E0-E40乙醇/汽油混合燃料在汽油发动机中的试验研究

第32卷第2期燕山大学学报Vol. 32 No. 22008年3月Joumal of Yanshan UniversityMar.2008文章编号:1007-791X(2008)020176-04E0-E40乙醇汽油混合燃料在汽油发动机中的试验研究刘晓辉(1.山东交通职业学院,山东潍坊261206)摘要:在一台直列四缸汽油机上,研究了乙醇汽油混合燃料对发动机性能的影响。结果表明在发动机结构、技术参数不变的条件下,动力性能在低转速下降低,高转速下卉高,但变化幅度不大:燃油消耗率有所升高排放性能明显改善。最后,通过模糊综合评价方法确定出最佳掺醇比关键词:汽油机;乙醇;发动机特性中图分类号:TK411.7文献标识码:A0引言机和FGA4100排气分析仪。试验油品采用93#普由于石油短缺和环境污染的日益严重,开发低通无铅汽油和95%工业乙醇。污染代用燃料已日益迫切。乙醇是一种可以从粮食2试验结果及分析辛烷值高、没有毒性、与汽油相溶性好,是提高汽1动力性分析油辛烷值的优良添加剂,而且易实现各种比例的掺烧。为此,研究了乙醇汽油对汽油机性能的影响,由图1可以看出,在节气门全开、低转速下为进一步推广乙醇汽油提供了一些依据。随乙醇含量增加,发动机最大转矩和功率有所下降,但下降幅度不大。当发动机转速为2000pm,1实验系统及方法掺醇比为E10、E20、E30和E40时,发动机的最大转矩比原机降低了约3.18%、346%、446%和按照国家标准QCT524-199°汽车发动机628%:发动机最大功率分别比原机降低了约性能试验方法》,采取对比试验方法,比较了不同3.04%、348%、478%和826%。低转速时进气乙醇掺烧比下发动机的性能,并与原汽油机性能进节流减小,乙醇含氧优势不明显,同时乙醇汽化潜行了对比。试验用发动机技术参数如表1所示。热比汽油燃料大,结果导致着火过程中滞燃期延表1试验用汽油发动机主要参数长,火焰温度降低,并且乙醇的热值低于汽油,故Tab. 1 Main parameters of tested gasoline engine在低速时混合燃料的转矩和功率有所降低。在节气门全开、高转速下,最大转矩和功率有所上升。当发动机型号TOYOTA4A发动机转速为4500mpm,掺醇比为E10、F20、E30气缸直径x行程/mm和E40时,发动机最大转矩分别升高了约095%、压缩比排量L121%216%和285%;最大功率升高了约0.92%最大功率转速/( kw/rpm)128%3.30%4.95%在高速高负荷下,发动机最大转矩转速/0Nm/mm)1284400进气节流、燃料喷射量增大,单位时间燃烧反应次数增加,加上乙醇是含氧燃料、汽化潜热较高,使主要测量仪器有FCM05瞬态油耗测量仪、中国煤化工充气效率,可CWK6003负荷转速测量仪、CW260电涡流测功收稿日期:2007-1221THCNMHG作者简介:刘晓辉(1981-),男,山东潍坊人,硕士研究生。主要研究方向为内燃机燃烧与排放第2期刘晓辉E0E40乙醇汽油混合燃料在汽油发动机中的试验研究177以使燃烧得更充分。故在高速时的转矩和功率有所→E→E10E20E30E4升高。→E10E20E30一E40(a)3000pm时燃油消耗率15002000250030003500400045005000(a转矩特性图→E0·E10→E20E30=E40←后们b)4200mpm时燃油消耗率1500200025003000图2发动机经济性与乙醇体积分数的关系b)功率特性图Fig. 2 Relationship between engine economy and the volumfraction of ethanol图1不同乙醇体积分数下发动机特性与原机对比23排放性分析rison ofengine characteristics with original ma-chine under different ethanol volume fraction实验比较了转速在4200mpm时随负荷变化,发动机未燃HC、CO和NO的排放性。22经济性分析1)HC的排放特性分析实验考察了乙醇体积分数对发动机经济性的影响,图2是汽油发动机在部分负荷工况,转速为在整个负荷范围内,燃用93#汽油时HC排放3000rpm、4200rpm时燃用混合燃料的燃油消耗髙于燃用其它混合燃料,随着乙醇的增加,各种负率曲线图。可以看出,燃用混合燃料时其耗油率增荷下的HC排放均有明显降低,由此可知,加入乙加较多,这是因为乙醇的热值低于无铅汽油,在发醇可以改善燃烧,使尾气中的HC含量大幅度降动机动力输出功率不变时需要燃烧更多燃料,并不低,如图3所示是燃烧热效率恶化。从图中还可以看出,在中小负2)CO的排放特性分析荷时油耗率增加较大,而大负荷时油耗率增加幅度有所下降。这是因为在中小负荷时,过量空气系数在中小负荷时,过量空气系数基本保持在1左右,加之醇类燃料的C/H小于汽油,汽化潜热大在1左右,乙醇含氧优势、促燃作用不明显;在大负荷时,发动机提供浓混合气,乙醇的自含氧量会于汽油,有利于混合气的充分燃烧,使得各种燃料使乙醇汽油的燃烧比无铅汽油更为充分,从而减小的V山中国煤化工在大负荷时,各种了油耗率增加。CNMHG这是因为在高负荷时为了输出较大功率而增加喷油量形成了浓混燕山大学学报过量空气系数<1,这使CO的排放开始上E0一E10一E0=E30一E40升。随着掺烧乙醇比的增加,CO排放有明显改善这是由于醇类燃料自携氧有助于充分燃烧,如图4所示。E20一E30=E2100303540功K图5m4200pm时NO的排放特性Fig. 5 Emissions characteristics of NO, (n4200 rpm)354045功率“k雷31评价指标矩阵图3m4200mpm时HC的排放特性将采集的实验数据归一量化后得到评价矩阵,Fig 3 Emissions characteristics of HC(4200 rpm)表2、表3是m=3000pm、m4200mpm转速下的各指标的评价矩阵A0AE0=E10E20E30一E:0表2r=3000pm时的评价矩阵AxmTab. 2 Evaluation matrix Ajo( 300燃料类型转矩指数NO指数HC指数CO指数燃油消耗率指数E009970000000000000.12409970.3330.576041009900.3800.7250.462E400870040708040508000表3m4200mm时的评价矩阵Aa功率kTab 3 Evaluation matrix Aa(4200 rpm)图4m4200mm时CO的排放特性燃料类型转矩指数NO指数HC指数CO指数燃油消耗率指数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生成的条件为高温、富氧和高温持续时间E401.0000.5490.7150.556乙醇汽化潜热约为汽油的292倍,添加乙醇后发32确定评价指标的权重动机进气温度较低,缸内最高燃烧温度下降,从而采用打分法确定评价指标权重,分数为1、2抑制了NO的生成量:随功率增加,乙醇的加入使3三级。以两种不同的评价指标相对发动机性能的滞燃期延长,NO的生成量有所增加,但NO排放重要性而言进行相对比较,当一种指标对发动机性值远低于原机,如图5所示。能相比另一种指标较重要的给3分,同样重要的给3最优体积分数的确定2分,不太重要的给1分,不重要的给0分。各项评价指标的权重分别为转矩030、NO20.15、HC应用模糊综合评价原理,采用表征发动机动力0.15、中国煤化工特性的转矩、表征排放特性的NO2、HC、CO和3.3CNMHG表征经济性的燃油消耗率为评价指标,对发动机特性进行综合评价。根据前文,得出指标评价矩阵和权重。计算出第2期刘晓辉E0E40乙醇/汽油混合燃料在汽油发动机中的试验研究179各项指标的评价值,可计算出3000mm时燃料的时燃料的综合评价值Bm分别是0.324、0.42综合评价值Bw,如表4所示同理可求出4200rpm0.593、0.550、0.573m时评价结果BTab. 4 The evaluation results Byo(3000 rpm)燃料类型转矩评价值NO评价值HC评价值Co评价值燃油消耗率评价值综合评价值Bm0.0000000E1000220.4493000700.05700690.5490.00000760.519将B∞和Bw相加即可得到两种转速下的综合后燃料消耗率增加的结论;评价值B={0.654,0.873,1.110,1.09,1.092}4)采用模糊综合评价方法,对发动机进行综计算结果表明E20的综合评价值最高,表明E20合评价,得出E20的综合性能最好。在本试验发动机上的应用综合效果最好。结论参考文献)在节气门全开、低转速下,随掺醇比增加,[]何邦全,闫小光,王建昕,等.电喷汽油机燃用乙醇一汽油燃料的排放性能研究内燃机学报,2002,20(5):399402发动机最大转矩和功率有所下降;在高转速下,随[2]钱叶剑,谈建,左承基,等.车用乙醇汽油对电喷汽油机性能掺醇比增加,发动机最大转矩和功率有所上升,变影响的实验研究内燃机学报,200624(4):320325化幅度不大[3]黄付强乙醇汽油灵活比例电控发动机性能研究DD,杭州2)对比了发动机在4200mm时随负荷变化的浙江大学,2005排放特性,结果显示掺烧乙醇会减少HC、CO和{徐冠朋增氧剂对电喷汽油机性能及排放的影响天津大学,2004NO排放量;3)通过对燃油经济性的试验,得出掺烧乙醇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中国煤化工CNMHG