tái)架都在過(guò)量空氣系數(shù)為0.8-0.89之間,如圖3所示試驗(yàn)臺(tái)架如圖2所示。控制臺(tái)為發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)常3)1600r/min全負(fù)荷,點(diǎn)火提前角為98℃A規(guī)控制臺(tái)。其中,為補(bǔ)償乙醇汽化潛熱大所帶來(lái)的溫時(shí),對(duì)空燃比進(jìn)行標(biāo)定。當(dāng)過(guò)量空氣系數(shù)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(tái)架功中國(guó)煤化工上增加了燃油預(yù)熱裝置,并安裝了燃油溫度和壓力CNMHG系數(shù)為08時(shí),傳感器對(duì)預(yù)熱后燃油的溫度和壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。對(duì)點(diǎn)疋。點(diǎn)前角為19℃A時(shí),同時(shí)安裝了爆震傳感器,對(duì)缸內(nèi)壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。功率最大值為804kW,如圖4所示。設(shè)計(jì)·究汽車科技第2期2009年3月5)試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)改裝后純乙醇發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣低14%。文獻(xiàn)中汽油機(jī)改為乙醇發(fā)動(dòng)機(jī)與汽油機(jī)溫度較高(全速全負(fù)荷時(shí)最高溫達(dá)到795℃),其與對(duì)比,電控噴射乙醇發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩增加1.9%,最過(guò)量空氣系數(shù)成正比。大功率增加54%。本機(jī)采用增壓后其最大扭矩有望6)試驗(yàn)中還對(duì)預(yù)熱后的燃油溫度進(jìn)行了監(jiān)測(cè),有進(jìn)一步提高。發(fā)現(xiàn)燃油經(jīng)過(guò)排氣管高溫輻射加熱后溫度上升了后續(xù)將在以下方面繼續(xù)開展工作4-10℃,應(yīng)能從一定程度上補(bǔ)償乙醇1)重新設(shè)計(jì)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(yù)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(duì)乙醇發(fā)動(dòng)機(jī)性能排溫以及▲19%穩(wěn)定性的影響3)適當(dāng)增加乙醇發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比,并考察其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能、排溫以及穩(wěn)定性的影響4)對(duì)乙醇發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和排放特性進(jìn)行試驗(yàn)研究;5)進(jìn)行可靠性試驗(yàn)研究,考察進(jìn)氣系統(tǒng)沉淀物66.2865268572676581292并探討采取改善乙醇霧化措施后對(duì)該沉淀物的影圖31600r/min空燃比特性目前國(guó)內(nèi)對(duì)乙醇的使用還僅限于乙醇汽油的應(yīng)用,純乙醇發(fā)動(dòng)機(jī)的使用還是一片空白因此對(duì)純乙汽化潛熱大所導(dǎo)致的溫度下降,改善混合氣的醇發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行探討性試驗(yàn)研究就具有十分重大的意形成,從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能。義參考文獻(xiàn)[」CB18350-2001,變性燃料乙醇[S[2]GB|8351-2004,車用乙醇汽油[S[3]熊云郭小川,王九汽車用油指南M北京:中國(guó)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(jī)中的應(yīng)用[J小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車,2005,34(1):28[5]郭瑞蓮鮑曉峰,岳欣,等.車用乙醉汽油對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)沉積物的影響研究C]北京:中國(guó)內(nèi)燃機(jī)學(xué)會(huì)油品與點(diǎn)火提前角/℃A清潔燃料分會(huì),2007[6]Francisco A Martinez, Ahmad R Ganji Performance and圖41600r/min全負(fù)荷點(diǎn)火提前角特性exhaust emissions of a single-cylinder utility engine usinethanol fuel. SAE paper 2006--32-00784結(jié)束語(yǔ)[7]Marinov Nick MA detailed chemical kinetic model for high本項(xiàng)目成功地將某型號(hào)柴油機(jī)改裝成為純乙Chemical Kinetic, 1999, 31(3): 183-220醇自然吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。對(duì)原機(jī)燃燒室及壓縮比進(jìn)8]劉志敏電控噴射乙醇燃料(E|00在火花點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用研究[D]長(zhǎng)春:吉林大學(xué)圖書館,2002行改進(jìn),增加點(diǎn)火系統(tǒng),完成設(shè)計(jì)、試制和初步試[9 ] Hollembeak B. Classroom manual for automotive fuels and驗(yàn)。得到初步的動(dòng)力性結(jié)論,為下一步工作搭建研中國(guó)煤化工ing.200發(fā)平臺(tái)[10]劉額定功率達(dá)到原增壓柴油機(jī)水平,最大扭矩降CNMHG性研究[朝北