第15卷第1期
交通科技与经济
V01.15,No.1
2013年1月Technology&Economy
inAreasofCommunications
Jan.,2013
发动机燃用乙醇汽油的实验性能分析
朱荣福1,杨
兆1,葛蕴珊2
(1.黑龙江工程学院汽车与交通工程学院,黑龙江哈尔滨150050;2.北京理工大学机械与车辆学院,北京100081)摘要:乙醇作为汽油的代用燃料,受到广泛关注。在一台直列四缸汽油机上,研究乙醇汽油混合燃料对发动机性能的影响。结果表明在发动机结构、技术参数不变的条件下,动力性能会略有下降,但变化幅度不大;燃油消耗率有所升高;排放性能明显改善。关键词:乙醇汽油;发动机;性能中图分类号:TK411.7
文献标志码:A
文章编号:1008—5696(2013)01—0114—03
Performanceanalysisofengine。-fueledethanolgasoline
ZHURong—ful,YANGZha01,GEYun-shan2
(1.CollegeofAutomobileandTrafficEngineering,HeilongjiangInstituteofTechnology,Harbin150050,China;2.Schoolof
MechanicalEngineering,BeijingInstituteofTechnology。Beijing100081,China)
Abstract:Ethanol,as
an
alternativefuelforgasoline,drawnmoreandmoreattentionrecently.In
an
inline
four—cylindergasolineengine,theinfluenceofthemixedfuelwithethanolandgasoline
on
theperformance
ofengineisstudied.Theresultsshowthatdynamicperformanceoftheengineis
a
littlelower,whenthe
structure
andtechnicalparametersoftheengineremainunchanged.Thefuelconsumption
rate
isincreased,
but
not
obviously.Theemissionperformanceimprovesobviously.
Keywords:ethanolgasoline;engine;performance
乙醇是一种常用的燃料和燃料添加剂,可以充利用发动机测试控制仪测量并由FC2000测控系统当汽车燃料的替代品,随着石油资源的日益紧缺,软件来设置发动机各种工况,并记录各工况下所需环境污染与能源短缺等问题的日益突出,促使现在测量的实验数据。实验所用主要测量仪器名称、型部分汽车上率先使用了车用乙醇汽油,并将乙醇汽
号等参数如表1所示。
油列为主要开发项目之一。
国内外的学者对乙醇汽油进行了大量研究,结
表1实验装置仪器用途及型号
果表明:在发动机未作任何改动或优化调整时,发
测量仪器名称型号
动机燃用小比例醇类混合燃料时的动力性和经济
东安发动机4G18性与燃烧汽油基本一致,排放性能得到改善。
发动机测控系统FC2000但大量的研究集中在掺混比例为10%的乙醇汽智能油耗仪FC2i00油,而对不同比例的乙醇汽油发动栅眭能研究不多。
双路直采排放分析系统
AVL
AMAi60
电涡流测功机
CW一160
1实验装置仪器
本项目实验数据采集,主要是通过AVI。i60双
2实验内容
路直采排放分析系统测量、分析和记录排放数据;
实验燃料选用E0(纯汽油)和E5(乙醇5%,汽
收稿日期:2012—07—12
油95%,体积比)、E10、E15,进行实验对比分析。
基金项目:黑龙江省教育厅科学技术研究项目(11531312)
2.1动力性能
作者简介:朱荣福(1981一),男,讲师,硕士,研究方向:汽车节能与
环保.
在实验中,为研究乙醇掺混比例对发动机动力
万方数据
第1期
朱荣福,等:发动机燃用乙醇汽油的实验性能分析
性能的影响,对油门开度80%工况下,发动机燃用4种燃料后的输出和转矩进行了测取,如图1所示。
由于乙醇的热值远低于汽油的热值,所以用燃
油消耗率来比较乙醇汽油混合燃料的经济性并不全面。因此,为了提高发动机燃用混合燃料时燃料消耗的可比性,在比较燃油消耗率的同时引入能量消耗率(能耗率)来进行不同燃料在不同工况下为
发动机提供总能量的比较。其公式为
E:一良×h。.
(1)
晕
Z、
墩馨
转速/r.rain
式中:E为能耗率,MJ/kW・h;B。为燃油消耗率,
g/kw・h;H。为混合燃料的质量低热值,MJ/kg。
图1舳%油门开度时转矩
计算后得到能耗率曲线如图3所示。从图3中看出,与Eo相比,混合燃料的能耗率略有降低,并且随着负荷的增加,Eo的能耗率逐渐与混合燃料逐渐接近。因为乙醇具有较宽的着火极限,燃烧速度
快,并且混合燃料含氧,混合气燃烧相对更充分,使得燃烧热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。
|『『||||||
30
由图1可以看出:80%负荷工况运行时,发动机燃用各种燃料后得到的转矩曲线变化趋势相同,燃
用E5、E10和E15的扭矩相差不大。
发动机在80%负荷工况下运行时,节气门开度一样,电喷汽油机的控制策略为开环控制,混合燃料喷射持续时间与E0的相同,那么喷人的燃料体
积与Eo相同,由于混合燃料的热值低,发动机燃烧同样体积喷油量的乙醇汽油混合燃料后所释放的总热值有所降低,将会导致循环放热量减少造成发动机功率和扭矩有所下降。另一方面,乙醇的汽化潜热值约是汽油的2.9倍,其产生的冷却效应可以
有效降低压缩负功,混合燃料的蒸发汽化,可以使进气温度得以降低,充气效率得以提高,使得平均
e-
■25
未20尊15
羔10
、5
O
有效压力P。有所提高,一定程度上又可以保证发动机的动力不致降低;所以,在不改动发动机的情
况下,发动机燃用乙醇汽油混合燃料时,动力性能
图3
1600
r/min时的能耗率
2.3排放性能
2.3.1怠速工况下的排放性能
图4给出了怠速时的排放特性,图中以纯汽油时的排放为100,使用E5、E10和E15时的排放值
与Eo基本相当,只是略低于Eo。
2.2燃油经济性
图2是发动机在部分负荷工况下燃用各种燃料后测得的燃油消耗率变化曲线。从图2中可以看
为其实际值与使用Eo时的比值。由图4可知,随
乙醇含量的增加,CO和HC排放均得到了改善,但
出,伴随着负荷的逐渐加大,燃油消耗率曲线呈现出降低的趋势;同时,混合燃料的燃油消耗率基本上均高于Eo,并且随掺醇比例的增加而依次增加,这是因为乙醇汽油混合燃料的质量低热值和理论混合气热值均低于Eo,所以在同样的运行工况下,
为了使发动机输出相同的动力,就需要燃烧更多的混合燃料,并不是燃烧热效率的恶化所致。
NOx排放没有明显的改善。分析认为乙醇含氧,可
能会导致发动机乙醇汽油N魄的排放改善不明显。
120‘100
量80
囊60
末40
200
替寝涎要蒸
图2
1600
r/nun时的燃油消耗率
万方数据
・116・
交通科技与经济
第15卷
量、燃烧峰值温度以及混合气浓度不同等诸多因素综合在一起形成的。
巨△\A
o
U
雷s
80%油门开度下00排放特性
l
暑I、
是l
“
星l
1
转速/r-rain
圈6油门开度踯%时I'IC排放特性
g、
&
6
Z
圈7油门开度踟%时NOx摊放特性
万方数据
3结论
本文对发动机燃用EO和E5、EIO、E15乙醇汽
油的动力性进行了对比性实验研究,研究结果表明:
1),发动机燃用乙醇汽油扭矩略有降低,但相差
不大;
2)发动机燃用乙醇汽油有效燃油消耗率略有降低,但能耗率略有提高,燃油经济性降低并不是因为燃烧恶化导致的;
3)发动机燃用乙醇汽油除怠速工况NOX不明显外,其它工况都有明显改善。参考文献:
[1]罗建科,周校平.新能源的宠儿一车用乙醇汽油[J].汽车
运甩,20ll(8):25—26.
[2]王春杰,王玮,汤大钢,等.车用乙醇汽油和无铅汽油对电喷汽车排放性能的影响[J].环境科学,2004,25(4):
114—116.
[3]崔淑华,发动机燃用乙醇汽油的空燃比模拟优化研究
[J].车辆与动力技术,2011(2):34,一37.
[4]刘晓辉,乙醇混合汽油性能和能耗分析研究EJ].河南科
技,20t0(8):55—56.
[5]胡亚楠,电喷发动机燃烧乙醇汽油试验研究[J].沈阳理
工大学学报,2。lO,29(1):35—37.
[责任编辑:王欣]
第15卷第1期
交通科技与经济
V01.15,No.1
2013年1月Technology&Economy
inAreasofCommunications
Jan.,2013
发动机燃用乙醇汽油的实验性能分析
朱荣福1,杨
兆1,葛蕴珊2
(1.黑龙江工程学院汽车与交通工程学院,黑龙江哈尔滨150050;2.北京理工大学机械与车辆学院,北京100081)摘要:乙醇作为汽油的代用燃料,受到广泛关注。在一台直列四缸汽油机上,研究乙醇汽油混合燃料对发动机性能的影响。结果表明在发动机结构、技术参数不变的条件下,动力性能会略有下降,但变化幅度不大;燃油消耗率有所升高;排放性能明显改善。关键词:乙醇汽油;发动机;性能中图分类号:TK411.7
文献标志码:A
文章编号:1008—5696(2013)01—0114—03
Performanceanalysisofengine。-fueledethanolgasoline
ZHURong—ful,YANGZha01,GEYun-shan2
(1.CollegeofAutomobileandTrafficEngineering,HeilongjiangInstituteofTechnology,Harbin150050,China;2.Schoolof
MechanicalEngineering,BeijingInstituteofTechnology。Beijing100081,China)
Abstract:Ethanol,as
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but
not
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Keywords:ethanolgasoline;engine;performance
乙醇是一种常用的燃料和燃料添加剂,可以充利用发动机测试控制仪测量并由FC2000测控系统当汽车燃料的替代品,随着石油资源的日益紧缺,软件来设置发动机各种工况,并记录各工况下所需环境污染与能源短缺等问题的日益突出,促使现在测量的实验数据。实验所用主要测量仪器名称、型部分汽车上率先使用了车用乙醇汽油,并将乙醇汽
号等参数如表1所示。
油列为主要开发项目之一。
国内外的学者对乙醇汽油进行了大量研究,结
表1实验装置仪器用途及型号
果表明:在发动机未作任何改动或优化调整时,发
测量仪器名称型号
动机燃用小比例醇类混合燃料时的动力性和经济
东安发动机4G18性与燃烧汽油基本一致,排放性能得到改善。
发动机测控系统FC2000但大量的研究集中在掺混比例为10%的乙醇汽智能油耗仪FC2i00油,而对不同比例的乙醇汽油发动栅眭能研究不多。
双路直采排放分析系统
AVL
AMAi60
电涡流测功机
CW一160
1实验装置仪器
本项目实验数据采集,主要是通过AVI。i60双
2实验内容
路直采排放分析系统测量、分析和记录排放数据;
实验燃料选用E0(纯汽油)和E5(乙醇5%,汽
收稿日期:2012—07—12
油95%,体积比)、E10、E15,进行实验对比分析。
基金项目:黑龙江省教育厅科学技术研究项目(11531312)
2.1动力性能
作者简介:朱荣福(1981一),男,讲师,硕士,研究方向:汽车节能与
环保.
在实验中,为研究乙醇掺混比例对发动机动力
万方数据
第1期
朱荣福,等:发动机燃用乙醇汽油的实验性能分析
性能的影响,对油门开度80%工况下,发动机燃用4种燃料后的输出和转矩进行了测取,如图1所示。
由于乙醇的热值远低于汽油的热值,所以用燃
油消耗率来比较乙醇汽油混合燃料的经济性并不全面。因此,为了提高发动机燃用混合燃料时燃料消耗的可比性,在比较燃油消耗率的同时引入能量消耗率(能耗率)来进行不同燃料在不同工况下为
发动机提供总能量的比较。其公式为
E:一良×h。.
(1)
晕
Z、
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式中:E为能耗率,MJ/kW・h;B。为燃油消耗率,
g/kw・h;H。为混合燃料的质量低热值,MJ/kg。
图1舳%油门开度时转矩
计算后得到能耗率曲线如图3所示。从图3中看出,与Eo相比,混合燃料的能耗率略有降低,并且随着负荷的增加,Eo的能耗率逐渐与混合燃料逐渐接近。因为乙醇具有较宽的着火极限,燃烧速度
快,并且混合燃料含氧,混合气燃烧相对更充分,使得燃烧热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。
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30
由图1可以看出:80%负荷工况运行时,发动机燃用各种燃料后得到的转矩曲线变化趋势相同,燃
用E5、E10和E15的扭矩相差不大。
发动机在80%负荷工况下运行时,节气门开度一样,电喷汽油机的控制策略为开环控制,混合燃料喷射持续时间与E0的相同,那么喷人的燃料体
积与Eo相同,由于混合燃料的热值低,发动机燃烧同样体积喷油量的乙醇汽油混合燃料后所释放的总热值有所降低,将会导致循环放热量减少造成发动机功率和扭矩有所下降。另一方面,乙醇的汽化潜热值约是汽油的2.9倍,其产生的冷却效应可以
有效降低压缩负功,混合燃料的蒸发汽化,可以使进气温度得以降低,充气效率得以提高,使得平均
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有效压力P。有所提高,一定程度上又可以保证发动机的动力不致降低;所以,在不改动发动机的情
况下,发动机燃用乙醇汽油混合燃料时,动力性能
图3
1600
r/min时的能耗率
2.3排放性能
2.3.1怠速工况下的排放性能
图4给出了怠速时的排放特性,图中以纯汽油时的排放为100,使用E5、E10和E15时的排放值
与Eo基本相当,只是略低于Eo。
2.2燃油经济性
图2是发动机在部分负荷工况下燃用各种燃料后测得的燃油消耗率变化曲线。从图2中可以看
为其实际值与使用Eo时的比值。由图4可知,随
乙醇含量的增加,CO和HC排放均得到了改善,但
出,伴随着负荷的逐渐加大,燃油消耗率曲线呈现出降低的趋势;同时,混合燃料的燃油消耗率基本上均高于Eo,并且随掺醇比例的增加而依次增加,这是因为乙醇汽油混合燃料的质量低热值和理论混合气热值均低于Eo,所以在同样的运行工况下,
为了使发动机输出相同的动力,就需要燃烧更多的混合燃料,并不是燃烧热效率的恶化所致。
NOx排放没有明显的改善。分析认为乙醇含氧,可
能会导致发动机乙醇汽油N魄的排放改善不明显。
120‘100
量80
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图2
1600
r/nun时的燃油消耗率
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交通科技与经济
第15卷
量、燃烧峰值温度以及混合气浓度不同等诸多因素综合在一起形成的。
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80%油门开度下00排放特性
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转速/r-rain
圈6油门开度踯%时I'IC排放特性
g、
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圈7油门开度踟%时NOx摊放特性
万方数据
3结论
本文对发动机燃用EO和E5、EIO、E15乙醇汽
油的动力性进行了对比性实验研究,研究结果表明:
1),发动机燃用乙醇汽油扭矩略有降低,但相差
不大;
2)发动机燃用乙醇汽油有效燃油消耗率略有降低,但能耗率略有提高,燃油经济性降低并不是因为燃烧恶化导致的;
3)发动机燃用乙醇汽油除怠速工况NOX不明显外,其它工况都有明显改善。参考文献:
[1]罗建科,周校平.新能源的宠儿一车用乙醇汽油[J].汽车
运甩,20ll(8):25—26.
[2]王春杰,王玮,汤大钢,等.车用乙醇汽油和无铅汽油对电喷汽车排放性能的影响[J].环境科学,2004,25(4):
114—116.
[3]崔淑华,发动机燃用乙醇汽油的空燃比模拟优化研究
[J].车辆与动力技术,2011(2):34,一37.
[4]刘晓辉,乙醇混合汽油性能和能耗分析研究EJ].河南科
技,20t0(8):55—56.
[5]胡亚楠,电喷发动机燃烧乙醇汽油试验研究[J].沈阳理
工大学学报,2。lO,29(1):35—37.
[责任编辑:王欣]