42摩托車No. 2 Vol 32 2003油機(jī)燃用汽油—乙醇混合燃料的試驗硏究浙江大學(xué)顧潔杜德興(杭州31007)摘要本文針對摩托車汽油機(jī)燃用乙醇的應(yīng)用研究在汽油機(jī)結(jié)構(gòu)不作變動的前提下?lián)綗欢ū壤墓I(yè)乙醇進(jìn)行發(fā)動機(jī)臺架試驗。在節(jié)氣門開度分別為25%、50%、75%及100%時在不同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下對發(fā)動機(jī)的功率、扭矩、能耗率及排放性能進(jìn)行了研究并與原機(jī)進(jìn)行比較。試驗結(jié)果表明燃用汽油—乙醇混合燃料可以提高發(fā)動機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性有效改善排放特性。關(guān)鍵詞乙醇汽油機(jī)燃燒汽油—乙醇混合燃料An Experimental Investigation on Gasoline-Ethanol Blends Fueled Enginersity Gu Jie Du DexinHangzhou 310027)Abstract This paper describes an experimental study of motorcycle gasoline engine fueled with gasoline-ethanolblends when the engine structure is not changed. The Experiments are developed under different engine speed anddifferent engine load when fueled with pure gasoline and gasoline-ethanol blends. The results show that ethanoladded to the gasoline can improve the economy and exhaust emissions of the motorcycle engineKey words Ethanol Gasoline engine Combustion Gasoline-ethanol blends1前言具有可擴(kuò)大混合氣的著火界限、燃用稀混合氣提高汽我國摩托車工業(yè)在近幾年發(fā)展迅速年產(chǎn)量不斷油機(jī)的壓縮比從而提高發(fā)動機(jī)的動力性及經(jīng)濟(jì)性并上升摩托車的保有量居世界第一位但其排氣污染問因燃燒完全,可減少燃燒室表面的燃燒沉積物、降低題也日趨為人們所重視。隨著我國加入wT0,競爭也CO和H排放。在美國對含乙醇10%的E10含乙醇會更加激烈尤其是在摩托車的品質(zhì)和技術(shù)方面低油85%的F85(85%變性乙醇,15%汽油)和巴西對耗、低排放將有更大的競爭優(yōu)勢根據(jù)汽車發(fā)動機(jī)的經(jīng)F20等乙醇一汽油混合燃料在汽車發(fā)動機(jī)上已獲得了驗雙燃料汽車在保持動力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性的同時,實際應(yīng)用。但是至今還沒有在摩托車發(fā)動機(jī)上使用排放指標(biāo)可能達(dá)到電控汽油噴射、三元催化、廢氣再循的報道環(huán)和閉環(huán)反饋汽油發(fā)動機(jī)的排放水平而不失為收效按目前的技術(shù)、資源和經(jīng)濟(jì)條件在摩托車中使用快、費用低的有效方法之雙燃料以改善尾氣排放也許是最現(xiàn)實和有效的方法。汽油機(jī)的代用燃料有 LPG CNG、甲醇、乙醇等其在這樣的指導(dǎo)思想下開展了摩托車汽油機(jī)燃用汽油中乙醇因與汽油物理性能接近和較好的互溶性具有乙醇混合燃料的動力性、經(jīng)濟(jì)性及排放特性的試驗容易制成溶液、部分代用和與純汽油間相互切換的優(yōu)研究。同時由于純乙醇很易吸收空氣中的水分而成點。同時乙醇是屬于可再生燃料并具有比汽油的辛含水乙中國煤化工過程也增加了成本和烷值髙、燃燒速率快等優(yōu)點從而被認(rèn)為是最有前途的能源消CNMHG的互溶性會顯著降低。一種代用燃料。國外已對汽油—乙醇混合燃料開展了因而了解含水乙醇與汽油淚合燃料的使用特性也就有廣泛的研究。乙醇最早是代替含鉛化合物作為提高燃其特殊意義。在本試驗中我們用90號汽油與純度為油的辛烷值旳添加劑以提高汽油杋抗爆震性能使用95%的工業(yè)乙醇按10%和15%兩種比例均勻混合分的。研究壸京嬋用發(fā)動機(jī)燃用汽油—乙醇混合燃料別稱此汽油一乙醇混合燃料為E1o和E5。003年(第32卷第2期汽油機(jī)燃用汽油—乙醇混合燃料的試驗研究E10:10%乙醇+90%汽油(按容積計)機(jī)的正常工作。這里需要說明的一點是由于試驗條E15∶15%乙醇+85%汽油(按容積計)件的限制試驗時以百分?jǐn)?shù)表示的只是名義節(jié)氣門開2試驗條件及設(shè)備度它并不是一個非常準(zhǔn)確的數(shù)值它不保證不同燃料試驗用的主要設(shè)備有:W-15型水力測功儀及在節(jié)氣門具有相同的名義開度百分比對時節(jié)氣門的開發(fā)動機(jī)控制試驗臺(包括自動油耗儀);便攜式FGA度完全相同。因此動力性的比較以節(jié)氣門全開時的40003列的4/5組分汽車排氣分析儀。試驗用汽油機(jī)數(shù)據(jù)較為可靠其余的數(shù)據(jù)只能作為對比參考由浙江星月動力公司制造試驗在星月公司的發(fā)動機(jī)測試臺架上完成。試驗用汽油機(jī)的主要參數(shù):單缸四5.0灘程,風(fēng)冷壓縮比9.2,缸徑×行程=524×57.8.54.0·純汽油m)額定功率5.0kW7500r/min)最大扭矩:7.0士-10%工業(yè)乙醇3.5日-15%工業(yè)乙醇Nn(5000r/min)由于乙醇的熱值低于汽油為了保3.03000證發(fā)動機(jī)的動力性使用汽油釀(乙醇—一汽油混合燃5000600070008000轉(zhuǎn)速/(r/min)料濡加大化油器的主量孔。且由于辛烷值提高燃燒速度加快還應(yīng)改變發(fā)動機(jī)的壓縮比和點火提前角。圖1節(jié)氣門全開的功率但這一般只在摻醇率大于15%~20%時,才是必須的而本試驗的摻醇率為10%和15%且為了使發(fā)動3機(jī)具有汽油醇與汽油的隨意切換性能因此對發(fā)動機(jī)3.6-純汽油未進(jìn)行改造和調(diào)整。發(fā)動機(jī)的負(fù)荷、轉(zhuǎn)速調(diào)控以及油安3.4-10%工業(yè)乙醇-日·-15%工業(yè)乙醇耗、功率、扭矩的測量和記錄都由發(fā)動機(jī)控制試驗臺及所配備的電腦完成300040005000600700080003實驗結(jié)果與討論轉(zhuǎn)速/(r/min)l勵力性一功率圖275%節(jié)氣門開度的功率圖1~圖4為從節(jié)氣門全開到約25%節(jié)氣門開度3.0盤下四種節(jié)氣門開度時燃用E10和E15時發(fā)動機(jī)的功率與燃用純汽油時的比較。從圖中可以看到總的說來~純汽油燃用汽油醇時的發(fā)動機(jī)功率都比燃用純汽油時有所下20-+-10%工業(yè)乙醇-15%工業(yè)乙醇降。這主要是因為E10和E15的單位容積的化學(xué)能分別比純汽油小4.3%和6.4%而試驗中發(fā)動機(jī)的化油300040005000600070008000轉(zhuǎn)速/(r/min)器的量孔沒有改變。在實際應(yīng)用中,為了保證發(fā)動機(jī)的動力性可以通過適當(dāng)增大化油器的主量孔增加燃圖350%節(jié)氣門開度的功率料供給量來恢復(fù)發(fā)動機(jī)的功率。同時由于乙醇的辛2.5烷值高于汽油還可通過適當(dāng)提高發(fā)動機(jī)的壓縮比加上乙醇的燃燒速度高于汽油的優(yōu)點使發(fā)動機(jī)的動力性得到提高2。本試驗時基于可以在混合燃料和純中國煤化工純汽油汽油間隨意切換旳考慮測試燃用混合燃料與汽油的110%工業(yè)乙醇CNMHGs%工業(yè)乙醇對比性質(zhì)既未改變化油器的量孔,也未調(diào)整點火定3000400060007000時8000轉(zhuǎn)速/(r/min)但從試驗計算結(jié)果看,雖然功率和扭矩略小于燃用汽油,蜜美壢率下降不到1%基本不影響發(fā)動圖425%節(jié)氣門開度的功率44摩托車No. 2 Vol 32 20032羥經(jīng)濟(jì)性一能耗率表1節(jié)氣門全開時的能耗率(MJ/kwh)圖5~圖8是發(fā)動機(jī)燃用汽油和汽油醇時不同節(jié)轉(zhuǎn)速4563503555326023657970147542氣門開度時的能耗率曲線。從圖5和圖6中可以看(m到在節(jié)氣門全開和75%開度時燃用E10和El5時汽油14.35.31515.615.819.4發(fā)動機(jī)的能耗率低于原汽油機(jī)的能耗率。452150415516014651470277519(r/min20EI012.614.013.313814.215.02or& 4: a: 8. gi2 r-s純汽油轉(zhuǎn)速-10%工業(yè)乙醇454650485535601965227073753116}-日-15%工業(yè)乙醇El513.712913.813.714.514.616.0表2節(jié)氣門開度為75%時的能耗率M/kwh)00400050006000700080轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速/(r/min)4575505555576068656270507550(r/min圖5節(jié)氣門全開時的能耗率汽油13413.914.615.015.616.918845585054551260466519706775592422-10%工業(yè)乙醇1213.413.314.214.716.217.815%工業(yè)乙醇轉(zhuǎn)速45445059551412E1511713.113.914.014.915.91823000400000600070008000轉(zhuǎn)速/(r/mn)可用下式計算燃用汽油醇Ex時的能耗降低率。圖675%節(jié)氣門開度的能耗率燃用汽油能耗->)燃用E能耗純汽油∑燃用汽油能耗10%工業(yè)乙醇日-15%工業(yè)乙醇δ表示燃用EQx=10或15分別代表E0和E15時的能耗降低率計算得,215節(jié)氣門全開時10=9.836%15=9.653%10節(jié)氣門開度為75%時:10=5.638%1s=6.007%40005000600070008000轉(zhuǎn)速/(r/min)可見節(jié)氣門開度越大能耗率降低越明顯而對于節(jié)氣門開度較小的時候圖飛節(jié)氣門開度50%廂圖8圖750%節(jié)氣門開度的能耗率(節(jié)氣門開度25%時結(jié)果顯示各種燃料的能耗率50}-0純汽油有明顯的差別或者說所出現(xiàn)的差異沒有系統(tǒng)性的意螽-10%工業(yè)乙醇義圖中所顯示的在5000r/min時節(jié)氣門開度25%時日-15%工業(yè)乙醇的差異是由于發(fā)動機(jī)臺架振動引起而與燃料無關(guān)分析這些結(jié)果可能有以下幾方面的原因313006000中國煤化工然料其燃燒速度和火轉(zhuǎn)速/(r/min)焰?zhèn)鞑NMHG燒的定容性好燃燒持續(xù)期較短過后燃燒的程度小使熱效率得到提高圖825%節(jié)氣門開度的能耗率②在將發(fā)動?xùn)i改燃乙醇和汽油的混合燃料時未為了能從數(shù)量上進(jìn)行比較將節(jié)氣門全開和開度對化油器的量孔進(jìn)行改變由于單位容積的混合燃料為75%的削*據(jù)列成表如表1和表2所示所需的氧氣低于純汽油從而使混合氣變得相對較稀003年(第32卷第2期汽油機(jī)燃用汽油—乙醇混合燃料的試驗研究在保證可靠燃燒的條件下稀燃有利于提高熱效率。5展望③發(fā)動機(jī)改燃乙醇和汽油的混合燃料以后由于綜合比較燃用E15和EI0的動力性、經(jīng)濟(jì)性和排化油器的量孔未變使得輸入的燃料的能量減少在發(fā)放特性在大多數(shù)工況下E10要比E5為好。但乙醇動機(jī)的節(jié)氣門開度較大的時候輸入燃料能量的下降比例的變化的數(shù)據(jù)只有兩組而且這只說明乙醇的含部分地由燃燒效率的提高得到補(bǔ)償使發(fā)動機(jī)的實際水比例為5%的情況。還有待于進(jìn)一步的研究在乙醇輸出功率下降不多而在發(fā)動機(jī)的節(jié)氣門開度較小的時候由于發(fā)動機(jī)的功率變得過小而發(fā)動?xùn)i的機(jī)械槭的含水比例變化、及對汽油中的乙醇摻混量進(jìn)行優(yōu)化。由于時間和條件的限制所有的試驗都是初步的失并沒有減少從而使輸出的有效功率下降明顯。這是因為燃燒熱效率的提高不足以抵消機(jī)械效率的下降還沒有系統(tǒng)地測定發(fā)動機(jī)在各種工況條件下的所有有所致害排放也未對發(fā)動機(jī)的所有結(jié)構(gòu)和運行參數(shù)進(jìn)行調(diào)3排放整試驗,為了全面了解含水乙醇在摩托車發(fā)動機(jī)中的根據(jù)現(xiàn)行摩托車的排放法規(guī)本試驗主要測定了應(yīng)用前景還必須按照新的摩托車排放法規(guī)的要求通發(fā)動機(jī)的怠速排放。同時對最大扭矩工況和最大功率過試驗,了解摩托車發(fā)動機(jī)燃用部分含水乙醇后各種工況的HC和CO排放也進(jìn)行了初步的測定比較如圖有害排放物的整體排放水平。同時通過發(fā)動機(jī)的結(jié)9圖10所示構(gòu)和運行參數(shù)調(diào)整試驗研究燃用部分含水乙醇時發(fā)首先燃用E10和E15時發(fā)動機(jī)的穩(wěn)定怠速明顯動機(jī)的相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)和運行參數(shù)。這里所作的機(jī)理分低于燃用純汽油的怠速穩(wěn)定怠速越低μC和ωo的析也還有待進(jìn)一步的研究探討。不過從我們的初步排放越低試驗表明即使是在相同的怠速條件下HC試驗結(jié)果可以看到含水乙醇在摩托車發(fā)動機(jī)中具有和CO的排放量也低于燃用汽油的排放。在最大扭矩很好應(yīng)用前途。工況和最大功率工況時發(fā)動機(jī)的HC和CO排放也有o純汽油所下降相比較而言,CO比HC排放下降更多,燃用°▲10%工業(yè)乙醇E10時比燃用E5時的下降幅度稍大。CO和HC排放口15%工業(yè)乙醇明顯下降的原因主要是由于乙醇化學(xué)結(jié)構(gòu)中的羥基使其燃燒反應(yīng)特點與汽油中的各種烴類有所不820006000使著火溫度較低和不易熄火。且壁面激冷淬熄較00轉(zhuǎn)速/(r/mi少從而使燃燒更完善。圖10發(fā)動機(jī)的CO排放。20純汽▲10%工業(yè)乙醇參考文獻(xiàn)15%工業(yè)乙醇1 Lee G. Dodge, Ken Shouse, Joe Grogan, Douglas M. Leon寶50Kevin A. Whitney, Patrick M. Merritt. Development of an200040006000Ethanol-Fueled Ultra-Low Emissions Vehicle, SAE 981358轉(zhuǎn)速/(r/mn)2葉淑貞包玉英汽油機(jī)燃用汽油乙醇混合燃料時的燃燒圖9發(fā)動機(jī)的HC排放特性.北京農(nóng)業(yè)工程大學(xué)學(xué)報,104結(jié)論巒機(jī)燃料.中國石化出版社,中國煤化工1在汽油中摻混小比例10~15%)含水不高的乙THECNMHG醇無須對汽油機(jī)進(jìn)行改造和調(diào)整燃油系統(tǒng)雖然發(fā)動,化休寺火花點火發(fā)動機(jī)燃用含氧燃機(jī)的功率、扭矩略有降低但并不影響使用性能。料對冷起動和怠速時未燃碳?xì)渑欧庞绊懙脑囼炑芯?小2在汽油中摻混小比例的乙醇有利于改善汽油型內(nèi)燃機(jī)998漢27)機(jī)的燃燒瘡甍龍耗率和改善汽油機(jī)的排放。(收稿日期2002-08-26)