第20卷(2002)第5期內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)Vol.20(2002)No.5Transactions of CSIcE文章編號(hào):1000-0909(2002)05-0399-04200085電噴汽油杋燃用乙醇汽油燃料的排放性能研究何邦全,閆小光,王建昕,肖建華,郝吉明(清華大學(xué)汽車安全與節(jié)能國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100084摘要:研究了不同摻混比的乙醇-汽油燃料在多點(diǎn)電噴汽油機(jī)上應(yīng)用時(shí)旳排放性能。研究結(jié)果表明:在汽油機(jī)參數(shù)未做仼何調(diào)整的情況下,在試驗(yàn)的摻混比范圍內(nèi),隨隨著乙醇-汽油混合燃料中乙醇含量旳增加THC排放改善了30%,CO排放在大負(fù)荷時(shí)有所改善,NO排放在中、小負(fù)荷時(shí)改善較明顯。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(dòng)機(jī)的空燃比控制策略有關(guān)。以質(zhì)量計(jì)的燃油消耗率有所増加,但以燃料熱值計(jì)的比能耗降低。關(guān)鍵詞:電噴汽油機(jī);乙醇;含氧燃料;排放特性中圖分類號(hào):TK464文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A引言放,用不分光紅外線法(NDIR)分析CO排放,用化學(xué)發(fā)光法(CLD)分析NO排放,使用 ONO-SOKKI公司近年來,乙醇等含氧生物燃料在內(nèi)燃杋中的應(yīng)用的FP214自動(dòng)油耗儀測(cè)量燃油消耗率。研究倍受關(guān)注。乙醇可以從生物質(zhì)制取,以乙醇為燃料乙醇容易吸收空氣中的水。為避免乙醇與汽油分的發(fā)動(dòng)機(jī)所排岀的CO被植物所吸收,對(duì)大氣環(huán)境的層,試驗(yàn)所用混合燃料均為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)配。對(duì)10%(VoL)CO2凈釋放率為零,使乙醇有可能成為一種能夠滿乙醇-汽油(以下簡(jiǎn)稱E10和30%(VσL)乙醇-汽油足可持續(xù)發(fā)展要求的燃料,(以下簡(jiǎn)稱E30)兩種燃料在不同工況時(shí)的性能進(jìn)行了鑒于上述原因,我國(guó)政府已決定推廣應(yīng)用乙醇試驗(yàn)?？紤]到對(duì)汽油機(jī)不做任何調(diào)整更有利于燃料的汽油混合燃料,以改善我囯的汽車能源結(jié)構(gòu),并于推廣使用,試驗(yàn)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)未做仼何調(diào)整,各系統(tǒng)也未進(jìn)2001年頒布了變性燃料乙醇國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB18350行優(yōu)化匹配。乙醇的含氧量為34.8%(質(zhì)量比),但熱2001)和車用乙醇國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB18351-2001)。國(guó)內(nèi)對(duì)值只有汽油的61%左右,隨著乙醇含量的增加,混乙醇ˉ汽油混合燃料的燃燒特性已有硏究結(jié)果發(fā)合燃料的熱值下降。為客觀地評(píng)價(jià)燃油經(jīng)濟(jì)性,本文除表2],但缺乏對(duì)其排放特性的深入研究國(guó)外在乙醇使用燃油消耗率(g/(kW·h))外,也同時(shí)使用了能量汽油混合燃料的研究方面,除了考慮其石油能源替代消耗率,簡(jiǎn)稱能耗率(kJ/(kW·h)。性之外,尤其注重其排放特性,包括法規(guī)尚未限制的有害成分。作者曾對(duì)乙醇-柴油的排放特性進(jìn)行了研2乙醇-汽油混合燃料的排放特性究,除常規(guī)排放成分外,同時(shí)分析了醛類和未燃醇類的在相同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下、對(duì)不同乙醇摻混比時(shí)的排排放特性本文則研究了不同摻混比的乙醇-汽油放特性進(jìn)行了研究。各種排放物均在催化器前測(cè)量?；旌先剂显诙帱c(diǎn)電噴汽油機(jī)上應(yīng)用時(shí)的排放性能圖1給出了2000r/min和3000r/min下CO排試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法放和過量空氣系數(shù)的變化。在中、小負(fù)荷工況時(shí),電控汽油機(jī)是閉環(huán)控制的,過量空氣系數(shù)φ穩(wěn)定在1.0左試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)為EQ49ⅱ型電噴汽油機(jī),缸徑為右,基本上可以保證燃料充分燃燒。因而,隨乙醇含量90.82mm,行程為76.95mm,壓縮比為8.2電噴系統(tǒng)的增加,電控系統(tǒng)使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量自動(dòng)減小,以維持的軟硬件采用 DELPHI公司的電控多點(diǎn)汽油噴射系中國(guó)煤化廣大負(fù)荷時(shí),隨乙醇含量成分,用氫火焰離子法(FID)分析總碳?xì)?THC)排比下, CNMHG大負(fù)荷時(shí),在相同空燃統(tǒng)使用AVL公司的CEB-1型排氣分析儀分析排氣的增址仗∪以善的原因是燃料自攜氧收稿日期:2002-02-21;修訂日期:2002-04-22基金要然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(5013600作者簡(jiǎn)介:何邦全(196男,博土后,主要研究方向?yàn)閮?nèi)燃機(jī)燃燒與代用燃料的研究?jī)?nèi)燃學(xué)報(bào)第20卷第5期要比空氣中的氧更有助于充分燃燒,或者說原子氧要次說明燃料自攜氧對(duì)降低THC效果要優(yōu)于空氣中的比分子氧更容易參加氧化反應(yīng)。同時(shí)還可以看岀,排放氧氣。與圖1相似,在開環(huán)區(qū)域,由于空燃比變濃,原機(jī)特性的變化不僅與乙醇含量有關(guān),而且與電噴發(fā)動(dòng)機(jī)和不同摻混比時(shí)的THC排放都呈突然上升趨勢(shì),但并開環(huán)與閉環(huán)區(qū)域的劃分即與空燃比控制策略有關(guān)不影響加入乙醇后的THC改善效果。圖2示出了不同乙醇摻混比時(shí)的THC排放特性圖4示出了NO的排放特性?？梢钥闯?乙醇在隨著燃料中含醇量的增加,各種工況下的THC排放均中、小負(fù)荷時(shí)表現(xiàn)岀降低NO排放的效果,E10和E30明顯降低,改善效果可達(dá)30%左右。由此可知,即使在分別有10%和20%左右的改善程度。由于空燃比基基本不缺氧旳閉環(huán)區(qū)域,乙醇的加入或燃料含氧量的本一定,可以認(rèn)為這主要是因?yàn)橐掖紩A氣化潛熱比汽增加仍可改善燃燒。考慮到排溫基本不變〔見圖3),再油大得多(約為2.8:1),因而隨乙醇含量的增加,進(jìn)a) 2 000 r/min(b)3 000 r/min1不同乙醇-汽油摻混比時(shí)的Φ和CO排放對(duì)比Fig 1 Comparison of excess air ratio and Co emission using different ethanol blended gasoline fuels2000200E301200P kwa)2 000 r/min(b) 3 000 r/ min圖2不同乙醇-汽油摻混比時(shí)的THC排放對(duì)比Fig. 2 Comparison of THC emissions using different ethanol blended gasoline fuels…汽油Y中國(guó)煤化工CNMHGPkwa)2 000 r/min(b) 3 000 r/min圖3不同乙醇-汽油摻混比時(shí)的排氣溫度對(duì)比Fig 3 Comparison of exhaust temperature using different ethanol blended gasoline fuels2002年9月何邦全等:電噴汽油杋燃用乙醇-汽油燃料的排放性能研究·401·氣溫度降低以致燃燒溫度下降,使NO降低。而大負(fù)荷時(shí)由于空燃比變小,排放改善效果變得不明顯了。油20002 D00L000a)2 000 r/min(b) 3 000 r/min4不同乙醇-汽油摻混比時(shí)的NO,排放對(duì)比Fig. 4 Comparison of NO, emissions using different ethanol blended gasoline fuels圖5給出了怠速時(shí)的排放特性,圖中以純汽油時(shí)乙醇-汽油用于化油器式汽油機(jī)時(shí),CO和THC的排的排放為100%,使用E10和E30時(shí)的排放值為其實(shí)際放改善效果會(huì)更明顯值與使用純汽油時(shí)的比值。由圖可知,隨乙醇摻混比的由以上討論可知,在電噴汽油機(jī)上使用乙醇-汽增加,CO、THC和N○排放均得到了改善,其中使用油混合燃料時(shí),其排放特性的變化規(guī)律不僅受乙醇E30乙醇-汽油時(shí)的排放降低幅度為35%~55%,明油摻混比的影響,而且隨電控系統(tǒng)控制策略旳不同而顯優(yōu)于E10。需要指出的是,這時(shí)的空燃比為1.10左變化,這也導(dǎo)致排放特性的變化會(huì)不同于化油器式汽右,明顯稀于普通化油器式汽油機(jī),因而可以設(shè)想,將油機(jī),也有別于乙醇柴油的排放特性4■E103乙醇-汽油混合燃料對(duì)汽油機(jī)經(jīng)濟(jì)性的影響圖6給出了不同乙醇汽油摻混比時(shí)的燃料消耗率的變化?？梢钥磳?燃料消耗率隨著乙醇摻混量的增加而增大。這主要是由于乙醇的熱值低于汽油引起的并非燃燒熱效率惡化。圖7所示為能量消耗率對(duì)比曲線?？梢钥闯?在使用E10時(shí),其比能耗比純汽油時(shí)的略高或基本相同;而在使用E30時(shí)的比能耗在所有工況下均低于純汽油,最大降低幅度為4%左右。這說明圖5不同乙醇-汽油摻混比時(shí)的怠速排放乙醇的摻入有利于改善燃燒,提高汽油機(jī)的燃燒熱效Fig 5 Emissions at idle speed using different率。如對(duì)乙醇-汽油混合燃料汽油機(jī)的點(diǎn)火時(shí)間等參ethanol blended gasoline fuels數(shù)進(jìn)行優(yōu)化匹配,有可能得到更好的節(jié)能效果n=2 000 I/min7=3 000 r min中國(guó)煤化工CNMHG(a)2 000 r/min(b) 3 000 r/min圖6不同乙醇-汽油摻混比對(duì)燃油消耗率的影響Fig.6 Brake specific fuel consumption using different ethanol blended gasoline fuels內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)第20卷第5期汽油曾·2(a) 2 r/minb)3000r/n圖7不同乙醇-汽油摻混比對(duì)能量消耗率的影響Fig. 7 Brake specific energy consumption using different ethanol blended gasoline fuels4結(jié)論參考文獻(xiàn):(1)隨著混合燃料中乙醇含量的增加,THC排「] Alan e wheals,L; lu c basso, Denise M G Alves,eta放的改善最為顯著,可達(dá)30%左右,CO排放在大負(fù)荷Fuel Ethanol after 25 Years [J]. TIBTECH, 1999,17時(shí)有所改善,NO排放在中、小負(fù)荷時(shí)改善較明顯。482~487(2)怠速時(shí),E10對(duì)CO、THC和NO排放的改[2]黃佐華,苗海燕,周龍保,等.汽油機(jī)燃用汽油-含氧化善不明顯,但E30有35%~55%的改善效果。合物混合燃料時(shí)的燃燒特性研究[].西安交通大學(xué)學(xué)(3)乙醇汽油在電噴汽油機(jī)上使用時(shí),隨空燃3 Poulopoulos S G, Samaras D P, Philippopoulos C J比控制策略的不同,其排放特性的變化會(huì)有所不同,由Regulated and Unregulated Emissions from an Inter-此也可以推論,本研究結(jié)果應(yīng)與化油器式汽油機(jī)以及al Combustion Engine Operating on Ethanol-Con普通柴油機(jī)的結(jié)果不完全相同taining Fuels [JJ. Atmospheric Environment, 2001(4)隨乙醇摻混比的提高,以質(zhì)量計(jì)的燃料消5:4399~4406耗率增加,但以熱值計(jì)的能量消耗率有不同程度的改4王建昕,閆小光,程勇,等.乙醇柴油混合燃料的燃善,E30時(shí)可改善4%左右燒與排放特性[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào),2002,20(3):225(5)燃料自攜氧對(duì)燃燒的改善效果要優(yōu)于空氣中的氧氣的推論尚需進(jìn)行進(jìn)一步的試驗(yàn)研究。5]何學(xué)良,詹永厚,李疏松,內(nèi)燃機(jī)燃料[M].北京:中國(guó)石化出版社,1999.328~338A Study on the Emission Characteristics of anefI Engine with ethanol blended gasoline fuelHE Bang-quan, Yan Xiao-guang, WANG Jian-xin, XIAO Jian-hua, HAO Ji-ming(State Key Laboratory of Automotive Safety and Energy, Tsinghua University, Beijing 100084, China)Abstract: The effects of ethanol blended gasoline fuel on emission characteristics have been investigated in alulti-point eFI gasoline engine. The result shows that when the proportion of ethanol in the blended fuelsincreased, THC emissions are reduced by 30%, CO emissions at I中國(guó)煤化工 at part load canbe improved too. The emission characteristics are not only pertiCNMHG in the blendedthe strategies to control air /fuel ratio of the eFi gasoline engine. The brake specific fuel con-sumption is increased, but brake specific energy consumption can be improvedKeywords EFI gasoline engine: Ethanol Oxygenated fuel Emission characterist