【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 內(nèi)的研究就比較深入了。 1995 年 Guerrieri 和 Caffrev[8]于 6 輛在用車上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)乙醇含量高于25％時(shí)， C02的排放減少；當(dāng)乙醇含量提高到 40％時(shí)，總碳?xì)浠衔?(THC)排放在最初的時(shí)候先增加了一點(diǎn)，而后隨著 CO 的減少而逐漸降低。 M． A． Ceviz 和 F． Yuksel[7]同時(shí)發(fā)現(xiàn) 四種混合燃料的 CO和 HC的排放均低于汽油，排放曲線呈先減小而后增大的趨勢(shì)。 2021 年 Hsieh 等人 [8]在一臺(tái)閉環(huán)控制發(fā)動(dòng)機(jī)上研究發(fā)現(xiàn)，加入乙醇可以使 C0和 HC 分別減少 10％． 90％和 20％． 80％，并且 NOx 的排放與發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況有很大關(guān)系，而與乙醇含量的多少關(guān)系不大，但這一結(jié)論仍需進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 H． S． Yucesu 等人 [9]燃用 EO、 E E E40 和 E60 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)E40 和 E60 對(duì)減少尾氣排放產(chǎn)生了重大的作用，在低轉(zhuǎn)速下 CO 的排放減少量最大，兩種混合燃料平均分別減少了 11％和 ％；與 CO相比， HC的減少更加明顯，在高轉(zhuǎn)速下，燃用 E60 使得 HC排放平均減少了 ％。 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 在動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性方面，許滄粟和杜德興 [10]同時(shí)發(fā)現(xiàn)：發(fā)動(dòng)機(jī)燃用混合燃料后，不影響功率、扭矩等的使用性能，無(wú)須對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改裝；摻燒乙醇后，有利于改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒狀況，降低能耗率。 何幫全 [11]等人在一臺(tái)電噴汽油機(jī)上燃用 E0、 E1O 和 E30 后發(fā)現(xiàn)：在怠速工況下，燃用混合燃料可顯著降低 CO、 NOx 和總碳?xì)浠衔?(THC)的排放， E3O 的效果最明顯。 高祥等人 [12]在一臺(tái)多點(diǎn)電 噴汽油機(jī)上實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在低轉(zhuǎn)速時(shí) ， 三效催化器對(duì)排放黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 3 中 CO 的凈化效率普遍較高，而中高轉(zhuǎn)速時(shí)隨負(fù)荷的增加凈化效率降低；對(duì) THC 的凈化效率也較高；并且三效催化器的凈化效率與乙醇的含量、發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷有關(guān)。 研究?jī)?nèi)容 目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)乙醇汽油混合燃料的研究主要集中在及一些高比例混合燃料 (如E50、 E60 和 E85 等比例的燃料 )上面，結(jié)合我國(guó)國(guó)情 (資源條件、汽車工業(yè)水平等 )，本論文希望通過(guò)對(duì)三種低比例的混合燃料 (E0、 E1O 和 E20)的動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能、排放和燃燒特性進(jìn)行研究分析，從而為我國(guó)乙醇代用燃料汽車的 研究和擴(kuò)大應(yīng)用范圍提供有價(jià)值的理論和技術(shù)支持。 研究目的在于通過(guò)對(duì)在同一臺(tái)電噴發(fā)動(dòng)機(jī)上燃用三種低比例乙醇汽油混合燃料后的動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能、排放和燃燒特性進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)三種混合燃料在電噴發(fā)動(dòng)機(jī)上的動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能、排放和燃燒特性，以便在實(shí)際應(yīng)用中，充分發(fā)揮乙醇燃料的優(yōu)點(diǎn)，使其在電噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)上發(fā)揮更好的作用，為乙醇燃料的繼續(xù)推廣應(yīng)用打好理論基礎(chǔ)，擬從以下幾個(gè)方面展開(kāi)研究： (E0、 El0 和 E20)的理化特性進(jìn)行分析； ，測(cè)取分別燃用三種燃料后的 常規(guī) 特性 數(shù)據(jù) 和燃燒數(shù) 據(jù) ， 評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)燃用混合燃料后的動(dòng)力性能和燃油經(jīng)濟(jì)性 ； ，對(duì)比分析燃用混合燃料后的排放特性和三元催化轉(zhuǎn)化效率； ，對(duì)比分析燃用混合燃料后的燃燒特性。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 4 第 2 章 乙醇汽油理化特性研究 乙醇理化 性質(zhì) 乙醇俗稱酒精，化學(xué)分子式為 C2H5OH。內(nèi)燃機(jī)燃用的汽油、柴油等是烴類燃料，而乙醇是烴基與 羥基 (OH)組成的有機(jī)化合物。乙醇分子中含有 羥基 這一特點(diǎn)是乙醇燃料與烴類燃料不同的根本所在。乙醇含有一個(gè) 羥基 ，屬于一元醇，它的來(lái)源較為豐富，具有一定的可再生性。表 21 列出了乙醇和汽油的主要理化性質(zhì) : 表 乙醇與汽油的主要理化性質(zhì)比較 項(xiàng)目 乙醇 汽油 化學(xué)分子式 C2H5OH C8H18（以辛烷為例） 氧含量（ m%） 0 沸點(diǎn)（ C? ） 30～ 220 低熱值（ MJ/kg） 高熱值（ MJ/kg） 汽化潛熱（ kJ/kg） 862 297 自燃溫度（ C? ） 420 260～ 370 辛烷值 111 91 理論空燃比（ m/m） 著火極限（空氣中的容積比 %） ～ 19 ～ 羥基 (OH)，能與水以任意比例互溶，而烴類燃料憎水性強(qiáng)，因而乙醇與烴類燃料的相容性較差。在常溫下，只有醇含量很低或很高時(shí)，才可能互溶。 ，約為 %，在燃燒過(guò)程中有自供氧效應(yīng)，這意味著同樣質(zhì)量的燃料完全燃燒所需的空氣質(zhì)量就相對(duì)較少，有利于高原地區(qū)的應(yīng)用 。同時(shí)它能比MTBE 以更少的添加量加入汽油中。若在同樣的進(jìn)氣條件下 ，乙醇由于自身含氧則使燃燒過(guò)程得到改善，燃燒較為均勻，局部富氧和局部缺氧的概率減少，熱效率提高，燃燒過(guò)程組織的好，則發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及排放性都可以得到改善。乙醇與汽油摻燒，可使混合燃料即乙醇汽油也變成為含氧燃料。 ，有助于燃油 空氣混合氣的形成，但會(huì)使產(chǎn)生氣阻的傾向大，并且其中缺少高揮發(fā)性成分，對(duì)冷起動(dòng)不利。而且兩者的凝固點(diǎn)都比黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 5 較低，在低溫環(huán)境下都能正常使用。 ，只有汽油的 %。因此，與燃用汽油相比，在同等的熱效率下，醇類燃料的有效質(zhì)量燃油消耗率 高。 ，約是汽油的 倍。高的汽化潛熱及低的蒸氣壓將導(dǎo)致混合氣形成和起動(dòng)困難，但它在進(jìn)入進(jìn)氣管、進(jìn)氣道或者進(jìn)入氣缸后，能吸收沿途管道壁面和燃燒室周圍高溫零件壁面的熱量，使自己蒸發(fā)，有可能提高充氣效率。通常通過(guò)增加發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣加熱系統(tǒng)或廢氣預(yù)熱空氣系統(tǒng)，提高進(jìn)氣溫度，改善混合氣形成及燃燒，改善乙醇汽車的低溫起動(dòng)性。 (RON)較高，為 111，若在汽油中添加乙醇可以有效提高汽油的辛烷值。因此，使用乙醇汽油的發(fā)動(dòng)機(jī)可適當(dāng)提高壓縮比來(lái)提高熱效率，從而獲得較好的動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì) 性能 [13] 。 ，比汽油更容易稀燃。能在比較稀的混合氣狀態(tài)下工作，而且不會(huì)因空燃比得不到精確控制而導(dǎo)致間斷著火 。能夠允許在稀混合氣工作時(shí)，較大自由的選擇運(yùn)轉(zhuǎn)工況，這將有利于提高經(jīng)濟(jì)性并且降低排放污染。稀燃是一種節(jié)能燃燒和完善燃燒的形式，有利于提高熱效率，而且壓縮比越高，負(fù)荷越大，越容易稀燃。 乙醇汽油的熱值計(jì)算 燃料的熱值有高熱值和低熱值之分。高熱值是燃料完全燃燒后發(fā)出的熱量加上燃燒產(chǎn)物之一的水蒸氣冷凝后放出熱量的總和，它是燃料完全燃燒后所能發(fā)出 的總熱量。低熱值是高熱值減去水的汽化潛熱后的熱值。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的水蒸汽所含的冷凝熱，實(shí)際上是難以回收的，所以燃料的熱值常用低熱值表示。發(fā)動(dòng)機(jī)是進(jìn)行熱功轉(zhuǎn)換的熱機(jī)，燃料所含熱量是發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的能量來(lái)源，因而燃料低熱值是評(píng)價(jià)燃料性能的一個(gè)重要指標(biāo)。 乙醇汽油混合燃料的理論近似熱值可以 通過(guò)計(jì)算得到。根據(jù)混合燃料中乙醇和汽油的體積分?jǐn)?shù)，以及測(cè)取的混合燃料的密度，可以計(jì)算出混合燃料中乙醇和汽油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，然后按照下式 [14]對(duì)混合燃料的質(zhì)量低熱值 hu 進(jìn)行計(jì)算 : hu=MGHG+MEHE （ ） 式中， hu—— 乙醇汽油混合燃料的質(zhì)量低熱值，單位為 MJ/kg； MG—— 混合燃料中汽油的質(zhì)量百分比，單位為 %； HG—— 汽油的質(zhì)量低熱值，單位為 MJ/kg； ME—— 混合燃料中乙醇的質(zhì)量百分比，單位為 %； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 6 HE—— 乙醇的質(zhì)量低熱值，單位為 MJ/kg。 根據(jù)混合燃料中各成分的體積百分比，可以通過(guò)下式換算得到相應(yīng)的質(zhì)量百分比[14]: EEGG GGG VV VM ρρ ρ+= () ME=1MG ()以 E10 為例，其低熱值計(jì)算過(guò)程如下 : % ρ90 =+ =+ = EG GGM ME=%=% 將計(jì)算得到的 MG和 ME代入式 ()，得到 E10 的質(zhì)量低熱 值 : hu=%+%=同樣經(jīng)過(guò)計(jì)算可得到其它四種混合燃料的質(zhì)量低熱值。實(shí)驗(yàn)用三種嫩料的質(zhì)量低熱值如表 。 表 各燃料的質(zhì)量低熱值 E0 E10 E20 質(zhì)量低熱值（ MJ/kg） 值 計(jì)算混合燃料理論混合氣的熱值，首先要計(jì)算混合燃料的理論質(zhì)量空燃比，可以按照下式 [14]進(jìn)行計(jì)算 : EEGG LMLML += ()式中， L乙醇汽油混合燃料的理論空燃比 (質(zhì)量比 ): LG汽油的理論空燃比 (質(zhì)量比 )； LE乙醇的理論空燃比 (質(zhì)量比 )。 汽油的理論空燃比 (質(zhì)量比 )為 ，乙醇的理論空燃比 (質(zhì)量比 )為 ，仍以E10 為例，則它的理論質(zhì)量空燃比 : L=%+%= 同樣經(jīng)過(guò)計(jì)算可得到其它三種混合燃料的理論質(zhì)量空燃比。實(shí)驗(yàn)用燃料的理論空燃比 (質(zhì)量比 )如表 所列。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 7 表 各燃料的理論空燃比 燃料 E0 E10 E20 燃料理論空燃比 根據(jù)燃料的熱值和空燃比，可以按照下式 [14]計(jì)算乙醇汽油混合燃料混合氣的熱值 : LhuHu λ+=1 () 式中， Hu—— 乙醇汽油混合燃料混合氣的熱值，單位為 MJ/kg； λ —— 過(guò)量空氣系數(shù)； L—— 理論空燃比 (質(zhì)量比 )。 在理論混合氣狀態(tài)下，過(guò)量空氣系數(shù) ? =1，可以根據(jù)燃料的質(zhì)量低熱值和理論空燃比計(jì)算混合燃料理論混合氣的熱值。仍以 E10 為例，則它的理論混合氣熱值 : =+=Hu 同樣經(jīng)過(guò)計(jì)算可得到 E20 的理論混合氣的熱值。實(shí)驗(yàn)用三種燃料的理論混合氣的熱值的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 所示。 表 各燃料的理論混合氣熱值 燃料 E0 E10 E20 理論混合氣熱值（ MJ/kg） 本章小結(jié) 本章概述了乙醇和乙醇汽油混合燃料的理化性質(zhì)，并分別與汽油進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明 : ，乙醇汽油一定程度上變成了含氧燃料，辛烷值提高，可以改善燃油品質(zhì)，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒，降低排放。 、理論空燃比和理論混合氣熱值均隨著乙醇體積含量的增加而逐漸降低 。 ， 兩 種乙醇汽油混合燃料的質(zhì)量低熱值及其理論混合氣的熱值與汽油相差不大，可以作為石油的替代燃料。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 8 第 3 章 乙醇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)性能研究 實(shí)驗(yàn)裝置儀器 實(shí)驗(yàn)是在我院汽車工程實(shí)驗(yàn)中心進(jìn)行的。本論文實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集，主要是通過(guò)ＡＶＬ ＡＭＡ i６０雙路直采排放分析系統(tǒng)測(cè)量、分析和記錄排放數(shù)據(jù) 。利用發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試控制儀測(cè)量并由ＦＣ 2021 測(cè)控系統(tǒng)軟件來(lái)設(shè)置發(fā)動(dòng)機(jī)各種工況，并記錄各 工況下所需測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)所用主要測(cè)量?jī)x器名稱、型號(hào)等參數(shù)見(jiàn)表 , 測(cè)試系統(tǒng)總體布置如圖 所示 。 表 實(shí)驗(yàn)用測(cè)量?jī)x器 測(cè)量?jī)x器名稱 用途 型號(hào) 東安發(fā)動(dòng)機(jī) 研究對(duì)象 4G18 發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控系統(tǒng) 控制各種工況 FC2021 智能油耗儀 記錄油耗 FC2100 雙路直采排放分析系統(tǒng) 排放信號(hào)采集 AVL AMA i60 電渦流測(cè)功機(jī) 負(fù)荷特性 CW160 4G18汽油發(fā)動(dòng)機(jī)電 渦 流測(cè) 功 機(jī)測(cè) 試 控 制 系統(tǒng)燃 燒 分 析 系統(tǒng)雙 路 直 采 分 析 儀 計(jì) 算 機(jī) 圖 測(cè)試系統(tǒng)總體布置示意圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 9 表 發(fā)動(dòng)機(jī)主 要技術(shù)參數(shù) 排量 壓縮比 10 點(diǎn)火方式 多點(diǎn)電噴 最大功率 /轉(zhuǎn)速 85Kw/6000rpm 最大扭矩 /轉(zhuǎn)速 冷卻方式 水冷 工作方式 自然吸氣 氣缸排列形式 L 氣缸數(shù) 4 電渦流測(cè)功機(jī)型號(hào)是 CW160 圓柱感應(yīng)式，如圖 是用所示，是用來(lái)測(cè)量動(dòng)力機(jī)械各種特性的試驗(yàn)儀器。本機(jī)適用于中、小型功率電機(jī)、汽車、內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、水輪機(jī)、工程機(jī)械、林業(yè)、礦山、石油鉆采等機(jī)械的性能試驗(yàn)，也可作為其它動(dòng)力設(shè)備的吸功裝置。 圖 CW160圓柱感應(yīng)式電渦流測(cè)功機(jī) 主要特點(diǎn)： （ 1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作維護(hù)方便。 （ 2）制動(dòng)力矩大，測(cè)試精度高，工作穩(wěn)定。 （ 3）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快。 （ 4）與測(cè)控系統(tǒng)配套，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。 技術(shù)指標(biāo)： （ 1）最大勵(lì)磁電壓： CW6～ CW16, DC 90V； CW25～ CW40, DC 120V； （ 2）最大勵(lì)磁電流： CW6～ CW16 3A； CW25～ CW40 4A。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 10 （ 3）冷卻水壓： ～ 根據(jù)出水溫度調(diào)節(jié)水壓，當(dāng)出水溫度升高時(shí)，適當(dāng)加大水壓使出水溫度降低。 （ 4）冷卻水流量：冷卻水量取決于進(jìn)水、出水的溫差和吸收功率的大小。 （ 5）測(cè)功機(jī)出水溫度：小于 55℃。 （ 6）工作方向：左旋或右旋，連續(xù)工作。 （ 7）扭矩測(cè)量精度： ? ％ FS。 （ 8）轉(zhuǎn)速測(cè)量精度： ? lr/min。 FC2021 發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng) 如圖３ .３所示， 在設(shè)計(jì)過(guò)程中吸取了奧地利 AVL 公司SCHCK 公司發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)。它是為滿足發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)不同類型柴油機(jī)、汽油機(jī)、天然氣、液化氣性能試驗(yàn)和出廠試驗(yàn)而精心設(shè)計(jì)的大型測(cè)控系統(tǒng)，可與國(guó)內(nèi)外各種不同的水力、電渦流、電力測(cè)功器以及各種型號(hào)的煙度計(jì)、廢氣分析儀等配套，用于控制和測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、功率、燃油 /燃?xì)庀牧俊囟?、壓力、流量等各種不同類型的參數(shù) .本實(shí)驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試控制儀分為自動(dòng)測(cè)量控制 和油門 (水門 )勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)控制兩個(gè)單元，用于控制和測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、扭矩、功率、溫度、壓力、流量等。 圖３ .３ 發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試控制系統(tǒng) 該排放分析儀 如圖 所示，主要 功能介紹 : ①指定工況測(cè)試功能 :根據(jù)用戶需要 ，將汽車發(fā)動(dòng)機(jī)置于用戶指定工況運(yùn)行，可測(cè)量此時(shí)的廢氣排放數(shù)據(jù)，可從事汽車及發(fā)動(dòng)機(jī)排放性能測(cè)試和催化轉(zhuǎn)化效率測(cè)試。 ②故障診斷、分析和維修指導(dǎo)功能 :通過(guò)對(duì)測(cè)量的廢棄參數(shù)變化情況的分析，幫助黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 11 判斷汽車排放超標(biāo)的原因，并提出修理建議，指導(dǎo)故障診斷和維修。如 :判斷廢氣控制系統(tǒng)中三效催化器的好壞，空氣濾清器是否過(guò)臟等。 ③氣路泄漏自檢功能 :將取樣探頭前端用阻塞帽阻塞，進(jìn)行“氣路泄漏自檢”操作，可檢測(cè)整個(gè)氣路有無(wú)泄露現(xiàn)象。 圖 排放分析系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)方案 ①實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 在怠速工況下，評(píng)定發(fā)動(dòng)機(jī)的排放特性。 ②實(shí)驗(yàn)方法 在怠速工況下，待發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定 2分鐘后開(kāi)始測(cè)量。 ③測(cè)量項(xiàng)目 CO, HC, NOx 的排放值。 ①實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 在規(guī)定轉(zhuǎn)速下，評(píng)定發(fā)動(dòng)機(jī)部分負(fù)荷下的排放特性和燃油經(jīng)濟(jì) 性。 ②實(shí)驗(yàn)方法 在適當(dāng)轉(zhuǎn)速下進(jìn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變，從小負(fù)荷 開(kāi)始，逐漸開(kāi)大節(jié)氣門，每次多加載 直至 進(jìn)行測(cè)量。轉(zhuǎn)速分別固定在 :1600r/min， 2021r/min、2400r/min 和 2800r/min，在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)，待發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定 2分鐘后開(kāi)始測(cè)量。 ③測(cè)量項(xiàng)目 CO, HC, NOx 的排放值；燃油消耗率、三元催化轉(zhuǎn)化效率。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 12 %油門開(kāi)度 下實(shí)驗(yàn) ①實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 在規(guī)定轉(zhuǎn)速下，評(píng)定發(fā)動(dòng)機(jī) 80%負(fù)荷下的排放特性、燃燒特性和動(dòng)力性。 ②實(shí)驗(yàn)方法 在適當(dāng)轉(zhuǎn)速下進(jìn)行，節(jié)氣門保持全開(kāi)， 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變。測(cè)量點(diǎn) :1500r/min, 2021 r/min， 2500 r/min， 3000 r/min 和 3500 r/min 在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)，待發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定 2分鐘后開(kāi)始測(cè)量。 ③測(cè)量項(xiàng)目 CO， HC， NOx 的排放值、有效功率、轉(zhuǎn)矩、不同的曲軸轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的缸壓、瞬時(shí)放熱率和累計(jì)放熱率。 動(dòng)力性分析 影響因素分析 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能可以用平均有效壓力 Pme來(lái)進(jìn)行衡量，它是