纯变性乙醇燃料发动机的初步研究

纯变性乙醇燃料发动机的初步研究/程伟,陈小迅,戈锐等设计·研究纯变性Z醇燃料发动机的初步研究程伟,陈小迅,戈锐,安涛(东风汽车有限公司东风商用午技术中心,武汉4306)楠要:详细分析了乙醇燃料的物化特点,介绍了以某型号柴油机为基础改装成纯乙醇自然吸气式发动机的设计方案,并对其进行了初步的试验研究关键词:乙醇燃料;纯乙醇;发动机试验中图分类号:TK431文献标志码:A文章编号: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近年来随着能源危机和大气污染日益严重,寻找应用起到了技术保证作用,并陆续扩大试点范围,已清洁的代用燃料已成为各国发动机T作者的研究目取得初步成效。自2002年以来我国已相继有9个标。对车用发动机而言在众多的代用燃料方案中乙省市用含有10%乙醇的车用乙醇汽油代替普通汽醇作为一种现实的可再生的清洁燃料备受瞩目油国。据相关报道,在部分城市的比例甚至达到在国内,发改委在“十五”规划中就在部分省市95%,但燃用纯乙醇的汽车尚未见相关报道。推行燃料乙醇试点项目,发布了《变性燃料乙醇》本文工作以某型号柴油机为原型,对其改进机和《车用乙醇汽油》1两项国家标准,为乙醇的推广型进行了燃用纯变性乙醇燃料的实验研究。收稿日期:2008-12-11作者简介:程伟(1967-)男湖南慈利人新燃料发动机设计室主1乙醇的物化特性任,硕土研究生高级T程师主要从事发动机燃烧与排放控制,新燃料发动机设计与研究等与汽油相比,乙醇在物化特性方面主要具有以之所以要将故障诊断作为一个单独的解析模通过实车实验软件各部分功能运行完好,有一定的块,是因为故障发送模式与一般的数据帧有所区别。实用价值。在实验中深感J99协议的优越性能随当很多个故障同时发生时,发动机先是发送一个广着CAN总线应用领域的不断发展SAEJ939协议播报文提示发送故障的个数以及总字节数;然后将必将得到更好的应用。故障打包发送。本模块首先对报文拆包,然后解析接收到的故障的FM和SPN,进而显示故障的发生参考文献:点发生类型、发生次数,并在表格中显示。[1] SAE J1939 Standards Collection, Recommended Practicefor a Serial Control and Communication Vehicle Network4结论Society of Automotive Engineers. 200[2]SAchicle Application Layer中国煤化工AE93 Committ本文介绍了基于SAEJ939协议的发动机虚拟CNMHG仪表系统的开发思路。该系统为实验室发动机试验(3]程军辆割系统总线通信和控制协议SAEJ19世系统的一部分,也可以配合本科生的教学实验课程。界汽车,2000,(2):19-21设计·酬究汽车科技第2期2009年3月下特点:2)相同工况下,纯乙醇发动机的HC排放要大=)乙醇含氧丰富高达348%,这也是其理论空大低于汽油机的,且点火提前角对其的影响很小;仅为9的主要原因3)相同过量空气系数下,纯乙醇发动机的NO2)乙醇热值较低,所需的循坏供应量大大增加,排放要比汽油机的少50%。定程度上影响乙醇发动机的功率此外,由于乙醇燃烧不完全还会产生一些微量3)汽化潜热很高,所产生的冷却效应会妨碍排放物(乙醛、甲醛、乙酸等)。而如果考虑植物光燃料在低温起动时的完全汽化,使发动机冷起动合作用所消耗的CO2,则基本上可以认为乙醇发动性能恶化,必须采取相应措施。但同时也可以提高机对温室效应的影响为零。充气效率,降低缸内温度,因而压缩比可以相应提高2发动机本体改造4)蒸汽压很低而粘度很大影响均匀混合气的形成和各缸一致性本文实验中原型机的技术参数如表1所示5)乙醇辛烷值较高,意味着乙醇具有良好的抗表1某型号柴油机技术参数爆性能,因此乙酶发动机叮以较汽油机使用更高的直列六缸、四冲程,水冷增压压缩比,从一定程度上弥补乙醇热值低所带来的功缸内直喷压燃式发动机率降低;额定功率转速118 kW/2 600 r/min6)乙醇着火极限范围较宽,意味着醇有进行缸径x冲程05mmx120稀薄燃烧的潜力,对排气净化及降低油耗的优化L压缩比73:排量6.234L作有利7)理论空燃比下每千克混合气的热值与汽油相本着尽量利用现有资源的原则,根据乙醇的物差无几,且乙醇的分子量变系数大于汽油,意味着乙化特性对原机进行了6项改动醇发动机的升功率可与汽油机相当;2.1燃油供给系统8)C/H值比汽油小,完全燃烧时产牛的CO2较采用进气道多点喷射方式(MP1),安装燃油供少,HAO较多。对于相同的燃烧热值,燃烧产物的比给系统(油箱总成、高压油轨总成、燃油滤清器和输热容相对较高,这有利于热效率的提高油管路)。乙醇还是一种性能优良的有机溶剂,燃用乙醇理论上,喷嘴的最佳安装位置应在进气门附近可以减少燃烧笙表面的燃烧沉淀物,起到一定的清的进气道上,以尽量将乙醇喷射到进气阀的背面,利洁作用;但也有文章认为乙醇的汽化潜热过高会用进气阀的温度来促进乙醇的雾化。但考虑到实际导致在进气阀背面容易形成积炭。情况,次喷嘴的安装釆取折衷方案:在各缸进气歧此外,发动机燃用乙醇还应注意以下问题管与缸盖进气道之间分别增加喷嘴安装支座来安装1)乙醇燃烧生成的乙酸酸性大大强于汽油燃烧喷嘴,喷射角度为45°,如图1所示。产物的酸性,使用普通润滑油容易造成发动机膺损,在乙醇发动机中必须采用专用润滑油来防止这些磨嘴嘴安装支座损;噴嘴2)乙醇对部分念属和橡胶具有腐蚀性,必须在发动机上采取相应保护措施;3)乙醇在抗磨损性能上和汽油无法相比,具体的磨损量需通过可靠性试验检验纯乙醇发动机的各种排放均要优于汽油机,这也是由乙醇自身的特点所决定的:1)在同样功率输出下6,纯L醇发动机的CO22中国煤化工排放要比汽油机的少60%,且点火提前角对其的影CNMHG15%在发动机响微乎其微输出同样功率时,根据缸内单位体积混合气热值相28纯变性L醇燃料发动机的初步研究/程伟,陈小迅,戈锐等设计·酬究等要求,必须增加乙醇供给量(与汽油机相比)在现有基础上,采用适当加大喷油脉宽的方式来增加燃爆压测控制台比仪料喷射量。在保证缸内单位体积混合气热值不变的条件下,其理论脉宽放大系数应为162(与汽油机相比)。具体大小在试验中进行标定。onono23燃烧室刚功机回发动机一般而言,纯乙醇发动机的压缩比为10-125而原机压缩比为17.3。因此重新设计并试制了压缩比为10,燃烧室为浅盆形的活塞。24点火系统1手动阀:2燃油滤清器;3然油压力传感器;4然油温度传感器:5冷将原机的喷嘴安装孔改为火花塞安装孔,使其却水温传感器:6氧传感器:7排气温度传感器;8机油温度传感器;能方便地安装标准的火花塞,并且满足性能要求。9机油压力传感器;0发动机矩侍感器1.动机转连传感器;乙醇的辛烷值高于汽油而低于天然气,而辛烷2爆震传感器图2试验装置示意值高则抗爆性强9,但也更难着火,所需点火能量也32控制策略就更大。因此,乙醇所需的点火能量应高于汽油而低发动机的主要控制策略为分组喷射、分组点火天然气。采用高能点火系统(火花塞、点火线圈、高压线考察不同进气压力(控制节气门开度)、点火提前角和束),其中火花塞为电阻、突出、双铂金冷型,点火能空燃比(通过调节脉宽控制)对发动机动力性的影响33试验结论量足够满足乙醇点火的要求。本文试验中主要对乙醇发动机的外特性曲线和此外,乙醇汽化潜热大使混合气温度较低滞燃1600r/min时功率与空燃比点火提前角的变化关期较长,燃烧比较平稳、缓慢,需适当增加点火提前角(相对汽油机)。系进行了研究。从试验结果得出以下结论点火方式有分组点火和顺序点火两种。考虑到1)乙醇发动机与原机的动力性对比如表3所示。改装后乙醇发动机的额定功率略高于原机扭矩分组点火方式的控制较为简单,且点火能量浪费很则存在一定差距。考虑到喷嘴的安装位置和喷射压少,故采用分组点火方式。力并非最佳,导致乙醇的雾化效果和混合气的均匀25EcU及传感器性较差,且发动机进气方式为自然吸气式,这些都在采用包含有MP方式控制模块的ECU,增加进定程度上影响了乙醇发动机的低速扭矩。如果这气压力传感器、进气温度传感器、水温传感器和转速些问题能够得到解决,乙醇发动机的动力性能有望传感器与FCU相连。现场对具体的参数进行标定。得到进一步提高。26进气系统表3动力性对比取消增压器总成;在进气总管上安装节气门总成,并将其上的节气门位置传感器和怠速步进马达机型额定功率/kW最大扭矩/Nm与ECU相连。原机118纯乙醇发动机1963初步试验研究2)1600r/min时,各种负荷下的动力区基本上31试验台架都在过量空气系数为0.8-0.89之间,如图3所示试验台架如图2所示。控制台为发动机试验常3)1600r/min全负荷,点火提前角为98℃A规控制台。其中,为补偿乙醇汽化潜热大所带来的温时,对空燃比进行标定。当过量空气系数为084时度下降,改善乙醇的雾化,从实际情况出发,在台架功中国煤化工上增加了燃油预热装置,并安装了燃油温度和压力CNMHG系数为08时,传感器对预热后燃油的温度和压力进行实时监控。对点疋。点前角为19℃A时,同时安装了爆震传感器,对缸内压力进行监测。功率最大值为804kW,如图4所示。设计·究汽车科技第2期2009年3月5)试验中还发现改装后纯乙醇发动机的排气低14%。文献中汽油机改为乙醇发动机与汽油机温度较高(全速全负荷时最高温达到795℃),其与对比,电控喷射乙醇发动机最大扭矩增加1.9%,最过量空气系数成正比。大功率增加54%。本机采用增压后其最大扭矩有望6)试验中还对预热后的燃油温度进行了监测,有进一步提高。发现燃油经过排气管高温辐射加热后温度上升了后续将在以下方面继续开展工作4-10℃,应能从一定程度上补偿乙醇1)重新设计喷嘴和油轨的安装形式,使喷射位置尽量靠近进气阀同时辅以燃油预热装置,以期能进一步改善乙醇的雾化提高其冷起动性能;◆102%2)考察涡轮增压对乙醇发动机性能排温以及▲19%稳定性的影响3)适当增加乙醇发动机的压缩比,并考察其对发动机性能、排温以及稳定性的影响4)对乙醇发动机的经济性和排放特性进行试验研究;5)进行可靠性试验研究,考察进气系统沉淀物66.2865268572676581292并探讨采取改善乙醇雾化措施后对该沉淀物的影图31600r/min空燃比特性目前国内对乙醇的使用还仅限于乙醇汽油的应用,纯乙醇发动机的使用还是一片空白因此对纯乙汽化潜热大所导致的温度下降,改善混合气的醇发动机进行探讨性试验研究就具有十分重大的意形成,从而提高发动机性能。义参考文献[」CB18350-2001,变性燃料乙醇[S[2]GB|8351-2004,车用乙醇汽油[S[3]熊云郭小川,王九汽车用油指南M北京:中国石化出版社,2005.[4邓元望,刘放浪,刘学英.乙醇燃料及其在发动机中的应用[J小型内燃机与摩托车,2005,34(1):28[5]郭瑞莲鲍晓峰,岳欣,等.车用乙醉汽油对发动机进气系统沉积物的影响研究C]北京:中国内燃机学会油品与点火提前角/℃A清洁燃料分会,2007[6]Francisco A Martinez, Ahmad R Ganji Performance and图41600r/min全负荷点火提前角特性exhaust emissions of a single-cylinder utility engine usinethanol fuel. SAE paper 2006--32-00784结束语[7]Marinov Nick MA detailed chemical kinetic model for high本项目成功地将某型号柴油机改装成为纯乙Chemical Kinetic, 1999, 31(3): 183-220醇自然吸气式发动机。对原机燃烧室及压缩比进8]刘志敏电控喷射乙醇燃料(E|00在火花点燃式发动机的应用研究[D]长春:吉林大学图书馆,2002行改进,增加点火系统,完成设计、试制和初步试[9 ] Hollembeak B. Classroom manual for automotive fuels and验。得到初步的动力性结论,为下一步工作搭建研中国煤化工ing.200发平台[10]刘额定功率达到原增压柴油机水平,最大扭矩降CNMHG性研究[朝北