車(chē)用乙醇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)性能的實(shí)驗(yàn)研究論文

1、<p><b>　　本科學(xué)生畢業(yè)論文</b></p><p>　　車(chē)用乙醇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)性能的實(shí)驗(yàn)研究</p><p>　　系部名稱(chēng)： 汽車(chē)與交通工程學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 車(chē)輛工程 B07-2班 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p>

2、<p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　職 稱(chēng)： 講師 </p><p>　　黑 龍 江 工 程 學(xué) 院</p><p><b>　　二○一一年六月</b></p><p><b>　　摘 要</b><

3、/p><p>　　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)的飛速發(fā)展所帶來(lái)的能源緊張和環(huán)境污染雙重壓力，研制開(kāi)發(fā)清潔代用燃料以及合理的資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。</p><p>　　本論文在對(duì)純汽油（E0）和E10和E20做了部分工況外特性和負(fù)荷特性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、燃油

4、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，發(fā)現(xiàn)燃用混合燃料的動(dòng)力性有所降低，但與原機(jī)相差不大:以質(zhì)量計(jì)的燃油消耗率明顯增加，但以熱值計(jì)的能耗率保持良好，燃油經(jīng)濟(jì)性有所降低燃燒特性分析從根本上分析了乙醇汽油動(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。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)。</p><p&g

5、t;　　關(guān)鍵詞：乙醇汽油；動(dòng)力性；燃油經(jīng)濟(jì)性；排放特性；燃燒特性</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The topic of the paper is Ethanol Gasoline Engine Performance Study. In order to alleviate the rapid development of

6、 automobile industry brought about by the energy shortage and environmental pollution dual pressures of clean alternative fuel research and development and the rational use of resources has become the reality of an incre

7、asingly prominent issue. The so-called vehicle ethanol gasoline, is to denatured fuel ethanol and gasoline mixture to form a certain percentage of motor fuel.</p><p><b>　　朗讀</b></p><p

8、>　　顯示對(duì)應(yīng)的拉丁字符的拼音</p><p><b>　　字典</b></p><p><b>　　名詞 </b></p><p>　　experiment</p><p><b>　　test</b></p><p>　　可翻譯 50 多種語(yǔ)言

9、</p><p>　　Ich bin vierzig Jahre alt</p><p>　　Es ist sehr interessant!</p><p><b>　　?? ???! </b></p><p><b>　　rouge</b></p><p><b&g

10、t;　　??????</b></p><p>　　Wie heißen Sie?</p><p><b>　　???????</b></p><p><b>　　さようなら</b></p><p><b>　　escargots</b></p>

11、<p>　　?? ???? ??????? ???.</p><p>　　Je ne sais pas !</p><p><b>　　χρησμ??</b></p><p><b>　　??</b></p><p>　　Wie bitte?</p><p>&

12、lt;b>　　Простите</b></p><p><b>　　hello</b></p><p><b>　　παραλ?α</b></p><p><b>　　????</b></p><p><b>　　Hjelp!</b>&l

13、t;/p><p>　　haydi gidelim</p><p>　　Wie gehts?</p><p>　　Je parle un petit peu français.</p><p><b>　　???</b></p><p>　　miracoloso</p><

14、p>　　Vær så snill</p><p><b>　　nazdar!</b></p><p><b>　　s? t?</b></p><p>　　¿Cómo estás?</p><p>　　hoje está ensolar

15、ado</p><p><b>　　děti</b></p><p>　　mijn vriend</p><p><b>　　?????</b></p><p>　　Buongiorno Principessa!</p><p>　　La voiture</p>

16、<p><b>　　Pardon ??</b></p><p>　　??? ??? ?????</p><p>　　This thesis on pure gasoline (E0) and made a part of the E10 and E20 external characteristics and load conditions based o

17、n the experimental characteristics of the engine power, fuel economy, emission characteristics and combustion characteristics are also done some research and analysis found that mixed fuel burning power performance decre

18、ased, but with little difference between the original machine: the mass of the fuel consumption rate was increased, but the energy consumption rate of heat val</p><p>　　Keywords: Ethanol Gasoline; Dynamics;

19、Fuel Economy; Emissions Characteristics；Combustion Characteristics</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要II</b></p><p>　　AbstractIII</p><p><

20、;b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 選題的目的及意義1</p><p>　　1.2 乙醇汽油混合燃料的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3 研究?jī)?nèi)容3</p&g

21、t;<p>　　第2章 乙醇汽油理化特性研究4</p><p>　　2.1 乙醇理化性質(zhì)4</p><p>　　2.2 乙醇汽油的熱值計(jì)算5</p><p>　　2.3 本章小結(jié)7</p><p>　　第3章 乙醇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)性能研究8</p><p>　　3.1 實(shí)驗(yàn)裝置儀器8</p&g

22、t;<p>　　3.2 實(shí)驗(yàn)方案11</p><p>　　3.3 動(dòng)力性分析12</p><p>　　3.3.1 影響因素分析12</p><p>　　3.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析13</p><p>　　3.4 燃油經(jīng)濟(jì)性14</p><p>　　3.5 排放特性分析18</p>

23、<p>　　3.5.1 怠速工況下排放特性分析18</p><p>　　3.5.2 一氧化碳（CO）排放特性分析18</p><p>　　3.5.3 碳?xì)浠衔铮℉C）排放特性分析20</p><p>　　3.5.4 氮氧化物（NOX）排放特性分析23</p><p>　　3.6 本章小結(jié)26</p><

24、;p>　　第4章 乙醇汽油的三元催化轉(zhuǎn)化性能研究27</p><p>　　4.1 三元催化轉(zhuǎn)化器的構(gòu)造及反應(yīng)原理27</p><p>　　4.1.1 三元催化轉(zhuǎn)化器的構(gòu)造27</p><p>　　4.1.2 三元催化劑的主要反應(yīng)步驟27</p><p>　　4.1.3 三元催化轉(zhuǎn)化器的化學(xué)反應(yīng)27</p><

25、;p>　　4.2 乙醇汽油三元催化轉(zhuǎn)化效率研究28</p><p>　　4.3 本章小結(jié)31</p><p>　　第5章 乙醇汽油燃燒特性的研究32</p><p>　　5.1 示功圖分析32</p><p>　　5.2 燃燒持續(xù)期33</p><p>　　5.3 本章小結(jié)35</p>

26、<p><b>　　結(jié)論36</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b></p><p><b>　　致謝39</b></p><p>　　第1章 緒 論</p><p>　　1.1 選題的目的及意義</p><p>

27、　　目前，世界的石油資源口趨減少，石油燃料的短缺現(xiàn)象已經(jīng)出現(xiàn)，并且日益嚴(yán)重。2004年，我國(guó)每天的石油需求為80萬(wàn)噸，全年共消耗石油3億噸，其中進(jìn)口1.2億噸，比2003年增長(zhǎng)34.8%，這對(duì)我國(guó)的能源安全造成了巨大的威脅。另外，隨著汽車(chē)保有量的增長(zhǎng)，約占能源總需求量40%的車(chē)用燃料的消耗量與日俱增，巨大的燃油消耗不僅對(duì)口益枯竭的石油能源造成巨大壓力，同時(shí)大量燃油燃燒不當(dāng)所排放出的污染物已成為威脅人類(lèi)生存的主要因素[1]。因此，尋求資源

28、豐富、環(huán)境友好和經(jīng)濟(jì)可行的代用燃料已成為人類(lèi)待解決的重大問(wèn)題。國(guó)家在新頒布的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策中明確指出鼓勵(lì)使用節(jié)約能源的柴油汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)，同時(shí)加大對(duì)使用可再生能源汽車(chē)的推廣，比如在黑龍江、吉林、遼寧、河南、安徽等省燃用乙醇汽油。</p><p>　　發(fā)展生物能源，農(nóng)民將直接受益?！叭r(nóng)”一直是黨中央、國(guó)務(wù)院非常重視的問(wèn)題，推廣乙醇汽油等生物能源的初衷就是為了給豐產(chǎn)的玉米等農(nóng)作物尋找出路、消化陳化糧、避免谷賤

29、傷農(nóng)[2]。生物能源有助十帶動(dòng)大宗糧食深加工及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)農(nóng)副產(chǎn)品的增值和轉(zhuǎn)化?，F(xiàn)階段，燃料乙醇的生產(chǎn)原料主要是陳化糧，陳化糧問(wèn)題解決后，燃料乙醇生產(chǎn)應(yīng)立足于糧食主產(chǎn)區(qū)，作為調(diào)節(jié)市場(chǎng)供求的一種手段(以消耗低品質(zhì)糧食為主)，納入到糧食生產(chǎn)、消費(fèi)和飼料生產(chǎn)、消費(fèi)的產(chǎn)業(yè)循環(huán)中，它只會(huì)促進(jìn)和保障糧食生產(chǎn)和糧食安全[3]。同時(shí)，還可以積極發(fā)展木薯、紅薯、甘蔗、甜高粱等不與口糧(小麥、稻谷)生產(chǎn)爭(zhēng)地、爭(zhēng)水的高產(chǎn)、高糖或耐旱、耐鹽堿的代糧經(jīng)濟(jì)

30、作物，為生產(chǎn)燃料乙醇開(kāi)發(fā)更多的原料儲(chǔ)備[4]。從發(fā)展的眼光看，最終解決燃料乙醇大量使用的原料問(wèn)題將轉(zhuǎn)向纖維，依靠生物技術(shù)、基因技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展。通過(guò)篩選種植高能、高產(chǎn)的植物；利用我國(guó)大量的農(nóng)業(yè)廢棄資源(桔桿)和工業(yè)廢棄物資源，開(kāi)發(fā)和實(shí)現(xiàn)利用纖維質(zhì)生產(chǎn)酒精技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，可以為燃料乙醇生產(chǎn)提供取之不盡、用之不竭的可再生植物原料[5]。</p><p>　　發(fā)展生物能源，在環(huán)保方面的意義同樣深遠(yuǎn)。就乙醇汽油而言，由

31、于加入燃料乙醇，乙醇汽油中含氧量增加，作為尾氣的一氧化碳和碳?xì)浠衔锏娜紵浞?，使汽?chē)尾氣中的這兩項(xiàng)指標(biāo)分別下降3.08%和13.04污染物的排放明顯減少[2]，生產(chǎn)燃料乙醇所需的玉米和小麥?zhǔn)强稍偕Y源，在其生長(zhǎng)過(guò)程中大量吸收二氧化碳。這對(duì)履行新《京都議定書(shū)》規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，緩解經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展所帶來(lái)的人與環(huán)境保護(hù)方面的矛后將大有裨益。</p><p>　　1.2 乙醇汽油混合燃料的研究現(xiàn)狀</p>

32、<p>　　目前在乙醇汽油混合燃料的實(shí)驗(yàn)研究方面，國(guó)內(nèi)外主要集中在混合燃料的燃燒和排放特性方面，而國(guó)外在這兩方面的研究都較為深入和成熟。</p><p>　　1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　在發(fā)動(dòng)機(jī)燃用混合燃料后的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性方面，l 986年Hamdan和Jubran[6]兩人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)向汽油中添加5％的乙醇，可以使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得最佳的功率輸出和部分負(fù)荷工況下4

33、％～2 1％的熱效率的提高。A1．Hasan 發(fā)現(xiàn)使用乙醇汽油混合燃料可以增加有效功率、扭矩、容積熱效率和有效熱效率，同時(shí)可以減少有效燃油消耗率。</p><p>　　M．A．Ceviz和F．Ynksel[7]研究了燃用E0、E5、E10、E15和E20后50個(gè)循環(huán)的燃燒循環(huán)變動(dòng)，結(jié)果表明：混合燃料有利于降低循環(huán)變動(dòng)，從而改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒和排放特性，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性并改善排放性能。</p>

34、<p>　　國(guó)內(nèi)在上述方面的研究還尚未見(jiàn)報(bào)道，而在尾氣排放及其的催化轉(zhuǎn)化方面，國(guó)內(nèi)的研究就比較深入了。</p><p>　　1995年Guerrieri和Caffrev[8]于6輛在用車(chē)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。</p><p>　　M．A

35、．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(xiàn)呈先減小而后增大的趨勢(shì)。2002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、E10、E20、E40和E60進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)E40和E

36、60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10.8％；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16.45％。</p><p>　　1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀</p><p>　　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)

37、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。 </p><p>　　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。</p><p>　　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)排放中CO的凈化效率普遍較高，而

38、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)。</p><p><b>　　1.3 研究?jī)?nèi)容</b></p><p>　　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(chē)工業(yè)水平等)，本論文希望通過(guò)對(duì)

39、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(chē)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。</p><p>　　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)

40、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：</p><p>　　1.對(duì)乙醇和乙醇汽油(E0、El0和E20)的理化特性進(jìn)行分析；</p><p>　　2.通過(guò)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)，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；</p><p>　　3.根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)

41、據(jù)繪制出不同工況下各種燃料的排放曲線(xiàn)，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；</p><p>　　4.根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)繪制出不同工況下各種燃料的燃燒曲線(xiàn)，對(duì)比分析燃用混合燃料后的燃燒特性。</p><p>　　第2章 乙醇汽油理化特性研究</p><p>　　2.1 乙醇理化性質(zhì)</p><p>　　乙醇俗稱(chēng)酒精，化學(xué)分子式為C

42、2H5OH。內(nèi)燃機(jī)燃用的汽油、柴油等是烴類(lèi)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(lèi)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2-1列出了乙醇和汽油的主要理化性質(zhì):</p><p>　　表2.1 乙醇與汽油的主要理化性質(zhì)比較</p><p>　　1.乙醇含有羥基(OH)，能與水以任意比例互溶，

43、而烴類(lèi)燃料憎水性強(qiáng)，因而乙醇與烴類(lèi)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。</p><p>　　2.乙醇的含氧量高，約為34.8%，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

44、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。</p><p>　　3.乙醇的沸點(diǎn)及蒸氣壓都比汽油低，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)都比較低，在低溫環(huán)境下都能正常使用。</p><p>　　4.乙醇的熱值較低，只有汽油的61.5%。

45、因此，與燃用汽油相比，在同等的熱效率下，醇類(lèi)燃料的有效質(zhì)量燃油消耗率高。</p><p>　　5.乙醇的汽化潛熱大，約是汽油的2.9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?chē)邷亓慵诿娴臒崃?，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(chē)的低溫起

46、動(dòng)性。</p><p>　　6.乙醇的研究法辛烷值(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] 。</p><p>　　7.乙醇的著火燃燒濃度界限比汽油的相應(yīng)范圍要寬得多，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

47、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。</p><p>　　2.2 乙醇汽油的熱值計(jì)算</p><p>　　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。

48、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)。</p><p><b>　　1.質(zhì)量低熱值</b></p><p>　　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

49、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:</p><p>　　hu=MGHG+MEHE （2.1）</p><p>　　式中，hu——乙醇汽油混合燃料的質(zhì)量低熱值，單位為MJ/kg；</p><p>　　M

50、G——混合燃料中汽油的質(zhì)量百分比，單位為%；</p><p>　　HG——汽油的質(zhì)量低熱值，單位為MJ/kg；</p><p>　　ME——混合燃料中乙醇的質(zhì)量百分比，單位為%；</p><p>　　HE——乙醇的質(zhì)量低熱值，單位為MJ/kg。</p><p>　　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]

51、:</p><p>　　(2.2) </p><p>　　ME=1-MG (2.3)以E10為例，其低熱值計(jì)算過(guò)程如下:</p><p>　　ME=1-94.33%=5.67%</p><p>　　將計(jì)算得到的MG和ME代入式(2.1)，得到E10的質(zhì)量低熱值:&l

52、t;/p><p>　　hu=94.33%43.5+5.67%26.77=41.71MJ/kg</p><p>　　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2.2所列。</p><p>　　表2.2 各燃料的質(zhì)量低熱值</p><p><b>　　2.理論混合氣熱值</b></p&g

53、t;<p>　　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:</p><p>　　(2.4)式中，L-乙醇汽油混合燃料的理論空燃比(質(zhì)量比):</p><p>　　LG-汽油的理論空燃比(質(zhì)量比)；</p><p>　　LE-乙醇的理論空燃比(質(zhì)量比)。</p><p>　　汽

54、油的理論空燃比(質(zhì)量比)為14.8，乙醇的理論空燃比(質(zhì)量比)為9.05，仍以E10為例，則它的理論質(zhì)量空燃比:</p><p>　　L=94.33%14.8+5.67%9.05=14.23</p><p>　　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2.3所列。</p><p>　　表2.3 各燃料的理論空燃比<

55、;/p><p>　　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:</p><p><b>　　(2.5)</b></p><p>　　式中，Hu——乙醇汽油混合燃料混合氣的熱值，單位為MJ/kg；</p><p><b>　　——過(guò)量空氣系數(shù)；</b></p>

56、;<p>　　L——理論空燃比(質(zhì)量比)。</p><p>　　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:</p><p>　　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2.4所示。</p><p>　　表

57、2.4 各燃料的理論混合氣熱值</p><p><b>　　2.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　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:</p><p>　　1.通過(guò)與乙醇的摻混，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。</p>&l

58、t;p>　　2.乙醇汽油混合燃料的質(zhì)量低熱值、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。</p><p>　　3.乙醇的質(zhì)量低熱值遠(yuǎn)小于汽油，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。</p><p>　　第3章 乙醇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)性能研究</p><p>　　3.1 實(shí)驗(yàn)裝置儀器</p&

59、gt;<p>　　實(shí)驗(yàn)是在我院汽車(chē)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?。粒停羒６０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ＦＣ2000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(chēng)、型號(hào)等參數(shù)見(jiàn)表3.1, 測(cè)試系統(tǒng)總體布置如圖3.1所示。</p><p>　　表3.1 實(shí)驗(yàn)用測(cè)量?jī)x器</p&g

60、t;<p>　　圖3.1 測(cè)試系統(tǒng)總體布置示意圖</p><p><b>　　1.發(fā)動(dòng)機(jī)</b></p><p>　　表3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)</p><p><b>　　2.電渦流測(cè)功機(jī)</b></p><p>　　電渦流測(cè)功機(jī)型號(hào)是CW160圓柱感應(yīng)式，如圖3.4是用所示，是用

61、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(chē)、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。</p><p>　　圖3.2 CW160圓柱感應(yīng)式電渦流測(cè)功機(jī)</p><p><b>　　主要特點(diǎn)：</b></p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作維護(hù)方便。<

62、;/p><p>　?。?）制動(dòng)力矩大，測(cè)試精度高，工作穩(wěn)定。</p><p>　　（3）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快。</p><p>　?。?）與測(cè)控系統(tǒng)配套，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。</p><p><b>　　技術(shù)指標(biāo)：</b></p><p>　?。?）最大勵(lì)磁電壓：CW6～CW16, DC 90V；

63、CW25～CW40, DC 120V；</p><p>　?。?）最大勵(lì)磁電流：CW6～CW16 3A；CW25～CW40 4A。</p><p>　?。?）冷卻水壓：0.04～0.1Mpao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。</p><p>　?。?）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。</p>

64、<p>　?。?）測(cè)功機(jī)出水溫度：小于55℃。</p><p>　　（6）工作方向：左旋或右旋，連續(xù)工作。</p><p>　?。?）扭矩測(cè)量精度：0.3％FS。</p><p>　　（8）轉(zhuǎn)速測(cè)量精度：lr/min。</p><p>　　3.發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試控制系統(tǒng)</p><p>　　FC2000發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)

65、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(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)不同類(lèi)型柴油機(jī)、汽油機(jī)、天然氣、液化氣性能試驗(yàn)和出廠(chǎng)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?、溫度、壓力、流量等各種不同類(lèi)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(mén)(水門(mén))勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)

66、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。</p><p>　　圖３.３　發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試控制系統(tǒng)</p><p><b>　　4.排放分析系統(tǒng)</b></p><p>　　該排放分析儀如圖3.4所示，主要功能介紹:</p><p>　　①指定工況測(cè)試功能:根據(jù)用戶(hù)需要，將汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)置于用戶(hù)指定

67、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(chē)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。</p><p>　?、诠收显\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，幫助判斷汽車(chē)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。</p><p>　?、蹥饴沸孤┳詸z功能:將取樣探頭前端用阻塞帽阻塞，進(jìn)行“氣路泄漏自檢”

68、操作，可檢測(cè)整個(gè)氣路有無(wú)泄露現(xiàn)象。</p><p>　　圖3.4 排放分析系統(tǒng)</p><p><b>　　3.2 實(shí)驗(yàn)方案</b></p><p>　　1.測(cè)量怠速工況下排放特性</p><p><b>　?、賹?shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p>　　在怠速工況下，評(píng)定發(fā)動(dòng)機(jī)的

69、排放特性。</p><p><b>　?、趯?shí)驗(yàn)方法</b></p><p>　　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。</p><p><b>　　③測(cè)量項(xiàng)目</b></p><p>　　CO, HC, NOx的排放值。</p><p>　　2.部分負(fù)荷工況實(shí)驗(yàn)&l

70、t;/p><p><b>　?、賹?shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p>　　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。</p><p><b>　?、趯?shí)驗(yàn)方法</b></p><p>　　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10N.m開(kāi)始，逐漸開(kāi)大節(jié)氣門(mén)，每次多加載10N.m直至80N.

71、m進(jìn)行測(cè)量。轉(zhuǎn)速分別固定在:1600r/min， 2000r/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。</p><p><b>　?、蹨y(cè)量項(xiàng)目</b></p><p>　　CO, HC, NOx的排放值；燃油消耗率、三元催化轉(zhuǎn)化效率。</p><p>　　3.80%油門(mén)開(kāi)度下實(shí)驗(yàn)</

72、p><p><b>　　①實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p>　　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。</p><p><b>　?、趯?shí)驗(yàn)方法</b></p><p>　　在適當(dāng)轉(zhuǎn)速下進(jìn)行，節(jié)氣門(mén)保持全開(kāi)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變。測(cè)量點(diǎn):1500r/min, 2000 r/min，

73、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。</p><p><b>　?、蹨y(cè)量項(xiàng)目</b></p><p>　　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。</p><p><b>　　3.3 動(dòng)力性分析</b

74、></p><p>　　3.3.1 影響因素分析</p><p>　　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，它是發(fā)動(dòng)機(jī)單位氣缸工作容積輸出的有效功，而平均有效壓力可以通過(guò)下式來(lái)進(jìn)行計(jì)算[15]。</p><p><b>　　（3.1）</b></p><p>　　式中，Pme-發(fā)動(dòng)機(jī)的平均有效壓力

75、，單位為MPa；</p><p>　　Hu-乙醇汽油混合燃料的質(zhì)量低熱值，單位為MJ/kg；</p><p><b>　　-過(guò)量空氣系數(shù);</b></p><p>　　L-理論空燃比(質(zhì)量比)；</p><p>　　-發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率；</p><p>　　-發(fā)動(dòng)機(jī)的有效熱效率；</p>

76、;<p>　　-發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管狀態(tài)下的空氣密度（Kg/m3）。</p><p>　　下面對(duì)式(3.1)中的參數(shù)分別進(jìn)行分析。</p><p>　　1.發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效率 ，和進(jìn)氣密度</p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率，是實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮工質(zhì)量與進(jìn)氣狀態(tài)下充滿(mǎn)氣缸工作容積的新鮮工質(zhì)量的比值。乙醇的汽化潛熱值約是汽油的2.9倍，其產(chǎn)生的冷卻效應(yīng)可以有效降低

77、壓縮負(fù)功，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率;而發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣密度與溫度有關(guān)，乙醇汽油混合燃料的汽化潛熱較高，混合燃料蒸發(fā)汽化，一定程度上可以使進(jìn)氣溫度得以降低，使進(jìn)氣密度升高。因此充氣效率，和進(jìn)氣密度提高，平均有效壓力Pme就得以提高。</p><p>　　2.發(fā)動(dòng)機(jī)有效熱效率。</p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)的有效熱效率是內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)指示功與所消耗的燃料熱量的比值，可以用下式進(jìn)行計(jì)算[15]。</

78、p><p><b>　?。?.２）　　　　</b></p><p>　　式中，——發(fā)動(dòng)機(jī)的有效熱效率；</p><p>　　——有效燃油消耗率，單位為g/Kwh ；</p><p>　　Hu——乙醇汽油混合燃料的質(zhì)量低熱值，單位為MJ/kg。</p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)的有效熱效率和有效燃油消耗率成反

79、比，知道其中一個(gè)，就能計(jì)算出另外一個(gè)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，發(fā)動(dòng)機(jī)燃用E0、E10和E20的有效熱效率，實(shí)驗(yàn)中發(fā)動(dòng)機(jī)燃用三種燃料后的有效熱效率都不高，E10和E20的有效熱效率都低于燃用E0的有效熱效率?？梢?jiàn)，有效熱效率降低，會(huì)導(dǎo)致平均有效壓力Pme有所降低。</p><p>　　3.燃料熱值和空燃比</p><p>　　在發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，過(guò)量空氣系數(shù)和混合氣的空燃

80、比A/F都是變化的，這里討論的是理論空燃比狀態(tài)下的情況，即=1，式子(3.1)中的分式部分可以表示為hu/L，從表3.3可以看出:兩種低比例的乙醇汽油混合燃料的hu/L值略低于汽油，但與汽油相差不大;隨著混合燃料摻醇比例的增大，混合燃料的hu/L值是逐漸減小的。所以在理論空燃比下，兩種低比例乙醇汽油混合燃料E10,E20略低于與汽油。根據(jù)的數(shù)據(jù)計(jì)算得到的結(jié)果見(jiàn)表3.3</p><p>　　表3.3 各種燃料的hu

81、/L值</p><p>　　3.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)中，為了解摻醇率對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能的影響，對(duì)油門(mén)開(kāi)度80%工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)燃用三種燃料后的輸出和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行了測(cè)取，如圖3.5所示。</p><p>　　圖3.5 80%油門(mén)開(kāi)度時(shí)轉(zhuǎn)矩</p><p>　　從圖3.5中可以看出:80%負(fù)荷工況運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)燃用各種燃料后

82、得到的轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)變化趨勢(shì)相同，燃用E0, E10和E20的扭矩相差不大。 </p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)在80%負(fù)荷工況下運(yùn)行時(shí)，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度一樣，電噴汽油機(jī)的控制策略為開(kāi)環(huán)控制，混合燃料噴射持續(xù)時(shí)間與E0的相同，那么噴入的燃料體積與E0相同，由于混合燃料的熱值低，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒同樣體積噴油量的乙醇汽油混合燃料后所釋放的總熱值有所降低，將會(huì)導(dǎo)致循環(huán)放熱量減少造成發(fā)動(dòng)機(jī)功率和扭矩有所下降。然而另一方面，乙醇的汽化潛熱值約

83、是汽油的2.9倍，其產(chǎn)生的冷卻效應(yīng)可以有效降低壓縮負(fù)功，混合燃料的蒸發(fā)汽化，可以使進(jìn)氣溫度得以降低，充氣效率得以提高，使得平均有效壓力Pme有所提高，一定程度上又可以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力不致降低。所以，在不改動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)燃用乙醇汽油混合燃料時(shí)，動(dòng)力性能與E0基本相當(dāng)，只是略低于E0。</p><p><b>　　3.4 燃油經(jīng)濟(jì)性</b></p><p>　　

84、圖3.6、3.7和3.8是發(fā)動(dòng)機(jī)在部分負(fù)荷工況下燃用各種燃料后測(cè)得的燃油消耗率變化曲線(xiàn)。從圖中可以看出三種工況下，伴隨著負(fù)荷的逐漸加大，燃油消耗率曲線(xiàn)呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì)；同時(shí)混合燃料的燃油消耗率基本上均高于E0，并且隨摻醇比例的增加而依次增加，這是因?yàn)橐掖计突旌先剂系馁|(zhì)量低熱值和理論混合氣熱值均低于E0，所以在同樣的運(yùn)行工況下，為了使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出相同的動(dòng)力，就需要燃燒更多的混合燃料，并不是燃燒熱效率的惡化所致。</p>&l

85、t;p>　　圖3.6 1600r/min時(shí)的燃油消耗率</p><p>　　圖3.7 2000r/min時(shí)的燃油消耗率</p><p>　　圖3.8 2400r/min時(shí)的燃油消耗率</p><p>　　因?yàn)橐掖嫉臒嶂颠h(yuǎn)低于汽油的熱值，所以用燃油消耗率來(lái)比較乙醇汽油混合燃料的經(jīng)濟(jì)性并不全面。因此，為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)燃用混合燃料時(shí)燃料消耗的可比性，在比較燃油消耗

86、率的同時(shí)引入能量消耗率(能耗率)來(lái)進(jìn)行不同燃料在不同工況下為發(fā)動(dòng)機(jī)提供總能量的比較。其處理公式如下所示:</p><p>　　Ee=behu (3.3)式中，Ee——能耗率，單位為MJ/kw·h；</p><p>　　Be——燃油消耗率，單位為g/kw·h；</p><p>　　Hu——混合燃

87、料的質(zhì)量低熱值，單位為MJ/kg。</p><p>　　圖3.9 1600r/min時(shí)的能耗率</p><p>　　圖3.10 2000r/min時(shí)的能耗率</p><p>　　圖3.11 2400r/min時(shí)的能耗率</p><p>　　計(jì)算后得到能耗率畫(huà)出曲線(xiàn)圖3.9、3.10和3.11。從圖中看出三種工況下，與E0相比，混合燃料的能耗率

88、略有降低，并且隨著負(fù)荷的增加，E0的能耗率逐漸與混合燃料逐漸接近。因?yàn)橐掖季哂休^寬的著火極限，燃燒速度快，并且混合燃料含氧，混合氣燃燒相對(duì)更充分，使得燃燒熱效率和能量利用率得以提高，降低了混合燃料的能量消耗率。</p><p>　　3.5 排放特性分析</p><p>　　3.5.1 怠速工況下排放特性分析</p><p>　　圖3.2給出了怠速時(shí)的排放特性，圖中以

89、純汽油時(shí)的排放為100，使用E10和E20時(shí)的排放值為其實(shí)際值與使用E0時(shí)的比值。由圖可知，隨乙醇含量的增加，CO和HC排放均得到了改善，但NOX排放沒(méi)有明顯的改善。</p><p>　　圖3.12 怠速工況下排放</p><p>　　3.5.2 一氧化碳（CO）排放特性分析</p><p>　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)各個(gè)工況對(duì)燃用三種實(shí)驗(yàn)燃料(E0、E10和E20)后測(cè)得的CO

90、排放值，繪制出下列各圖。</p><p>　　圖3.13 1600r/min時(shí)CO排放特性</p><p>　　圖3.14 2000r/min時(shí)CO排放特性</p><p>　　圖3.15 2400r/min時(shí)CO排放特性</p><p>　　圖3.13、3.14和3.15分別是發(fā)動(dòng)機(jī)在三種不同轉(zhuǎn)速下CO的排放曲線(xiàn)。從圖上可以看出:</

91、p><p>　　1.燃用E0、E10和E20時(shí)CO排放曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)幾乎相同，即在一定轉(zhuǎn)速下，隨著負(fù)荷的加大，三種燃料CO的排放曲線(xiàn)緩慢變化最后出現(xiàn)上升趨勢(shì)達(dá)到最大值。</p><p>　　這是由于電控發(fā)動(dòng)機(jī)在中小負(fù)荷工況時(shí)是實(shí)行閉環(huán)控制的，根據(jù)安裝在排氣管上的氧傳感器的反饋信號(hào)控制過(guò)量空氣系數(shù)基本保持在1.0左右，此時(shí)汽油機(jī)用經(jīng)濟(jì)混合氣工作，基本上可以保證燃料充分燃燒;另一方面，隨著摻燒乙醇

92、比例的增大，電控系統(tǒng)使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量自動(dòng)減小，以維持過(guò)量空氣系數(shù)保持在1.0左右。因此，在中小負(fù)荷工況，各種燃料的CO排放變化都不大，趨勢(shì)比較平穩(wěn)而在大負(fù)荷時(shí)，電噴汽油機(jī)為了輸出較大的功率將會(huì)增加噴油量以形成濃混合氣，導(dǎo)致過(guò)量空氣系數(shù)小于1.0，這就使得CO的排放開(kāi)始上升。</p><p>　　2.燃用E0的排放始終最高，兩種混合燃料的排放效果均優(yōu)于燃用E0時(shí)的排放，并且隨著摻燒乙醇比重的增加，CO排放有明顯改善。

93、</p><p>　　這是因?yàn)橐掖计腿剂献詳y氧要比空氣中的氧更有助十充分燃燒，或者說(shuō)原子氧要比分子氧更容易參加化學(xué)反應(yīng)，加之混合燃料中乙醇的C/H小于汽油，汽化潛熱大于汽油，有利十混合氣的充分燃燒。乙醇化學(xué)結(jié)構(gòu)中的輕基OH使其燃燒反應(yīng)特點(diǎn)與汽油中的各種烴類(lèi)的有所不同，其燃燒速度和火焰?zhèn)鞑ニ俣雀呤?，這也是摻燒乙醇后CO排放得以改善的另一個(gè)原因[16]。</p><p>　　圖3.16是

94、80%油門(mén)開(kāi)度時(shí)燃用三種燃料的CO排放變化實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線(xiàn)。從圖上可以看出:燃用E0,E10和E20的CO排放曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)都是開(kāi)始較為平穩(wěn)，后來(lái)上升很快;同時(shí)，隨著摻醇率的提高，CO的排放依次降低。這是由于電控噴油發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比控制策略來(lái)決定的，在發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到某一轉(zhuǎn)速或者負(fù)荷時(shí)，就要增大噴油量，以形成功率混合氣，而高轉(zhuǎn)速段混合氣的形成時(shí)間較短。所以，在高轉(zhuǎn)速段CO的排放均有所上升。同樣也是由于乙醇汽油混合燃料富氧特性的作用，使得混合燃料的排

95、放仍然低于E0。</p><p>　　圖3.16 80%油門(mén)開(kāi)度下CO排放</p><p>　　3.5.3 碳?xì)浠衔铮℉C）排放特性分析</p><p>　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)各個(gè)工況對(duì)燃用五種實(shí)驗(yàn)燃料(E0、E10和E20)后測(cè)得的HC排放值，繪制出下列各圖。</p><p>　　圖3.17 1600r/min時(shí)HC排放特性</p>

96、<p>　　圖3.18 2000r/min時(shí)HC排放特性</p><p>　　圖3.19 2400r/min時(shí)HC排放特性</p><p>　　圖3.17、3.18和3.19分別是發(fā)動(dòng)機(jī)在三種不同轉(zhuǎn)速下HC的排放曲線(xiàn)。從圖上可以看出: 燃用E0 E10和E20時(shí)HC排放曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)相近，混合燃料E10和E20的排放效果均優(yōu)于燃用E0時(shí)的排放，并且隨著摻燒乙醇比重的增加，HC的

97、排放依次降低。這是因?yàn)樵陂]環(huán)控制區(qū)域內(nèi)，ECU的控制策略使過(guò)量空氣系數(shù)保持在1.0到1. 05之間，三種燃料基本上都可以完全燃燒。然而由于乙醇的含氧量高，當(dāng)乙醇加入后，混合燃料的含氧量獲得提高，也使燃燒得以改善，燃料含氧降低了中小負(fù)荷工況下因?yàn)榛旌蠚膺^(guò)稀引起的HC淬熄排放，也降低了高負(fù)荷工況下因?yàn)榛旌蠚膺^(guò)濃導(dǎo)致的HC不完全燃燒排放從而降低了未燃HC的排放量。由此可知，即使在不缺氧的閉環(huán)區(qū)域，乙醇燃料的加入或者燃料含氧量的增加仍可改善燃燒

98、。這也說(shuō)明燃料自攜氧對(duì)降低HC效果要優(yōu)于空氣中的氧氣[17]。</p><p>　　圖3.20是油門(mén)開(kāi)度80%時(shí)三種燃料的HC排放變化實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線(xiàn)。</p><p>　　圖3.20 油門(mén)開(kāi)度80%時(shí)HC排放特性</p><p><b>　　從圖上可以看出:</b></p><p>　　1.隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，HC的排放

99、逐漸降低；</p><p>　　2.摻醇率越高，未燃HC的排放就越低。</p><p>　　這是由于節(jié)氣門(mén)開(kāi)度保持一致時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的提高，燃燒速度得以提高，一定程度上降低了因火焰在到達(dá)壁面前由于膨脹使缸內(nèi)氣體溫度和壓力下降造成可燃混合氣大容積淬熄的可能性，所以，HC排放得以降低。同時(shí)，HC在排氣系統(tǒng)中的氧化一般要求排放系統(tǒng)仍有富氧和較高的溫度，而發(fā)動(dòng)機(jī)在全負(fù)荷工況運(yùn)行時(shí)也使得排氣溫度獲得提

100、高，一定程度上為HC在排氣系統(tǒng)中的氧化創(chuàng)造了條件[18]。另外，乙醇汽油混合燃料含氧，其含碳量比汽油低，加上燃燒最高溫度低，又集中在定容區(qū)內(nèi)燃燒，后燃的現(xiàn)象較少，也使排氣中HC含量減少，摻醇比例越大，HC排放改善越明顯。</p><p>　　3.5.4 氮氧化物（NOX）排放特性分析</p><p>　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)各個(gè)工況對(duì)燃用三種實(shí)驗(yàn)燃料(E0、E10和E20)后測(cè)得的NOx排放值，繪制出

101、下列各圖。</p><p>　　圖3.21 1600r/min時(shí)NOX排放特性</p><p>　　圖3.22 2000r/min時(shí)NOX排放特性</p><p>　　圖3.23 2400r/min時(shí)NOX排放特性</p><p>　　圖3.21、3.22和3.23分別是發(fā)動(dòng)機(jī)在3種不同轉(zhuǎn)速下NOx的排放曲線(xiàn)。從圖上可以看出:</p&g

102、t;<p>　　1.動(dòng)機(jī)燃用各種燃料時(shí)，隨著負(fù)荷的增加，NOx的排放都是先升高后降低。這是由于發(fā)動(dòng)機(jī)在小負(fù)荷時(shí)，缸內(nèi)溫度比較低，因而NOx排放較低;發(fā)動(dòng)機(jī)在中等負(fù)荷時(shí)，混合氣濃度變化不大，但是缸內(nèi)溫度上升了，所以排放有所增加。而發(fā)動(dòng)機(jī)在大負(fù)荷時(shí)，供給較濃混合氣，氧不足，即使此時(shí)缸內(nèi)溫度較高，NOx的生成也被抑制了。</p><p>　　2.E10和E20放均高于燃用E0時(shí)排放，并且隨摻燒乙醇比重的增

103、加，NOx的排放依次增加。這是由于乙醇含氧，可使缸內(nèi)燃燒溫度變高，燃燒速度變快，燃燒放熱也比較集中，使NOx的排放得以增加，雖然，乙醇的熱值低，汽化潛熱約為汽油的2.9倍，有使進(jìn)氣溫度降低、火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p慢，缸內(nèi)最高燃燒溫度降低的趨勢(shì)，可能使NOx有所降低，但其影響不夠大，于是兩者因素共同作用后的結(jié)果是E10和E20這兩種混合燃料NOx的排放比E0要高。</p><p>　　3.24 油門(mén)開(kāi)度80%的NOx排放特

104、性</p><p>　　圖3.24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(xiàn)。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]。</p><p><b>　　3.6 本章小結(jié)</b></p&g

105、t;<p>　　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；</p><p>　　2.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(huà)，燃油經(jīng)濟(jì)性相差不大；</p><p>　　3.用兩種比例乙醇汽油混合燃料后可以顯著降低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

106、加；</p><p>　　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；</p><p>　　5.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。</p><p>　　第4

107、章 乙醇汽油的三元催化轉(zhuǎn)化性能研究</p><p>　　4.1 三元催化轉(zhuǎn)化器的構(gòu)造及反應(yīng)原理</p><p>　　4.1.1 三元催化轉(zhuǎn)化器的構(gòu)造</p><p>　　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)

108、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。它以為主，其粗造的

109、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)。</p><p>　　4.1.2 三元催化劑的主要反應(yīng)步驟</p><p>　　主要反應(yīng)步驟如下所示；</p><p>　　1) CO和O2擴(kuò)散進(jìn)入多孔的催化劑活性涂層；

110、</p><p>　　2) O2吸附在催化劑活性位上，然后分解成O原了；</p><p>　　3) CO與O原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成CO2；</p><p>　　4) CO2再脫附回到尾氣流中；</p><p>　　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；</p><p>　　6) N-O鍵斷裂形成N原子和

111、O原子；</p><p>　　7) 兩個(gè)N原子結(jié)合成N2，脫附；O原字停留在催化劑上；</p><p>　　8) CO分了與O原了結(jié)合成CO2，脫附;</p><p>　　9) 反應(yīng)循環(huán)往復(fù)。</p><p>　　4.1.3 三元催化轉(zhuǎn)化器的化學(xué)反應(yīng)</p><p>　　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

112、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]:</p><p>　　1.CO和碳?xì)浠衔锏难趸磻?yīng):</p><p>　　2C0+O2=2CO2；</p><p>　　CO十H2O=CO2十H2；</p><p>　　2CxHx+(2x+1/2 y) O2=yH2O+2xCO2；</p><p>　　

113、2.NOx的還原反應(yīng):</p><p>　　2N0+2C0=2CO2+N2；</p><p>　　2N0+2H2=2H2O+N2；</p><p>　　CxHY+(2x+1/2y)NO=1/2yH2O+xC02=(x+1/4y)N2；</p><p><b>　　3.其它反應(yīng):</b></p><p&

114、gt;　　2H2+O2=2H2O；</p><p>　　5/2H2十NO=NH3十H2O</p><p>　　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。</p><p>　　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)?，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

115、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。</p><p>　　4.2 乙醇汽油三元催化轉(zhuǎn)化效率研究</p><p>　　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(xiàn)。 </p><p>　　圖4.1 2400rpm/min時(shí)CO的三元催化轉(zhuǎn)化效率</p&

116、gt;<p>　　圖4.2 2800r/min時(shí)CO的三元催化轉(zhuǎn)化效率</p><p>　　圖4.1和圖4.2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(xiàn)，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