【導(dǎo)讀】本次論文的題目是車(chē)用乙醇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)性能的實(shí)驗(yàn)研究。為了緩解汽車(chē)工業(yè)的飛。源利用已成為日益突出的現(xiàn)實(shí)性課題。所謂車(chē)用乙醇汽油，就是把變性燃料乙醇和汽。油以一定比例混配形成的一種汽車(chē)燃料。上，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、排放特性和燃燒特性也做了一定的研究與分析，析了乙醇汽油動(dòng)力性不足的原因。燃用乙醇汽油混合燃料后，尾氣排放中的CO和HC. 能夠明顯得到降低，但同時(shí)也會(huì)引起個(gè)別工況下NOx排放量的增加?；逝c燃料的的含醇量以及發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速有關(guān)。

　　

【正文】 26 6006507007508008509001000 1500 20xx 2500 3000 3500 4000轉(zhuǎn)速（r/m in）NOx(ppm)E0 E10 E20 油門(mén)開(kāi)度 80%的 NOx 排放特性 圖 是油門(mén)開(kāi)度 80%時(shí)三種燃料的 NOx 排放變化實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線。從圖上可以看出 :節(jié)氣門(mén) 開(kāi)度一樣 時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的提高， NOx 的排放先升高后降低而后又升高，并且兩種混合燃料的排放始終低于 E0。都是由于燃料的含氧量、燃燒峰值溫度以及混合氣濃度不同等諸多因素綜合在一起形成的 [19]。 本 章小結(jié) 1． 在油門(mén)開(kāi)度 80%工況下，燃用乙醇汽油混合燃料后的動(dòng)力性能與原機(jī)基本相當(dāng)，只是略低 E0； ，燃油經(jīng)濟(jì)性變差，但能量消耗率有所降低，如果用能耗率來(lái)評(píng)價(jià)燃油經(jīng)濟(jì)性的話，燃油經(jīng)濟(jì)性相差不 大 ； CO 和 HC的排放，但同時(shí)會(huì)引起個(gè)別工況下 NOx 排放的增加 ； 4 .CO的排放隨著摻燒乙醇比重的增加， co排放依次有明顯改善 部分負(fù)荷工況下，隨著負(fù)荷的加大 , HC的排放在 3種工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)燃用 E0的 HC 排放始終最高 ； 的排放部分負(fù)荷工況下時(shí)，隨摻醇比例的增加， NOx 的排放依次升高。在部分負(fù)荷工況下，隨著負(fù)荷的增加， NOx 的排放都是先增加再減少。 27 第 4 章 乙醇汽油的三元催化轉(zhuǎn)化性能研究 三元催化轉(zhuǎn)化器的構(gòu)造及反應(yīng)原理 三元催化轉(zhuǎn)化器的構(gòu)造 催化器的結(jié)構(gòu)，一般由殼體、減振層、載體和催化劑涂層四部分組成。催化器殼體由不銹鋼材料制成，以防氧化皮脫落造成載體的堵塞。減振層的材料一般是膨脹墊片或鋼絲網(wǎng)墊，起密封、保溫和固定載體的作用，以防止振動(dòng)機(jī)殼體受熱變形等原因?qū)d體造成的損害。膨脹墊片由膨脹云母、硅酸鋁纖維和粘接劑組成。膨脹墊片在第一次受熱時(shí)體積明顯膨脹，而在冷卻時(shí)只是部分收縮，這樣就使殼體與載體之問(wèn)的縫隙完全脹死和密封。催化器載體一般為蜂窩狀陶瓷材料，也有少數(shù)用金屬 (不銹鋼 )材料。加大孔密度可以提高催化反應(yīng)面積，孔密度在 200～ 600cpi 之問(wèn)，但考慮到機(jī)械強(qiáng)度和熱負(fù)荷，一般取 400cpi 左右。在載體孔道的壁面上涂有一層非常疏松的活性層，即催化劑涂層。它以 32OAl?? 為主，其粗造的表面可使壁面的實(shí)際催化反應(yīng)表面積擴(kuò)大 7 000 倍左右。在涂層表面散布著作為活性材料的貴金屬，一般為鉑 (Pt)、銠（ Rh）和鈀（ Pd）。 Pt 主要催化 CO和 HC 的氧化反應(yīng)， Rh 用于催化 NOx 的還原反應(yīng)。 三元催化劑的主要反應(yīng)步驟 主要反應(yīng)步驟如下所示； 1) CO 和 O2擴(kuò)散進(jìn)入多孔的催化劑活性涂層 ； 2) O2吸附在催化劑活性位上，然后分解成 O原了； 3) CO 與 O原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成 CO2； 4) CO2再脫附回到尾氣流中； 5) NOx 分了擴(kuò)散進(jìn)入活性涂層，并化學(xué)吸附在活性位上； 6) NO鍵斷裂形成 N 原子和 O原子； 7) 兩個(gè) N原子結(jié)合成 N2，脫附； O原字停留在催化劑上； 8) CO 分了與 O原了結(jié)合成 CO2，脫附 。 9) 反應(yīng)循環(huán)往復(fù)。 三元催化轉(zhuǎn)化器的化學(xué)反應(yīng) 在催化接觸時(shí)間小于 1s的催化轉(zhuǎn)化器里，要同時(shí)完成氧化和 還原反應(yīng)的確是一件很難的事。其卞要的化學(xué)反應(yīng)如下 [20]: : 28 2C0+O2=2CO2； CO十 H2O=CO2十 H2； 2CxHx+(2x+1/2 y) O2=yH2O+2xCO2； 的還原反應(yīng) : 2N0+2C0=2CO2+N2； 2N0+2H2=2H2O+N2； CxHY+(2x+1/2y)NO=1/2yH2O+xC02=(x+1/4y)N2； : 2H2+O2=2H2O； 5/2H2十 NO=NH3十 H2O 其中，氨的形成是不希望 的，應(yīng)通過(guò)催化材料的合理選擇，加以避免。 三元催化轉(zhuǎn)化器同時(shí)降低 3 種排氣污染物的效果只有在汽油機(jī)當(dāng)量燃燒，即過(guò)氧空氣系數(shù)等于 1時(shí)才能實(shí)現(xiàn)。因?yàn)椋?NOx 的還原需要 H2, CO 和 HC 等作為還原劑?？諝膺^(guò)剩時(shí)，這些還原劑首先和氧氣反應(yīng)， NOx 的還原反應(yīng)就不能進(jìn)行。空氣不足時(shí)， CO和 HC則不能被完全氧化。 乙醇汽油三元催化轉(zhuǎn)化效率研究 根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得催化前后排放數(shù)據(jù)，計(jì)算得出各工況下三元催化轉(zhuǎn)化效率，繪出部分工況三元催化轉(zhuǎn)化效率隨負(fù)荷變化的曲線。 010 10 20 30 40 50 60 70 80轉(zhuǎn)矩（ ）轉(zhuǎn)化率E0 E10 E20 圖 2400rpm/min 時(shí) CO 的三元催化轉(zhuǎn)化效 率 29 010 10 20 30 40 50 60 70 80轉(zhuǎn)矩（ ）轉(zhuǎn)化率E0 E10 E20 圖 2800r/min 時(shí) CO 的三元催化轉(zhuǎn)化效率 圖 和圖 給出了三種燃料的 CO 三元催化轉(zhuǎn)化效率的變化趨勢(shì)曲線，在 2400 r/min 和 2800r/min 小負(fù)荷時(shí)，燃用三種燃料的轉(zhuǎn)化效率基本相同， E10 略高，趨勢(shì)不明顯；在大負(fù)荷時(shí)，燃用 E0時(shí)的催化轉(zhuǎn)化效率最高，在 2400r/min 時(shí) E10 高于 E20，2800r/min 時(shí) E10 于 E20 相差不大。上述結(jié)果說(shuō)明 :CO 的三元催化轉(zhuǎn)化效率和燃料的 含醇 量 以及發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷有關(guān)。 010 10 20 30 40 50 60 70 80轉(zhuǎn)矩（ ）轉(zhuǎn)化率E0 E10 E20 圖 2400r/min 時(shí) HC 的三元催化轉(zhuǎn)化效率 30 010 10 20 30 40 50 60 70 80轉(zhuǎn)矩（ ）轉(zhuǎn)化率E0 E10 E20 圖 2800r/min 時(shí) CO 的三元催化轉(zhuǎn)化效率 圖 和圖 給出了三種燃料的 HC 三元催化轉(zhuǎn)化效率的變化趨勢(shì)曲線，在 2 400 r/min 小負(fù)荷時(shí)，燃用三種燃料的轉(zhuǎn)化效率基本相同， E10 略高，趨勢(shì)不明顯；在大負(fù)荷時(shí)，燃用 E0 時(shí)的催化轉(zhuǎn)化效率最高，其次是 E10， E20 最低；在 2800r/min 時(shí)，整個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi)轉(zhuǎn)化效率相差不大，基本相同。上述結(jié)果說(shuō)明 :HC 的三元催化轉(zhuǎn)化效率和燃料的含 醇 量以及發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷有關(guān)。 010 10 20 30 40 50 60 70 80轉(zhuǎn)矩（ ）轉(zhuǎn)化率E0 E10 E20 圖 2400r/min 時(shí) NOX的三元催化轉(zhuǎn)化效率 31 010 10 20 30 40 50 60 70 80轉(zhuǎn)矩（ ）轉(zhuǎn)化率E0 E10 E20 圖 2800r/min 時(shí) NOX的三元催化轉(zhuǎn)化效率 圖 和圖 給出了三種燃料的 NOX三元催化轉(zhuǎn)化效率的變化趨勢(shì)曲線，小負(fù)荷時(shí)，燃用 E0 時(shí)的催化轉(zhuǎn)化效率最高， E10 和 E20 相差不大。高負(fù)荷時(shí)，燃用三種燃料的轉(zhuǎn)化效率基本相同；在 2800r/min 時(shí)，低負(fù)荷時(shí)，燃用 E0 時(shí)的催化轉(zhuǎn)化效率最高，其次是 E10， E20。而在高負(fù)荷時(shí)轉(zhuǎn)化效率，基本相同。上述結(jié)果說(shuō)明 : NOX 的三元催化轉(zhuǎn)化效率和燃料的含醉量以及發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷有關(guān)。 本章小結(jié) 。 和 HC 的三元催化轉(zhuǎn)化效率大體上是隨著負(fù)荷的增加而下降， NOX的三元催化轉(zhuǎn)化效率隨著負(fù)荷的增加呈上升趨勢(shì)。 ，燃用 E0的催化轉(zhuǎn)化效率效果較優(yōu)于燃用乙醇汽油混合燃料的。 32 第 5 章 乙醇汽油燃燒特性的研究 汽車(chē)發(fā)展面臨著環(huán)境保護(hù)和石油資源有限兩大瓶頸。而作為汽車(chē)核心的發(fā)動(dòng)機(jī)直接影響汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、排放性、平順性，燃燒過(guò)程作為發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)的中心環(huán)節(jié)，將影響發(fā)動(dòng)機(jī)的品質(zhì)，研究汽油機(jī)的燃燒過(guò)程對(duì)減少有害物排放，降低燃油消耗及提高動(dòng)力有現(xiàn)實(shí)意義。 發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程是將燃料 的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿倪^(guò)程。進(jìn)入氣缸的燃料燃燒完全的程度直接影響到熱量分產(chǎn)生的多少和排出廢氣的成分，而燃燒時(shí) 間或燃燒相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)角的位置又關(guān)系到熱量的利用和氣缸壓力的變化 。研究燃燒過(guò)程的方法很多，但簡(jiǎn)單易行經(jīng)常使用的方法是測(cè)取示功圖，它 既能定性，也能定量地顯示出工作循環(huán)的實(shí)際情況，獲得評(píng)價(jià)工作循環(huán)的有關(guān)參數(shù)和指標(biāo)。由此不難對(duì)整個(gè)工作過(guò)程或各個(gè)不同階段進(jìn)展的完善程度做出正確判斷。正是由 于 這些緣故，示功圖已成為人們研究?jī)?nèi)燃機(jī)工作過(guò)程不可缺少的有效工具。要設(shè)計(jì)和改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)，或評(píng)定內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品，也都必須取得示功圖并對(duì)其 進(jìn)行全面分析，以便為提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能服務(wù) 反映了燃燒過(guò)程的綜合效應(yīng)。 示功圖分析 在油門(mén)開(kāi)度 80%工況下進(jìn)行燃燒特性實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出示功圖如下圖所示。 油門(mén)開(kāi)度 30 % 010203040506015 5 5 15 25 35 45 55Crank Angle degP(bar)E0 E10 E20 圖 油門(mén)開(kāi)度 80%工況下示功圖 33 利用示功圖，在經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理和計(jì)算后 可以求出 —— 平均指示壓力 Pi等 。 —— 最大燃燒壓力 Pmax、 壓力升高率以及最大燃燒壓力點(diǎn)等。 。 從圖 可以看出，燃用乙醇汽油后發(fā)動(dòng)機(jī)缸壓比燃用汽油的低，同 時(shí)缸壓峰值到達(dá)時(shí)間推遲。主要原因是乙醇自身熱值低，同時(shí)較高的汽化潛熱也會(huì)導(dǎo)致乙醇汽油與空氣霧化不良，進(jìn)而使得燃料燃燒不充分，發(fā)動(dòng)機(jī)缸壓下降。同時(shí)乙醇較高的辛烷值會(huì)使燃料燃燒速度減緩。 從實(shí)測(cè)的示功圖和經(jīng)處理后的數(shù)據(jù)得出 表 平均指示壓力 ，在汽油機(jī)不作任何改動(dòng)的情況下，燃用汽油乙醉混合燃料的動(dòng)力性有所下降，平均指示壓力 Pi 和壓力升高率都 比燃用汽油時(shí)低，且隨 乙醇 含量的加大而下降較多，這是由于汽油熱值高于汽油 乙醇 混合燃料所致。 表 平均指示壓力 參量 E0 E10 E20 平均指示壓力（ bar） 最高燃燒壓力（ bar） 燃燒持續(xù)期 根據(jù)燃燒放熱規(guī)律繪出燃燒放熱規(guī)律曲線如下圖所示。 34 0120 0 20 40 60 80Crank Angle deg累計(jì)放熱百分比（%）E0 E10 E20 圖 油門(mén)開(kāi)度 80%工況下累計(jì)放熱率曲線 02040608010012014020 10 0 10 20 30Crank Angle degkJ/m3degE0 E10 E20 圖 油門(mén)開(kāi)度 80%時(shí)瞬時(shí)放熱率曲線 35 圖 和 為 燃用 3種燃料的放熱率曲線。若將累積放熱量達(dá) 5%時(shí)視為燃燒 開(kāi)始點(diǎn)， 將累積放熱量達(dá) 90%時(shí)視為燃燒 基本結(jié)束，則累積放熱量從 5%～ 90%所占的曲軸轉(zhuǎn)角即為燃燒持續(xù)期。從圖 中 看出，燃用 E0、 E10 和 E20的 燃燒 持續(xù)期分別為 25176。 (5～20176。 ) ,26176。（ 4～ 22176。） 和 27176。 (0～ 27176。 )，說(shuō)明汽油的燃燒速度快。原因是汽油機(jī)未經(jīng)改裝，化油器的調(diào)整適于用汽油，可提供濃度合適的可燃混合氣，但不適于用 E10和 E20。因?yàn)橐掖际呛跞剂?，理論空氣燃料比小，所以未?jīng)改裝的化油器使進(jìn)入氣缸內(nèi)的汽油乙醇混合氣變稀，燃燒速度降低，乙醇含量增加， 燃燒 速度更緩慢。 本章小結(jié) 和壓力升高率 比 汽油小，并且隨著乙醇含量的增加而下降更多 ； E0＜ E10＜ E20，純汽油的燃燒速度最快，乙醇汽油混合燃料隨著含醇比重的增加，燃 燒持續(xù)期更長(zhǎng) 。 36 結(jié) 論 本 論文基于實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上， 根據(jù) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 并結(jié)合 調(diào)研對(duì)乙醇理化特性進(jìn)行分析得出以下 結(jié)論： 燃用乙醇汽油混合燃料后的動(dòng)力性能與原機(jī)基本相當(dāng)，只是略低 E0。而燃用混合燃料后燃油消耗率明顯升高，燃油經(jīng)濟(jì)性變差，但能量消耗率有所降低，如果用能耗率來(lái)評(píng)價(jià)燃油經(jīng)濟(jì)性的話，燃油經(jīng)濟(jì)性相差不大。 乙醇汽油 CO和 HC 的排放由于純汽油，并且排放隨著摻燒乙醇比重的增加，排放依次有明顯改善，三種燃料的排放都隨著負(fù)荷的加大而增加； NOx 的排放部分負(fù)荷工況下時(shí)，隨摻醇比 例的增加， NOx 的排放依次升高。在部分負(fù)荷工況下，隨著負(fù)荷的增加， NOx 的排放都是先增加再減少。燃料三元催化轉(zhuǎn)化效率與燃料的的含醇量以及發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速有關(guān)，部分工況下，燃用 E0 的催化轉(zhuǎn)化效率效果較優(yōu)于燃用乙醇汽油混合燃料的。 乙醇汽油混合燃料缸壓和壓力升高率比汽油小，并且隨著乙醇含量的增加而下降更多，燃燒持續(xù)期 E0＜ E10＜ E20 進(jìn)一步說(shuō)明乙醇汽油動(dòng)力性較純汽油差。 37 參考文獻(xiàn) [l]陳強(qiáng)福 .醇類(lèi)燃料在車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)上的研究現(xiàn)狀 [J].甘肅科技縱橫 ,20xx,35. 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[19]李勤 .現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)排氣污染物的測(cè)量與控制「 M].機(jī)械工業(yè)出版社 1998. 39 致 謝 首先，我要感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師朱榮福老師。朱老師平時(shí)的課程很多，工作量很大，他都能始終如一的對(duì)我的實(shí)驗(yàn)和論文進(jìn)行指導(dǎo)幫 助，每一次的指導(dǎo)都一絲不茍，認(rèn)認(rèn)真真，指出實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和論文過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤與不足，對(duì)我的畢業(yè)論文的完成提供了莫大的幫助。朱老師嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)、的治學(xué)態(tài)度，忘我、奉獻(xiàn)、踏實(shí)的工作作風(fēng)，淵博的理論知識(shí)和敏捷的思維，以及豁達(dá)開(kāi)朗的人生態(tài)度都給我留下了深刻的印象。朱老師及時(shí)