【導讀】本次論文的題目是車用乙醇汽油發(fā)動機性能的實驗研究。為了緩解汽車工業(yè)的飛。源利用已成為日益突出的現(xiàn)實性課題。所謂車用乙醇汽油，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燃料。上，對發(fā)動機的動力性、燃油經(jīng)濟性、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，但同時也會引起個別工況下NOx排放量的增加。化效率與燃料的的含醇量以及發(fā)動機的負荷和轉速有關。

　　

【正文】 26 6006507007508008509001000 1500 20xx 2500 3000 3500 4000轉速（r/m in）NOx(ppm)E0 E10 E20 油門開度 80%的 NOx 排放特性 圖 是油門開度 80%時三種燃料的 NOx 排放變化實驗結果曲線。從圖上可以看出 :節(jié)氣門 開度一樣 時，隨著轉速的提高， 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 1． 在油門開度 80%工況下，燃用乙醇汽油混合燃料后的動力性能與原機基本相當，只是略低 E0； ，燃油經(jīng)濟性變差，但能量消耗率有所降低，如果用能耗率來評價燃油經(jīng)濟性的話，燃油經(jīng)濟性相差不 大 ； CO 和 HC的排放，但同時會引起個別工況下 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 部分負荷工況下，隨著負荷的加大 , HC的排放在 3種工況下，發(fā)動機燃用 E0的 HC 排放始終最高 ； 的排放部分負荷工況下時，隨摻醇比例的增加， NOx 的排放依次升高。在部分負荷工況下，隨著負荷的增加， 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化性能研究 三元催化轉化器的構造及反應原理 三元催化轉化器的構造 催化器的結構，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，以防止振動機殼體受熱變形等原因對載體造成的損害。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體積明顯膨脹，而在冷卻時只是部分收縮，這樣就使殼體與載體之問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面積，孔密度在 200～ 600cpi 之問，但考慮到機械強度和熱負荷，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際催化反應表面積擴大 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， Rh 用于催化 NOx 的還原反應。 三元催化劑的主要反應步驟 主要反應步驟如下所示； 1) CO 和 O2擴散進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)生化學反應生成 CO2； 4) CO2再脫附回到尾氣流中； 5) NOx 分了擴散進入活性涂層，并化學吸附在活性位上； 6) NO鍵斷裂形成 N 原子和 O原子； 7) 兩個 N原子結合成 N2，脫附； O原字停留在催化劑上； 8) CO 分了與 O原了結合成 CO2，脫附 。 9) 反應循環(huán)往復。 三元催化轉化器的化學反應 在催化接觸時間小于 1s的催化轉化器里，要同時完成氧化和 還原反應的確是一件很難的事。其卞要的化學反應如下 [20]: : 28 2C0+O2=2CO2； CO十 H2O=CO2十 H2； 2CxHx+(2x+1/2 y) O2=yH2O+2xCO2； 的還原反應 : 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，應通過催化材料的合理選擇，加以避免。 三元催化轉化器同時降低 3 種排氣污染物的效果只有在汽油機當量燃燒，即過氧空氣系數(shù)等于 1時才能實現(xiàn)。因為， NOx 的還原需要 H2, CO 和 HC 等作為還原劑?？諝膺^剩時，這些還原劑首先和氧氣反應， NOx 的還原反應就不能進行?？諝獠蛔銜r， CO和 HC則不能被完全氧化。 乙醇汽油三元催化轉化效率研究 根據(jù)實驗測得催化前后排放數(shù)據(jù)，計算得出各工況下三元催化轉化效率，繪出部分工況三元催化轉化效率隨負荷變化的曲線。 010 10 20 30 40 50 60 70 80轉矩（ ）轉化率E0 E10 E20 圖 2400rpm/min 時 CO 的三元催化轉化效 率 29 010 10 20 30 40 50 60 70 80轉矩（ ）轉化率E0 E10 E20 圖 2800r/min 時 CO 的三元催化轉化效率 圖 和圖 給出了三種燃料的 CO 三元催化轉化效率的變化趨勢曲線，在 2400 r/min 和 2800r/min 小負荷時，燃用三種燃料的轉化效率基本相同， E10 略高，趨勢不明顯；在大負荷時，燃用 E0時的催化轉化效率最高，在 2400r/min 時 E10 高于 E20，2800r/min 時 E10 于 E20 相差不大。上述結果說明 :CO 的三元催化轉化效率和燃料的 含醇 量 以及發(fā)動機的轉速和負荷有關。 010 10 20 30 40 50 60 70 80轉矩（ ）轉化率E0 E10 E20 圖 2400r/min 時 HC 的三元催化轉化效率 30 010 10 20 30 40 50 60 70 80轉矩（ ）轉化率E0 E10 E20 圖 2800r/min 時 CO 的三元催化轉化效率 圖 和圖 給出了三種燃料的 HC 三元催化轉化效率的變化趨勢曲線，在 2 400 r/min 小負荷時，燃用三種燃料的轉化效率基本相同， E10 略高，趨勢不明顯；在大負荷時，燃用 E0 時的催化轉化效率最高，其次是 E10， E20 最低；在 2800r/min 時，整個負荷范圍內(nèi)轉化效率相差不大，基本相同。上述結果說明 :HC 的三元催化轉化效率和燃料的含 醇 量以及發(fā)動機的轉速和負荷有關。 010 10 20 30 40 50 60 70 80轉矩（ ）轉化率E0 E10 E20 圖 2400r/min 時 NOX的三元催化轉化效率 31 010 10 20 30 40 50 60 70 80轉矩（ ）轉化率E0 E10 E20 圖 2800r/min 時 NOX的三元催化轉化效率 圖 和圖 給出了三種燃料的 NOX三元催化轉化效率的變化趨勢曲線，小負荷時，燃用 E0 時的催化轉化效率最高， E10 和 E20 相差不大。高負荷時，燃用三種燃料的轉化效率基本相同；在 2800r/min 時，低負荷時，燃用 E0 時的催化轉化效率最高，其次是 E10， E20。而在高負荷時轉化效率，基本相同。上述結果說明 : NOX 的三元催化轉化效率和燃料的含醉量以及發(fā)動機的轉速和負荷有關。 本章小結 。 和 HC 的三元催化轉化效率大體上是隨著負荷的增加而下降， NOX的三元催化轉化效率隨著負荷的增加呈上升趨勢。 ，燃用 E0的催化轉化效率效果較優(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 汽車發(fā)展面臨著環(huán)境保護和石油資源有限兩大瓶頸。而作為汽車核心的發(fā)動機直接影響汽車的經(jīng)濟性、動力性、排放性、平順性，燃燒過程作為發(fā)動機工作循環(huán)的中心環(huán)節(jié)，將影響發(fā)動機的品質，研究汽油機的燃燒過程對減少有害物排放，降低燃油消耗及提高動力有現(xiàn)實意義。 發(fā)動機燃燒過程是將燃料 的化學能轉變?yōu)闊崮艿倪^程。進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 間或燃燒相當于曲軸轉角的位置又關系到熱量的利用和氣缸壓力的變化 。研究燃燒過程的方法很多，但簡單易行經(jīng)常使用的方法是測取示功圖，它 既能定性，也能定量地顯示出工作循環(huán)的實際情況，獲得評價工作循環(huán)的有關參數(shù)和指標。由此不難對整個工作過程或各個不同階段進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內(nèi)燃機工作過程不可缺少的有效工具。要設計和改進發(fā)動機，或評定內(nèi)燃機產(chǎn)品，也都必須取得示功圖并對其 進行全面分析，以便為提高發(fā)動機性能服務 反映了燃燒過程的綜合效應。 示功圖分析 在油門開度 80%工況下進行燃燒特性實驗，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出示功圖如下圖所示。 油門開度 30 % 010203040506015 5 5 15 25 35 45 55Crank Angle degP(bar)E0 E10 E20 圖 油門開度 80%工況下示功圖 33 利用示功圖，在經(jīng)過適當處理和計算后 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等。 。 從圖 可以看出，燃用乙醇汽油后發(fā)動機缸壓比燃用汽油的低，同 時缸壓峰值到達時間推遲。主要原因是乙醇自身熱值低，同時較高的汽化潛熱也會導致乙醇汽油與空氣霧化不良，進而使得燃料燃燒不充分，發(fā)動機缸壓下降。同時乙醇較高的辛烷值會使燃料燃燒速度減緩。 從實測的示功圖和經(jīng)處理后的數(shù)據(jù)得出 表 平均指示壓力 ，在汽油機不作任何改動的情況下，燃用汽油乙醉混合燃料的動力性有所下降，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累計放熱百分比（%）E0 E10 E20 圖 油門開度 80%工況下累計放熱率曲線 02040608010012014020 10 0 10 20 30Crank Angle degkJ/m3degE0 E10 E20 圖 油門開度 80%時瞬時放熱率曲線 35 圖 和 為 燃用 3種燃料的放熱率曲線。若將累積放熱量達 5%時視為燃燒 開始點， 將累積放熱量達 90%時視為燃燒 基本結束，則累積放熱量從 5%～ 90%所占的曲軸轉角即為燃燒持續(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。 )，說明汽油的燃燒速度快。原因是汽油機未經(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。因為乙醇是含氧燃料，理論空氣燃料比小，所以未經(jīng)改裝的化油器使進入氣缸內(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 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 。 36 結 論 本 論文基于實驗基礎上， 根據(jù) 實驗數(shù)據(jù) 并結合 調(diào)研對乙醇理化特性進行分析得出以下 結論： 燃用乙醇汽油混合燃料后的動力性能與原機基本相當，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)濟性變差，但能量消耗率有所降低，如果用能耗率來評價燃油經(jīng)濟性的話，燃油經(jīng)濟性相差不大。 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荷的加大而增加； NOx 的排放部分負荷工況下時，隨摻醇比 例的增加， NOx 的排放依次升高。在部分負荷工況下，隨著負荷的增加， NOx 的排放都是先增加再減少。燃料三元催化轉化效率與燃料的的含醇量以及發(fā)動機的負荷和轉速有關，部分工況下，燃用 E0 的催化轉化效率效果較優(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 進一步說明乙醇汽油動力性較純汽油差。 37 參考文獻 [l]陳強福 .醇類燃料在車用發(fā)動機上的研究現(xiàn)狀 [J].甘肅科技縱橫 ,20xx,35. 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