第6期內(nèi)燃機No 62010年12月internal Combustion EngineDec 2010乙醇汽油混合燃料的排放特性研究漂∵郭杰棘∷∴仲山職業(yè)技禿學(xué)院八狝,即川·58404,江青利汽車技術(shù)中心逝祚∵守漩580∷∵∵∵沙殫豳:長沙·4)摘要:研究不同配比的乙醇汽油混合燃料在電噴汽油機上應(yīng)用時的排放特性。結(jié)果表明:在發(fā)動機參數(shù)未做任何調(diào)整的情況下發(fā)動機運行狀況良好;CO和HC的排放明顯得到了改善NOx的排放在個別工況下發(fā)生惡化;排放特性的變化不僅與乙醇含量有關(guān)而且與電噴發(fā)動機的空燃比控制策略有關(guān)。關(guān)鍵詞:汽油機;乙醇汽油;排放特性中圖分類號:TK411文獻標(biāo)識碼:A文章編號:10006494(2010)06004504Research on Emission Characteristics ofEthanol-gasoline BlendGUO Mei-hua, DU Bao-jie, LI Yue-lin(1. Zhongshan Vocational College, Zhongshan 528404, China; 2. Zhejiang Geely Automobile TechnicalCenter, Ningbo 315800, China; 3. Changsha University of Technology, Changsha 4101 14, China)Abstract: The effects of ethanol-gasoline blends on emission characteristics have been investigated on an EFl gasoline engine. The result shows that the engine runs in good condition without making any adjustments to the engine parameters. Theengine emissions of CO and HC have been improved significantly, but NOx occurs to be deteriorated in some conditionThe emission characteristics are not only related to the amount of ethanol in the blended fuel, but also to the strategies tocontrol air/fuel ratio of the EFI engineKey words: gasoline engine; alcohol-gasoline blends; emission characteristics伴隨著工業(yè)生產(chǎn)和交通運輸?shù)目焖侔l(fā)展,人類對石油燃料的需求越來越高,但因為石油資源有限1實驗裝置和實驗方案所以能源短缺日益成為一個令人擔(dān)憂的問題。除了實驗用汽油機為本田24型發(fā)動機,表1列出了它設(shè)計更高效的發(fā)動機以節(jié)省石油資源外,必須尋找的主要參數(shù)。排放分析儀是深圳元征科技股份有限其它的能源以部分或者完全替代我們當(dāng)前正在使用公司生產(chǎn)的VEA-501型五組分排放分析儀,該設(shè)備的燃料。于是各種新能源技術(shù)應(yīng)運而生,乙醇汽油就是利用不分光紅外線吸收原理(NDR)來測量排氣是其中的一種。乙醇能夠通過農(nóng)作物發(fā)酵、蒸餾得中的CO0和HC的濃度,采用化學(xué)發(fā)光原理對NOx的濃到,可以看成是一種可再生能源;同時乙醇的辛烷值度進行檢測。高于汽油,可以提高發(fā)動機的抗爆震性能。如果使用表1發(fā)動機主要參數(shù)乙醇作為燃料,則可以通過提高壓縮比來改善發(fā)動項目機的熱效率和輸出功率然而如果使用純乙醇作為燃排量幾料的話,就必須對發(fā)動機進行改裝,這樣會導(dǎo)致成本缸徑x行程/(mmx70x990攀升,不利于實用化。因此最好是把研究重點放在乙醇汽油混合燃料上,避免對發(fā)動機進行改裝壓縮比點火方式多點電噴冷卻形式水冷作者簡介:郭美華(1982-),女,碩士研究生,主要從事車輛工程的研究。為了使發(fā)動機具有乙醇汽油與汽油的隨意切換性能,選用低濃度的乙醇汽油(乙醇的體積分?jǐn)?shù)為內(nèi)燃機2010年12月%,5%,10%和15%)進行研究,分別用E25,E5,CO0的排放曲線開始時緩慢變化,而后出現(xiàn)上升趨E10,E15表示,其中乙醇為工業(yè)乙醇,純度在97%勢,最終達到最大值。以上。實驗中未對發(fā)動機進行任何調(diào)整各系統(tǒng)也未這是由于電控發(fā)動機在中小負(fù)荷工況時是實行進行優(yōu)化,以利于乙醇汽油混合燃料的推廣使用。實閉環(huán)控制的,根據(jù)裝在排氣管上的氧傳感器的反饋驗主要在如下的兩種工況下進行:信號控制過量空氣系數(shù)基本保持在10左右,此時汽a.部分負(fù)荷工況。在適當(dāng)轉(zhuǎn)速下進行,發(fā)動機轉(zhuǎn)油機用經(jīng)濟混合氣工作,基本上可以保證燃料完全速恒定,從小負(fù)荷20N·m開始逐漸開大節(jié)氣門,每燃燒;另一方面隨著摻燒乙醇比例的增大,電控系次多加載20N·m直至100Nm進行測量。轉(zhuǎn)速分別統(tǒng)使發(fā)動機進氣量自動減小,以維持過量空氣系數(shù)固定在1800rmn和2600r/mn,在每個測量點,待保持在10左右。因此在中小負(fù)荷工況各種燃料的發(fā)動機運轉(zhuǎn)60s后開始測量。CO排放變化都不大,趨勢比較平穩(wěn)。而在大負(fù)荷工b.全負(fù)荷工況。在適當(dāng)轉(zhuǎn)速下進行,節(jié)氣門保持況時,電噴汽油機為了輸出較大的功率將會增加噴全開,并且發(fā)動機轉(zhuǎn)速不變。測量點為1200,1800,油量以形成濃混合氣,導(dǎo)致過量空氣系數(shù)小于10,2400,30003600r/min,在每個測量點,待發(fā)動機這就使得CO的排放開始上升。運轉(zhuǎn)60s后開始測量。b.燃用93#汽油的排放始終最高,四種混合燃料2乙醇汽油混合燃料的排放特性的排放效果均優(yōu)于燃用93#汽油,并且隨著摻燒乙醇的增加,CO排放有明顯改善,其中使用E15的最大降在兩種實驗工況下,對不同比例的乙醇汽油混低幅度為83%。合燃料的排放特性進行了研究,各種排放物均在催這是因為乙醇汽油燃料自攜氧要比空氣中的氧化器前測量。更有助于完全燃燒,或者說原子氧要比分子氧更容圖1和圖2分別是發(fā)動機在兩種不同轉(zhuǎn)速下CO易參加化學(xué)反應(yīng)加之混合燃料中乙醇的C/H小于汽的排放曲線。從圖上可以看出:油,汽化潛熱大于汽油,有利于混合氣的完全燃燒。a.在一定轉(zhuǎn)速下,隨著負(fù)荷的加大,五種燃料乙醇化學(xué)結(jié)構(gòu)中的羥基OH使其燃燒反應(yīng)特點與汽50油中的各種烴類的有所不同,其燃燒速度和火焰?zhèn)?亠汽油一E25-E5+E10→E15播速度髙于汽油,這也是摻燒乙醇后CO排放得以改善的另一個原因習(xí)變42圖3是全負(fù)荷工況時燃用五種燃料的CO排放曲線。從圖上可以看出,燃用93#汽油,E25,E5,E10,El5的CO排放的變化趨勢都是開始較為平穩(wěn),后來3.4很快上升;同時,隨著乙醇比例的不斷增加,CO的排3.2放依次明顯降低改善效果可達28%左右。80100120扭矩/N·m)汽油一E25亠E5-E10E15圖1轉(zhuǎn)速為1800mmin時的排放平汽油一E2.5+E5→E10→E151000150020002500300035004000轉(zhuǎn)速/(r*min3)圖3全負(fù)荷時的排放這是由于電控噴油發(fā)動機的空燃比控制策略來406080100120決定的在發(fā)動機達到某一轉(zhuǎn)速或者負(fù)荷時,就要增扭矩/(N·m)大噴油量,以形成功率混合氣而高轉(zhuǎn)速段混合氣的第6期郭美華等:乙醇汽油混合燃料的排放特性研究的排放均有所上升。同樣也是由于乙醇汽油富氧特性的作用,使得乙醇汽油的排放仍然低于93#汽油。一汽油E25E5一E10→E5圖4和圖5分別是發(fā)動機在兩種不同轉(zhuǎn)速下HC的排放曲線。從圖上可以看出燃用93#汽油和E25,330E5E10,E時HC排放曲線的變化趨勢保持一致,250E25,E5,E10和E15的排放效果均優(yōu)于燃用93#汽油時的排放,并且隨著摻燒乙醇比重的不斷增加,HC的排放依次降低。1000150020002500300035004000轉(zhuǎn)速八(rmin4)汽油F25EEl圖6全負(fù)荷時的排放放逐漸降低;并且摻醇率越高,未燃HC的排放就越低。這是由于節(jié)氣門保持全開時隨著轉(zhuǎn)速的提高燃燒速度得以提高,一定程度上降低了因火焰在到達壁面前由于膨脹使缸內(nèi)氣體溫度和壓力下降造成可燃混合氣大容積淬熄的可能性,所以HC排放得以降低。同時,HC在排氣系統(tǒng)中的氧化一般要求排放系統(tǒng)仍有富氧和較高的溫度,而發(fā)動機在全負(fù)荷工況100l00120運行時也使得排氣溫度獲得提高,一定程度上為HC扭矩/(Nm)在排氣系統(tǒng)中的氧化創(chuàng)造了條件。另外,乙醇汽油圖4轉(zhuǎn)速為1800rmn時的排放含氧,其含碳量比汽油低,加上燃燒最高溫度較低,450又集中在定容區(qū)內(nèi)燃燒后燃的現(xiàn)象較少,也使排氣汽油一E2.5+E5一E10-E15中HC減少摻醇比例越大,HC排放改善越明顯。圖7和圖8分別是發(fā)動機在兩種不同轉(zhuǎn)速下NO的排放曲線。從圖上可以看出:a.發(fā)動機燃用五種燃料時,隨著負(fù)荷的增加NOx的排放都是先升高后降低?；旌先剂现蠩15降幅汽油一E25E5-E10E10020406080100120圖5轉(zhuǎn)速為2600rmin時的排放21這是因為在閉環(huán)控制區(qū)域內(nèi),ECU的控制策略使過量空氣系數(shù)保持在10到1.05之間,五種燃料基本上都可以充分燃燒。然而由于乙醇的含氧特性,當(dāng)150206080100120扭矩/(N·m)乙醇加入后,混合燃料的含氧量獲得提高,也使燃燒圖7轉(zhuǎn)速為1800mmin時的排放得以改善,燃料含氧降低了中小負(fù)荷時因為混合氣過稀引起的HC淬熄排放,也降低了高負(fù)荷時因為混合氣過濃導(dǎo)致的HC不完全燃燒排放,從而降低了未燃HC的排放量。由此可知,即使在不缺氧的閉環(huán)區(qū)關(guān)z域,乙醇的加入或者燃料含氧量的增加仍可改善燃燒。這也表明燃料自攜氧對降低HC效果要優(yōu)于空氣一汽油一一一E25E5-E10E1中的氧氣6080100120圖6是全負(fù)荷時燃用五種燃料的HC排放結(jié)果曲扭矩八(Nm)線。從圖上可以看出隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的提高,HC的排圖8轉(zhuǎn)速為2600mmin時的排放內(nèi)燃機2010年12月最大,出現(xiàn)在2600rmin轉(zhuǎn)速的工況,約為285%素綜合在一起形成的間這是由于發(fā)動機在小負(fù)荷時,缸內(nèi)溫度比較低,綜合比較可知,在兩種實驗工況下燃用四種乙不利于NOx的生成;到了中等負(fù)荷時混合氣濃度變化醇汽油后可以顯著降低CO和HC的排放但同時會引不大,但是缸內(nèi)溫度已經(jīng)上升了,所以排放有所增加;起個別工況下NOx排放的增加?？梢?發(fā)動機燃用四而發(fā)動機在大負(fù)荷時供給的混合氣較濃氧不足,即種乙醇汽油后排放特性的變化不僅與摻醇量有關(guān)使此時缸內(nèi)溫度較高NOx的生成也因缺氧被抑制。而且與發(fā)動機的空燃比控制策略以及發(fā)動機的運行b.E25,E5,E10E15的排放均高于燃用93#汽工況有密切關(guān)系。油時的排放,并且隨著摻燒乙醇比重的增加,NOx的排放依次增加。3結(jié)論這是由于乙醇含氧,可使缸內(nèi)燃燒溫度變高、速在未作任何改動的前提下,發(fā)動機燃用四種度變快燃燒放熱也比較集中,使NOx的排放得以增乙醇汽油混合燃料(E25,E5,E10,El5)后的運行狀加,雖然乙醇的熱值低,汽化潛熱約為汽油的29倍,況良好,未有異響或是噪聲出現(xiàn)有使進氣溫度降低,火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p慢缸內(nèi)最高溫b.在兩種實驗工況下,CO和HC的排放均有明度降低的趨勢,可能會使NOx有所降低,但其影響不顯改善。夠大,于是兩者因素共同作用后的結(jié)果是E25E5,c.部分負(fù)荷工況下,NOx的排放有所惡化。E10,E15這四種混合燃料NO的排放比93#汽油高。d.排放特性的變化不僅與乙醇的含量有關(guān),而圖9是全負(fù)荷時五種燃料的NOx排放曲線。從圖且也與電噴發(fā)動機的空燃比控制策略有關(guān)上可以看出,節(jié)氣門全開時隨著轉(zhuǎn)速的提高,NOx的排放先升高后降低最終又升高,并且四種混合燃[參考文獻料的排放始終低于93#汽油。這些都是由于燃料的含]李岳林杜寶杰李薛,等汽油機燃用乙醇汽油混合燃料氧量、燃燒峰值溫度以及混合氣濃度不同等諸多因的研究進展小型內(nèi)燃機與摩托車,20092):85-87一汽油十E25E5-E10·El2]刁洪軍乙醉汽油成分測試及其對電噴汽油機性能影響實驗研究D吉林:吉林大學(xué),20073]杜寶杰.電噴汽油機燃用乙醇汽油混合燃料的性能研究[D長沙:長沙理工大學(xué),20094]顧潔.汽油機燃用乙醇汽油混合燃料的模型及試驗研究D杭州:浙江大學(xué),20035]彭小紅醇類燃料的燃燒與排放特性的研究[D西安:長安大學(xué),20031000150020002500300035004000間李昕光汽車代用燃料在電噴發(fā)動機上的應(yīng)用研究[D]哈轉(zhuǎn)速(rmin-)爾濱:東北林業(yè)大學(xué),2005圖9全負(fù)荷時的排放(上接第44頁)油機工作模型,并進行了發(fā)動機型線的優(yōu)化設(shè)計。a.利用計算模型對直噴汽油機的外特性進行模擬計算,通過與臺架試驗數(shù)據(jù)對比,證明模型正參考文獻]確,說明該模型與發(fā)動機實際工作狀態(tài)基本吻合,可[李巖,萬杰.B1ORWD發(fā)動機性能模擬與MOP優(yōu)化試驗研應(yīng)用到直噴發(fā)動機的實際開發(fā)中究幾節(jié)能與技術(shù),2009,(1)b.利用該B0OST模型對發(fā)動機型線進行了優(yōu)2 AVL-BooST Users Guide version404Jme2004化模擬計算,并利用計算模擬數(shù)據(jù)設(shè)計實施了試驗3]蔣德明內(nèi)燃機原理M北京:機械T業(yè)出版社,1986臺架,得出的臺架試驗結(jié)果確實提高了發(fā)動機的整4周龍保內(nèi)燃機學(xué)圍M北京機械工業(yè)出版社,199體性能5朱訪君吳堅內(nèi)燃機工作過程數(shù)值計算及其優(yōu)化M北京c.利用計算機模擬,不僅能夠節(jié)省試驗的時間、國防工業(yè)出版社,1997.降低試驗成本,還能夠得出對發(fā)動機性能最有利的