第6卷第5期安全與環(huán)境學(xué)報(bào)Vol 6 No 52006年10月JournalOct,2006文章編號(hào):1009-6094200605-0021-04放用氫火焰離子法(FID)分析,CO排放用不分光紅外線法電噴汽油機(jī)燃用乙醇/汽油混合(NDR)分析NO排放用化學(xué)發(fā)光法(CID)分析。用島津GC2010氣相色譜儀測(cè)量廢氣中的未燃乙醇、乙醛、甲醇和甲醛燃料排放及催化轉(zhuǎn)化特性研究*的濃度°考慮到乙醇容易吸收空氣中的水,引起乙醇與汽油的分祁東輝12,劉圣華1,李暉,呂勝春層試驗(yàn)時(shí)所用的含10%乙醇的汽油(以下簡(jiǎn)稱(chēng)E10)和含1西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院西安71004920%乙醇的汽油以下簡(jiǎn)稱(chēng)E20)均為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)配。純汽油記為2長(zhǎng)安大學(xué)汽車(chē)學(xué)院西安710064)EO。考慮到醇類(lèi)燃料的應(yīng)用推廣以及20%以下低比例摻燒醇類(lèi)對(duì)電噴汽油機(jī)部件腐蝕和溶脹作用比較小在試驗(yàn)中對(duì)摘要:研究多點(diǎn)電噴汽油機(jī)燃用不同摻混比的乙醇/汽油混合燃料原電噴汽油機(jī)未作任何改動(dòng)時(shí)的排放及催化器的轉(zhuǎn)化性能。結(jié)果表明在汽油機(jī)參數(shù)未做任何調(diào)2乙醇/汽油混合燃料汽油機(jī)的排放特性整的情況下與汽油機(jī)相比乙醇/汽油混合燃料汽油杋催化器之前的CO排放降低降幅接近15%;HC排放在大負(fù)荷時(shí)略有升高;NO,排圖1給出了乙醇/汽油混合燃料汽油機(jī)催化器前、后的放基本相同;乙醇對(duì)排放物催化轉(zhuǎn)換效率的影響與電噴汽油機(jī)的轉(zhuǎn)Co排放及其催化轉(zhuǎn)化效率。由圖可知:汽油機(jī)燃用E10和速、負(fù)荷和空燃比控制策略有關(guān)。用氣相色譜分析儀測(cè)錄的未燃乙醇E20時(shí)催化器前的CO排放在整個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi)基本相同并排放在大負(fù)荷時(shí)略有升高甲靜排放量變化不大乙醛排放量隨乙靜且比燃用汽油時(shí)的CO排放低。其原因是:發(fā)動(dòng)機(jī)在中、小負(fù)含量增大而增大經(jīng)三效催化轉(zhuǎn)化器后可以被控制在接近零排放的荷工況下運(yùn)行時(shí)電噴汽油機(jī)的控制策略是閉環(huán)控制根據(jù)安水平。在息速工況隨乙靜含量增加,CO、HC和NO.的排放與汽油機(jī)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)基本相比略有降低保持在1.0~1.05以利于三效催化轉(zhuǎn)換器正常工作。催化器關(guān)鍵詞:動(dòng)力機(jī)械工程;氣相色諧法;乙醇;乙醛;三效催化轉(zhuǎn)化器前CO排放降低的主要原因是燃料自攜氧要比空氣中的氧更有助于充分燃燒或原子氧要比分子氧更容易參與氧化反應(yīng)。中圖分類(lèi)號(hào):TK411.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A同時(shí)CO排放明顯下降的另一個(gè)原因主要是:乙醇化學(xué)結(jié)構(gòu)0引言中的羥基OH使其燃燒反應(yīng)特點(diǎn)與汽油中的各種烴類(lèi)的有所乙醇來(lái)源廣泛正常使用無(wú)毒副作用。乙醇摻混汽油作不同使著火溫度較低和不易熄火7從催化轉(zhuǎn)化效率來(lái)看在2500r/min、中小負(fù)荷時(shí)汽油汽車(chē)燃料不僅可以減少石油用量而且能夠提高燃料含氧量機(jī)燃用E10和E20燃料時(shí)的催化轉(zhuǎn)化效率與燃用汽油時(shí)基本和辛烷值改善燃燒效果。目前乙醇/汽油混合燃料在巴西、相同但在大負(fù)荷時(shí)燃用E10和E20燃料時(shí)的催化轉(zhuǎn)化效率美國(guó)和加拿大等國(guó)已經(jīng)得到較廣泛的應(yīng)用。圍繞摻混乙醇對(duì)低于燃用汽油時(shí)的;在3000r/min、整個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi)汽油機(jī)汽車(chē)動(dòng)力和經(jīng)濟(jì)性能以及由此帶來(lái)的環(huán)境效應(yīng)等問(wèn)題,也有燃用E10和E20燃料時(shí)的催化轉(zhuǎn)化效率與燃用汽油時(shí)的基本了研究相同。由此可見(jiàn)CO在P-hh系催化劑中的轉(zhuǎn)化效率與燃料面對(duì)日益短缺的石油資源和逐步加嚴(yán)的排放法規(guī),國(guó)內(nèi)中的含醇量、發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷有關(guān)對(duì)替代燃料包括乙醇汽油混合燃料也越來(lái)越重視45然圖2給出了乙醇/汽油混合燃料汽油機(jī)催化器前、后的而到目前為止乙醇摻混汽油作汽車(chē)燃料的研究只集中在如HC排放及其催化轉(zhuǎn)化效率。由圖可知:在小負(fù)荷時(shí),燃用何實(shí)現(xiàn)乙醇/汽油雙燃料供給、混合燃料的動(dòng)力和經(jīng)濟(jì)性能E0o和E0時(shí)催化器前的HC排放與燃用汽油時(shí)相差不大在等有關(guān)排放性能的研究相對(duì)較少。另外乙醇不完全燃燒會(huì)中、大負(fù)荷燃用E10和E0時(shí)的HC排放明顯高于燃用汽油形成乙醛而乙醛是一種有害氣體因此摻混乙醇對(duì)乙醛排放的乙醇含量對(duì)HC排放的影響較小。其原因是:閉環(huán)控制策的影響也值得特別注意。略使過(guò)量空氣系數(shù)保持在1.0~1.05,燃料基本可以完全燃本文基于發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)考察摻混體積分?jǐn)?shù)分別燒?？梢哉J(rèn)為主要是由于乙醇的汽化潛熱比汽油大得多因?yàn)?0%和20%乙醇對(duì)汽油機(jī)排放和鉑銥(P助h)三效崔化而使進(jìn)氣溫度降低同時(shí)由于燃燒室的余隙而出現(xiàn)較強(qiáng)烈的劑性能的影響。淬熄效應(yīng)使HC排放升高試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法從催化轉(zhuǎn)化效率看在2500r/min、小負(fù)荷時(shí),燃用E10燃料時(shí)的催化轉(zhuǎn)化效率最高燃用汽油時(shí)次之燃用E20時(shí)最試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)為38Q坐電噴汽油機(jī)缸徑為685mm,低;在中、大負(fù)荷時(shí)燃用E!0和E20時(shí)的催化轉(zhuǎn)化效率略低行程為η2mm壓縮比為9.4標(biāo)定功率為26.5kW標(biāo)定轉(zhuǎn)速于燃用汽油的。在3000r/min、小負(fù)荷時(shí)燃用3種燃料的轉(zhuǎn)為5500rymn,總排量為0.796電噴系統(tǒng)的軟硬件采用化效率基本相同在中、大負(fù)荷時(shí)燃用汽油時(shí)的催化轉(zhuǎn)化效BOSCH公司生產(chǎn)的電控多點(diǎn)汽油噴射系統(tǒng)。用AⅥL公司的率最高。上述結(jié)果說(shuō)明:HC的催化轉(zhuǎn)化效率與燃料中的含Digas4000型排氣分析儀分析廢氣成分其中總碳?xì)?THC腓排醇量中國(guó)煤化工料發(fā)動(dòng)機(jī)催化器前、后的收稿日期:2006-03-27CNMHG可知在2500mn時(shí)燃作者簡(jiǎn)介:祁東輝副教授博土后從事內(nèi)燃機(jī)代用燃料及排污用E10時(shí)催化器前的NO,排放略低于燃用汽油和E20的在控制研究。中、小負(fù)荷燃用E20的NO,排放與燃用汽油的基本相同在基金項(xiàng)目:國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究規(guī)劃資助項(xiàng)目(2001CB209206)大負(fù)荷時(shí)略高于燃用汽油的;在3000r/min時(shí)燃用E10和21Vol 6 No 5安全與環(huán)境學(xué)報(bào)第6100催化器前卷04}m200mim63000rmin催化器802催化器后催化器后00.60.2平均有效壓力/MPa平均有效壓力/MPaE0-E10E20圖1乙醇/汽油混合燃料汽油機(jī)旳Co排放及其催化轉(zhuǎn)化效率Fig. 1 CO emissions and their conversion efficiencies of ethanol/ gasoline blended fuel enginen=2500r/min=3 000 r/min催化器前催化器前催化器后催化器后06平均有效壓力/MPa平均有效壓力MPa圖2乙醇/汽油混合燃料汽油機(jī)的HC催化轉(zhuǎn)化效率Fig 2 HC emissions and their conversion efficiencies of ethanol/ gasoline blended fuel enginee顆爾催化器前n2500rm催化器前n=300rmin20001000催化器后z催化器后0.60.8平均有效壓力MPa平均有效壓力/MPa一E0-E10-E20圖3乙醇/汽油混合燃料汽油機(jī)的NO,催化轉(zhuǎn)化效率Fig 3 NO, emissions and their conversion efficiencies of ethanol/ gasoline blended fuel engineE20的NO,排放基本相同且略低于燃用汽油時(shí)的NO,排放其原因?yàn)槭?乙醇為含氧燃料燃燒速度快瞬時(shí)燃燒溫度口E10口E20高有助于NO的生成;但另一方面乙醇的熱值低汽化潛熱大有使缸內(nèi)溫度下降的趨勢(shì)從而抑制NO,的生成從催化轉(zhuǎn)化效率看在2500r/min、小負(fù)荷時(shí)燃用E10和E20燃料時(shí)的NO.轉(zhuǎn)化效率比燃用汽油時(shí)的低但在中大負(fù)荷時(shí)差別不明顯。在3000/min、小負(fù)荷時(shí)燃用E10和中國(guó)煤化工E20燃料時(shí)的NO,轉(zhuǎn)化效率比燃用汽油時(shí)的低在大負(fù)荷時(shí)CNMHG3種燃料NO4的催化轉(zhuǎn)化效率相差不大?？梢?jiàn),催化劑對(duì)乙4個(gè)同乙暉/汽沺摻混比的怠速排放醇/汽油混合燃料汽油機(jī)NO,轉(zhuǎn)化效率的影響與混合燃料中Fig 4 Emissions at idling condition of ethanol/ gasoline的含醇量以及發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速有關(guān)blended fuel engine222006年10月祁東輝籌電噴汽油機(jī)燃用乙醇/汽油混合燃料排放及催化轉(zhuǎn)化特性研究Oct,2006圖4給岀了怠速時(shí)的排放特性圖中以純汽油時(shí)的排放乙醇和乙醛的排放。從圖中可以看岀3種燃料的乙醇排放為100使用E10和E20時(shí)的排放值為其實(shí)際值與使用純汽油隨負(fù)荷的增大而增大在轉(zhuǎn)速較高時(shí)增加比較明顯乙醇的含時(shí)的比值。由圖可知隨乙醇含量的增加,CO和HC排放均量對(duì)未燃乙醇排放的影響不明顯在較大負(fù)荷時(shí)略有升得到了改善但排放降低幅度最大為15%;NO,排放沒(méi)有明乙醇排放隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高有所升高。乙醛是乙醇被氧化顯的改善。需要指岀的是電噴發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比基本保持在的中間產(chǎn)物燃用E10和E20時(shí)的乙醛排放隨負(fù)荷的增大而約1.05明顯稀于普通化油器式汽油機(jī)可以認(rèn)為將乙醇汽增大燃用汽油時(shí)的乙醛排放基本不隨負(fù)荷變化燃用E10和油用于化油器式汽油機(jī)時(shí)CO和HC的排放改善效果會(huì)較明E20的乙醛排放明顯高于燃用汽油的,且隨乙醇含量的增加而增加在較大負(fù)荷時(shí)比較明顯,說(shuō)明乙醇的混入對(duì)生成乙醛由以上討論可知在電噴汽油機(jī)上使用乙醇/汽油混合燃的貢獻(xiàn)率較大。發(fā)動(dòng)?xùn)i轉(zhuǎn)速對(duì)混合燃料乙醛的排放有一定的料時(shí)其排放特性的變化規(guī)律不僅受乙醇汽油摻混比的影響,影響轉(zhuǎn)速較髙時(shí)乙醛排放較大尤其在大負(fù)荷時(shí)比較明顯。而且隨電控系統(tǒng)控制策略的不同而變化,這也導(dǎo)致排放特性圖7給出了乙醇汽油混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)催化器前甲醇的排的變化會(huì)不同于化油器式汽油機(jī)的。放。乙醇的含量對(duì)甲醇的排放沒(méi)有明顯的規(guī)律性,且甲醇排3乙醇/汽油混合燃料汽油機(jī)的醇、醛類(lèi)排放放在多數(shù)運(yùn)行工況時(shí)基本相同,說(shuō)明甲醇是由汽油的燃燒產(chǎn)生的。在大負(fù)荷時(shí),甲醇排放隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高而升高。圖5和6給岀了乙醇汽油混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)催化器前未燃試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)甲醛排放進(jìn)行了測(cè)量但在多數(shù)工況下測(cè)不到n=2 500 r/minn=3 000 rimin04口E10O E2003E0日E00E2009營(yíng)0.20.20.10.2平均有效壓力MPa平均有效壓力MPa圖5乙醇/汽油混合燃料汽油機(jī)催化器前的乙醇排放Fig 5 Unburned ethanol engine-out emissions of ethanol/ gasoline blended fuel engine0.120.12n=2 500 r/minn=3 000 r/min◆E0口E100E20◆E0E10E200040.04802040.60.80.2040608平均有效壓力MPa平均有效壓力MPa圖6乙醇/汽油混合燃料汽油機(jī)催化器前旳乙醛排放Fig 6 Acetaldehyde engine-out emissions of ethanol/ gasoline blended fuel enginen=2 500 riminn=3 000 r/min0E20◆E0aE10E20TYH中國(guó)煤化工CNMHG平均有效壓力MPa平均有效壓力MPa圖7乙醇/汽油混合燃料汽油機(jī)催化器前的甲醇排λFig 7 Methanol engine-out emissions of ethanol/ gasoline blended fuel engine23Vol 6 No 5安全與環(huán)境學(xué)報(bào)第65期甲醛。這可能是因?yàn)榧状嫉呐欧攀怯善椭械囊恍┨砑映煞諿8] HE Yangquan何邦全), Yan Xiaoguang(閆小光), WANG Jianxin(如MTBE或ETBE造成的。王建昕),etal., A study on the emission characteristics of an Efl en外經(jīng)過(guò)三效催化轉(zhuǎn)化器后醇、醛類(lèi)等非法規(guī)排放物gine with ethanol blended gasoline fue[ J]. Transactions of CSICE(ry的體積排放僅為百萬(wàn)分之幾大部分工況下可實(shí)現(xiàn)零排放。燃機(jī)學(xué)報(bào)),2002,205):399-4024結(jié)論Emission and catalytic conversion features of1汽氣油機(jī)燃用E10和E20時(shí)催化器前的CO排放與燃用the efi engine fueled with ethanol/ gasoline汽油相比明顯降低NO排放基本保持不變?cè)谳^大負(fù)荷時(shí) blendsHC排放略有升高OI Dong-hui'2, LIU Sheng-hua',LI HV Sheng-chur2)汽氣油機(jī)燃用E10和E20時(shí)的未燃乙醇排放與燃用汽油時(shí)相比大負(fù)荷下略有升高而乙醛排放明顯升高且隨混合(1 School of Energy and Power Engineerin, Xi' an Jiag Ur燃料中乙醇含量的增加而增大,乙醇的混入對(duì)乙醛的排放起sity, Xi an 710049, China 2 School of Automobile Chang an Uni重要作用混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的甲醇排放與汽油機(jī)相差不明顯, versity,xi710064, China)說(shuō)明甲醇的排放主要來(lái)自汽油中的添加成分(MTBE或ETBE bAbstract: The present paper aims at introducing the authors experi3甩噴汽油機(jī)在外特性運(yùn)行時(shí)為開(kāi)環(huán)控制而在中、小負(fù) mental investigation over the pollutant emissions and catalytic conver荷運(yùn)行時(shí)為閉環(huán)控制其控制策略的不同會(huì)影響燃用乙醇/汽 on efficiency features of the synthetic electronic fuel injection(E)油混合燃料時(shí)的排放特性因此本研究結(jié)果與在化油器式發(fā) gasoline engine fueled with ethanol-gasoline blends at various blend動(dòng)機(jī)上的研究結(jié)果不會(huì)完全相同。ing ratios(0 vol % 10 vol % 20 vol %) In our investigation4催化劑對(duì)乙醇汽油混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)CO、HC和NO, ethanol was treated as a partially oxidized hydrocarbon and ther轉(zhuǎn)化效率的影響與混合燃料中的含醇量以及發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷和 added to the blended fuel, which gives out more oxygen in the com轉(zhuǎn)速有關(guān)從整個(gè)催化轉(zhuǎn)化特性看燃用汽油時(shí)的催化轉(zhuǎn)化特 bustion process and leads to the so-called" leaning effect.When性效果較優(yōu)于燃用混合燃料的,used the fuel injection ratio was adjusted by means of a closed-loop5)、醛類(lèi)排放經(jīng)過(guò)三效催化轉(zhuǎn)化器后基本可以實(shí)現(xiàn)零 in which the on- board ECU controlled the fuel injection with feedback排放表明PHh系三效催化劑能夠滿足汽油機(jī)燃用乙醇/汽 ignal from the built-In oxygen sensor in a exhaust pipe: By contro油混合燃料時(shí)對(duì)非法規(guī)排放控制的要求。the closed-loop it is possible to measure the effect of the ethanoladded to the pollutant emission andReference參考文獻(xiàn))aturesigation indicated that the ethanol[1 KSEL Fikret Yu, KSEL Bdri Yi. The use of ethanol-gasoline blend as gasoline blends as a kind of improved fuel with ethanol contenta fuel in an SI engine J ] Renewable Energy 2004, 29: 1181-1191. creased in the blends helps to remarkable decreasing the engine-out2] HSIEHA Wei-dong, CHENB Rong-hong, WUB Tsung-lin, et al. En- CO emission. The improved level proved to be as high as up togine performance and pollutant emission of an SI engine using ethane5%, Whereas the engine-out HC emissions slightly increase at thegasoline blended fuel! J ]. Atmospheric Environment 2002, 36: 403- high engine load the engine-out NO emission depends on the oper410anol conte[3] AL-HASAN M. Effect of ethanol-unleaded gasoline blends on engine Furthermore, the effect of the ethanol on catalytic conversion efficien-performance and exhaust emissions[ J ]. Energy Conversion and cy proves to be related to the engine speed load as well as air fuelManagement,2003,44:1547-1561ratio. 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