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车用乙醇汽油发动机性能的实验研究【汽车类】【优秀毕业设计】

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车用乙醇汽油发动机性能的实验研究

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关键词：: 乙醇汽油发动机性能机能实验试验研究钻研

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摘要

　　　本次论文的题目是车用乙醇汽油发动机性能的实验研究。为了缓解汽车工业的飞速发展所带来的能源紧张和环境污染双重压力，研制开发清洁代用燃料以及合理的资源利用已成为日益突出的现实性课题。所谓车用乙醇汽油，就是把变性燃料乙醇和汽油以一定比例混配形成的一种汽车燃料。

　　　本论文在对纯汽油（E0）和E10和E20做了部分工况外特性和负荷特性实验基础上，对发动机的动力性、燃油经济性、排放特性和燃烧特性也做了一定的研究与分析，发现燃用混合燃料的动力性有所降低，但与原机相差不大:以质量计的燃油消耗率明显增加，但以热值计的能耗率保持良好，燃油经济性有所降低燃烧特性分析从根本上分析了乙醇汽油动力性不足的原因。燃用乙醇汽油混合燃料后，尾气排放中的CO和HC能够明显得到降低，但同时也会引起个别工况下NOx排放量的增加。燃料三元催化转化效率与燃料的的含醇量以及发动机的负荷和转速有关。

关键词：乙醇汽油；动力性；燃油经济性；排放特性；燃烧特性

ABSTRACT

　　　The topic of the paper is Ethanol Gasoline Engine Performance Study. In order to alleviate the rapid development of 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 increasingly prominent issue. The so-called vehicle ethanol gasoline, is to denatured fuel ethanol and gasoline mixture to form a certain percentage of motor fuel.

　　　This thesis on pure gasoline (E0) and made a part of the E10 and E20 external characteristics and load conditions based on 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 decreased, but with little difference between the original machine: the mass of the fuel consumption rate was increased, but the energy consumption rate of heat value of the good, have lower fuel economy burn Analysis of a fundamental lack of ethanol causes gasoline. Fuel ethanol blended gasoline fuel, emissions of CO and HC can be reduced significantly, but operating conditions will also cause the individual to increase NOx emissions. Catalytic fuel conversion efficiency and the amount of fuel containing alcohol as well as the engine load and speed related.

Keywords: Ethanol Gasoline; Dynamics; Fuel Economy; Emissions Characteristics；Combustion Characteristics

摘要I

AbstractII

第1章绪论1

　　　1.1 选题的目的及意义1

　　　1.2 乙醇汽油混合燃料的研究现状2

　　　　　1.2.1 国外研究现状2

　　　　　1.2.2 国内研究现状2

　　　1.3 研究内容3

第2章乙醇汽油理化特性研究4

　　　2.1 乙醇理化性质4

　　　2.2 乙醇汽油的热值计算5

　　　2.3 本章小结7

第3章乙醇汽油发动机性能研究8

　　　3.1 实验装置仪器8

　　　3.2 实验方案11

　　　3.3 动力性分析12

　　　　　3.3.1 影响因素分析12

　　　　　3.3.2 实验结果分析13

　　　3.4 燃油经济性14

　　　3.5 排放特性分析18

　　　　　3.5.1 怠速工况下排放特性分析18

　　　　　3.5.2 一氧化碳（CO）排放特性分析18

　　　　　3.5.3 碳氢化合物（HC）排放特性分析21

　　　　　3.5.4 氮氧化物（NOX）排放特性分析23

　　　3.6 本章小结26

第4章乙醇汽油的三元催化转化性能研究27

　　　4.1 三元催化转化器的构造及反应原理27

　　　　　4.1.1 三元催化转化器的构造27

　　　　　4.1.2 三元催化剂的主要反应步骤27

　　　　　4.1.3 三元催化转化器的化学反应27

　　　4.2 乙醇汽油三元催化转化效率研究28

　　　4.3 本章小结31

第5章乙醇汽油燃烧特性的研究32

　　　5.1 示功图分析32

　　　5.2 燃烧持续期33

　　　5.3 本章小结35

结论36

参考文献37

致谢39

附录A40

附录B43

第1章绪论

1.1 选题的目的及意义

　　　目前，世界的石油资源口趋减少，石油燃料的短缺现象已经出现，并且日益严重。2004年，我国每天的石油需求为80万吨，全年共消耗石油3亿吨，其中进口1.2亿吨，比2003年增长34.8%，这对我国的能源安全造成了巨大的威胁。另外，随着汽车保有量的增长，约占能源总需求量40%的车用燃料的消耗量与日俱增，巨大的燃油消耗不仅对口益枯竭的石油能源造成巨大压力，同时大量燃油燃烧不当所排放出的污染物已成为威胁人类生存的主要因素[1]。因此，寻求资源丰富、环境友好和经济可行的代用燃料已成为人类待解决的重大问题。国家在新颁布的汽车产业发展政策中明确指出鼓励使用节约能源的柴油汽车和混合动力汽车，同时加大对使用可再生能源汽车的推广，比如在黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽等省燃用乙醇汽油。

　　　发展生物能源，农民将直接受益。“三农”一直是党中央、国务院非常重视的问题，推广乙醇汽油等生物能源的初衷就是为了给丰产的玉米等农作物寻找出路、消化陈化粮、避免谷贱伤农[2]。生物能源有助十带动大宗粮食深加工及相关产业的发展，实现农副产品的增值和转化。现阶段，燃料乙醇的生产原料主要是陈化粮，陈化粮问题解决后，燃料乙醇生产应立足于粮食主产区，作为调节市场供求的一种手段(以消耗低品质粮食为主)，纳入到粮食生产、消费和饲料生产、消费的产业循环中，它只会促进和保障粮食生产和粮食安全[3]。同时，还可以积极发展木薯、红薯、甘蔗、甜高粱等不与口粮(小麦、稻谷)生产争地、争水的高产、高糖或耐旱、耐盐碱的代粮经济作物，为生产燃料乙醇开发更多的原料储备[4]。从发展的眼光看，最终解决燃料乙醇大量使用的原料问题将转向纤维，依靠生物技术、基因技术等高新技术的发展。通过筛选种植高能、高产的植物；利用我国大量的农业废弃资源(桔杆)和工业废弃物资源，开发和实现利用纤维质生产酒精技术的产业化，可以为燃料乙醇生产提供取之不尽、用之不竭的可再生植物原料[5]。

　　　发展生物能源，在环保方面的意义同样深远。就乙醇汽油而言，由于加入燃料乙醇，乙醇汽油中含氧量增加，作为尾气的一氧化碳和碳氢化合物的燃烧更充分，使汽车尾气中的这两项指标分别下降3.08%和13.04污染物的排放明显减少[2]，生产燃料乙醇所需的玉米和小麦是可再生资源，在其生长过程中大量吸收二氧化碳。这对履行新《京都议定书》规定的排放标准，缓解经济高速发展所带来的人与环境保护方面的矛后将大有裨益。

1.2 乙醇汽油混合燃料的研究现状

　　　目前在乙醇汽油混合燃料的实验研究方面，国内外主要集中在混合燃料的燃烧和排放特性方面，而国外在这两方面的研究都较为深入和成熟。

1.2.1 国外研究现状

　　　在发动机燃用混合燃料后的动力性和燃油经济性方面，l 986年Hamdan和Jubran[6]两人发现，通过向汽油中添加5％的乙醇，可以使发动机获得最佳的功率输出和部分负荷工况下4％～2 1％的热效率的提高。A1．Hasan 发现使用乙醇汽油混合燃料可以增加有效功率、扭矩、容积热效率和有效热效率，同时可以减少有效燃油消耗率。

　　　M．A．Ceviz和F．Ynksel[7]研究了燃用E0、E5、E10、E15和E20后50个循环的燃烧循环变动，结果表明：混合燃料有利于降低循环变动，从而改善发动机的燃烧和排放特性，提高发动机的动力性、经济性并改善排放性能。

　　　国内在上述方面的研究还尚未见报道，而在尾气排放及其的催化转化方面，国内的研究就比较深入了。

　　　1995年Guerrieri和Caffrev[8]于6辆在用车上进行实验发现，当乙醇含量高于25％时，C02的排放减少；当乙醇含量提高到40％时，总碳氢化合物(THC)排放在最初的时候先增加了一点，而后随着CO的减少而逐渐降低。

M．A．Ceviz和F．Yuksel[7]同时发现四种混合燃料的CO和HC的排放均低于汽油，排放曲线呈先减小而后增大的趋势。2002年Hsieh等人[8]在一

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内容简介：: 毕业论文中期检查表填表日期迄今已进行 7 周剩余 9 周学生姓名姚春宇系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程B07-2指导教师姓名朱荣福职称讲师从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称车用乙醇汽油发动机性能的实验研究学生填写毕业设计工作进度已完成主要内容待完成主要内容1、选题，领取任务书并撰写开题报告2、确定研究方案3、查阅资料，做好实验前准备工作4、完成实验，准备中期答辩1、分析实验数据2、撰写论文 3、修改论文4、准备答辩存在问题及努力方向学生签字：指导教师意见指导教师签字：年月日教研室意见教研室主任签字：年月日SY-025-BY-2毕业设计任务书学生姓名姚春宇系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-指导教师姓名朱荣福职称讲师从事专业车辆工程是否外聘否题目名称车用乙醇汽油发动机性能的实验研究一、设计（论文）目的、意义为了缓解汽车工业的飞速发展所带来的能源紧张和环境污染双重压力，研制开发清洁代用燃料以及合理的资源利用已成为日益突出的现实性课题。乙醇以其独特的理化特性在发动机上正得到越来越广泛的应用。国内外的学者对乙醇汽油进行了大量的研究，结果表明：在发动机未作任何改动或优化调整时，发动机燃用小比例(乙醇体积分数低于15%)乙醇汽油混合燃料时的动力性和经济性与燃用90#汽油基本一致。目前国内对乙醇汽油的研究主要还集中在燃用乙醇汽油和纯汽油时发动机的性能对比上，而在研究过程中发动机的结构参数和运行参数没有进行任何调整。但是，乙醇以一定比例掺人汽油后必然会使燃油的物化性质发生变化，那么在原有发动机的结构参数和运行参数条件下，发动机燃用乙醇汽油其性能是否得到充分发挥成为人们关注的问题。二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）论文内容：依托日行贷款实验室，建立发动机台架，通过实验研究以下内容：1.分析乙醇汽油的理化特性；2.通过乙醇汽油与汽油的发动机台架试验，对比研究其动力性、经济性、常规排放性能、三元催化转化效率以及燃烧特性。技术要求：1发动机功率、油耗、排放以及三元催化转化效率对比数据曲线；2示功图以及燃烧放热规律曲线；3对试验数据分析，得出合理结论。三、设计（论文）完成后应提交的成果发动机功率、油耗、排放对比数据曲线和示功图以及燃烧放热规律曲线2论文（2万字以上）四、设计（论文）进度安排1、第一周选题，领取任务书2、第二周第三周撰写开题报告，开题答辩3、第四周确定研究方案4、第五周第七周完成实验，准备中期答辩5、第八周第十周分析实验数据6、第十一周第十三周撰写论文 7、第十四十五周修改论文8、第十六周准备答辩9、第十七周毕业答辩五、主要参考资料1黄付强. 乙醇一汽油灵活比例电控发动机性能研究D.浙江大学硕士学位论文，2005.1.2钱叶剑，谈建，左承基，滕勤. 车用乙醇汽油对电喷汽油机性能影响的实验研究J. 内燃机学报，2006.7.3 赵志国. 我国车用乙醇汽油使用对车辆性能影响及发展建议J. 汽车节能，2007.10.六、备注指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日毕业设计（论文）指导记录日期2011-03-01地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）通过朱老师的讲解，明确了选题目的及方向，了解所需的文献和书籍，并根据任务书的内容查找相关的资料。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-03-4地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）把搜集到的资料拿给朱老师，朱老师对资料进行了详细的阅读，告诉我那些是对我所做的设计有用的，让我们重点学习这些资料，然后确定自己的设计方案，告诉撰写开题报告的一些注意事项。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-03-7地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）朱老师对我初步完成的开题报告进行了指导，告诉我设计内容和需要解决的问题和技术路线需要改进，参考文献的格式等问题。学生（记录人）签名：指导教师签名：SY-025-BY-4毕业设计（论文）指导记录日期2011-03-11地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）将完成的开题报告拿给朱老师让朱老师签字，朱老师给我详细的讲解了开题答辩时的一些注意事项。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-03-14地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）朱老师对实验方案的思考方向给我做了提示和建议，避免思考误区。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-03-18地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）和朱老师讲解自己的实验方案思路，朱老师提出修改意见，督促我学习之前知识的断层。学生（记录人）签名：指导教师签名：SY-025-BY-4毕业设计（论文）指导记录日期2011-03-21地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）朱老师对我的实验方案作出修改，布置我着手实验准备工作。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-03-25地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）朱老师检查实验准备工作并作出指导。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-03-28地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）讨论实验材料和部分简单实验装置的采购。学生（记录人）签名：指导教师签名：SY-025-BY-4毕业设计（论文）指导记录日期2011-04-01地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）继续研究实验材料的采购和混合燃料的调配。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-04-04地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）朱老师布置我进一步整理和完善方案，开始着手撰写论文，等待实验。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-04-08地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）撰写论文并且咨询了朱老师一些注意事项，朱老师给了详细的解答。学生（记录人）签名：指导教师签名：SY-025-BY-4毕业设计（论文）指导记录日期2011-04-11地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）撰写论文，告诉我实验拖后。朱老师告诉我根据理化特性预测实验结果，试分析原因学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-04-15地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）拿出分析结果给朱老师看，朱老师指出分析的错误，指导我正确的分析方向。告诉我完成中期检查表。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-04-18地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）将初步的中期检查表拿给朱老师，朱老师对其中的主要内容和待完成的主要内容进行了修改，告诉我回去修改，并告诉我中期检查时的一些注意事项。学生（记录人）签名：指导教师签名：SY-025-BY-4毕业设计（论文）指导记录日期2011-04-22地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）继续撰写论文，指导我如何改正中期检查中出现的错误。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-04-25地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）继续撰写论文，注意排版的规范性。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-04-29地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）朱老师检查论文前部分的进度，指出明显的错误，督促我抓紧进度。学生（记录人）签名：指导教师签名：SY-025-BY-4毕业设计（论文）指导记录日期2011-05-02地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）检查之前错误的修改。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-05-06地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）通知实验事宜，以及实验的注意事项。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-05-09地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）指导我如何处理和分析实验数据。学生（记录人）签名：指导教师签名：毕业设计（论文）指导记录SY-025-BY-4日期2011-05-13地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）检查数据处理的结果，绘出曲线以及得出结论是否正确，教我如何选用实验数据。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-05-16地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）确定最后选用的数据，着手实验部分章节的撰写。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-05-20地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）对常规性能分析过程中的错误进行了指证，以及曲线的规范性。学生（记录人）签名：指导教师签名：SY-025-BY-4毕业设计（论文）指导记录日期2011-05-23地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）检查常规性能错误的修改和三元催化转化效率分析过程中的错误。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-05-27地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）查看上一章节的修改，指导我如何分析燃烧特性。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-05-30地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）检查燃烧特性的分析，检查论文中结论是否有不当之处，并提出修改意见。学生（记录人）签名：指导教师签名：毕业设计（论文）指导记录SY-025-BY-4日期2011-06-03地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）拿完整论文给朱老师检查，指出排版的错误，抓紧修改，准备预答辩。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-06-06地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）检查论文是否修改完善，进一步修改。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-06-08地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）并对预答辩的注意事项进行讲解，为本周的预答辩做准备。签字允许预答辩。学生（记录人）签名：指导教师签名：SY-025-BY-4毕业设计（论文）指导记录日期2011-06-15地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）集中对预答辩发现的问题进行讲解和指导，督促抓紧修改，一定要重视。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-06-16地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）检查修完后成果，让我进一步检查，排版细节。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-06-17地点土木楼实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）对答辩的注意事项进行讲解，签字语序答辩。学生（记录人）签名：指导教师签名：毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目:车用乙醇汽油发动机性能的实验研究院系名称: 汽车与交通工程学院专业班级: 车辆工程B07-2班学生姓名: 姚春宇导师姓名: 朱荣福开题时间: 2011年2月28日指导委员会审查意见：签字：年月日SY-025-BY-3毕业设计（论文）开题报告学生姓名姚春宇系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-2指导教师姓名朱荣福职称讲师从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称车用乙醇汽油发动机性能的实验研究一、课题研究现状、选题目的和意义1、研究现状国内外的学者对乙醇汽油进行了大量的实验结果表明:在发动机未作任何改动或优化调整时，发动机燃用小比例醇类混合燃料时的动力性和经济性与燃烧汽油基本一致，排放性能得到改善。据中国汽车技术研究中心所做的夏利、富康、桑塔纳三种轿车车型12辆车、各行驶8万km的车用乙醇汽油与普通汽油的适应性行车试验表明:使用体积含量为10%的乙醇汽油，无论是电喷式或化油器式发动机，在用车辆不需要对发动机进行改动，即可正常使用;尾气排放中CO排放明显降低，最大降低率已达5%，算术平均降低率30.8%;HC化合物算术平均降低率为13.4%。郑州、洛阳、南阳三市试点中也证实了这一点。另外，燃用小比例的乙醇汽油混合燃料，燃料供给系统无需进行改造，而且混合燃料及汽油可以交替使用，扩充加油站等分配供应系统的投资也较少，因此体积含量为10%的乙醇汽油得到广泛应用。目前中国大多数推广省市中乙醇汽油占汽油的销售使用量比例都较高，且还在进一步提高，可是因为原料、成本和技术问题，中国在乙醇汽油的推广中也遇到一些阻碍，后因政策支持，技术进步等原因，使得乙醇汽油的推广得以顺利进行。总体看来，乙醇汽油的使用及推广是中国大势所趋，2006至2010年期间，车用乙醇汽油将在国内更多地区推广。2、目的和意义伴随着工业和社会的快速发展，人类对石油燃料的需求越来越高，但因为石油资源有限，所以能源短缺成为一个令人担忧的问题。为了缓解汽车工业的飞速发展所带来的能源紧张和环境污染双重压力，研制开发清洁代用燃料以及合理的资源利用已成为日益突出的现实性课题。必须寻找其他的能源以部分或者完全替代我们当前正在使用的燃料。甲醇和乙醇是最常用的燃料和燃料添加剂，但制造甲醇需要天然气和煤等不可再生资源，而我国的天然气等资源并不富足，所以如果依靠甲醇作为燃料的话，很难实现能源自给;而乙醇可以通过农作物发酵和蒸馏得到，所以可以看成是一种可再生能源，乙醇是比较理想的汽油增氧剂.是一种无毒的生物质燃料。山于以乙醇为燃料的发动机排放的CO2能被植物所吸收.因此乙醇有可能成为一种能够满足可持续发展要求的燃料另外对于无铅汽油来说，甲基叔丁基醚( MTBE)会污染地下水资源和危害人体健康，所以在将来有可能用乙醇来代替MTBE，于是从经济和环保的角度出发，研究乙醇代替甲醇作为燃料也更为有利。同时乙醇的辛烷值高于汽油，可以提高发动机的抗爆震性能，因此，如果使用乙醇作为燃料，可以提高压缩比以改善发动机的热效率和输出功率。但是另一方面如果使用纯乙醇作为燃料的话，就必须对发动机进行改装，所以最好是把研究重点放在乙醇/汽油的混合燃料上，从而避免改装发动机。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题1. 基本内容 (1) 分析乙醇汽油的理化特性。 (2)确立实验与研究方案。 (3)建立实验台架，对比研究乙醇汽油与汽油的动力性、经济性及排放性能。(4)分析实验数据，得出合理结论。2拟解决的主要问题乙醇汽油理化特性对于发动机性能的影响：相同的试验台架，采用乙醇汽油和汽油分别进行动力性、经济性及排放性能试验，试验结果不同；工况并且试验台架（发动机）都相同，分析原因为乙醇汽油和汽油的理化特性不同。三、技术路线（研究方法）课题调研与收集资料确立实验总体方案乙醇汽油的动力性、燃油经济性和排放性能普通汽油的动力性、燃油经济性和排放性能整理并分析实验数据撰写并完善论文四、进度安排1、第1-2周（2月28日3月13日）选题，领取任务书并撰写开题报告2、第3周（3月14日3月20日）确定研究方案3、第4-5周（3月21日4月3日）查阅资料，做好实验前准备工作4、第6-7周（4月4日4月17日）完成实验，准备中期答辩5、第8-10周（4月18日5月8日）分析实验数据6、第11-13周5月9日5月29日）撰写论文 7、第14-15周（5月30日6月12日）修改论文8、第16周（6月13日6月19日）准备答辩9、第17周（6月20日6月26日）毕业答辩五、参考文献1 孙济美,郭英男,洪伟,刘忠长,许思传,张纪鹏,孙志军.代用燃料汽车技术(一) 世界汽车技术发展跟踪研究(五)J. 汽车工艺与材料,2002,11. 2 吴小虎.我国发展甲醇汽车前景分析J.汽车与社会,2003,Z2.3 鲍晓锋,刘泽砚.醇类燃料的应用研究J.山东工程学院学报,1995,03. 4 钱伯章.新型汽车代用燃料的开发和应用前景J.天然气与石油,2004,02.5 陈进富,陆绍信,朱亚杰.汽车替代燃料及其发展前景J.现代化工,1996,05. 6 王春杰,王玮,汤大钢,崔平.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,2004,04.7 饯叶剑,谈建,左承基.车用乙醉汽油对电喷汽油机性能影啊的试验研究J.内燃机学报,2006,4.8 吕兴刁,侯玉春.醇一正庚烷燃料均质亚缩过程看火与燃烧特性的研究J.内燃机学报, 2006,4.9 赵志国. 我国车用乙醇汽油使用对车辆性能影响及发展建议J. 汽车节能，2007.10.10 何邦全,闫小光,王建昕.电喷汽油机燃用乙醉一汽油燃料排放性能训究J.内燃机学报,2002,5.11 饯叶剑,谈建,左承基.车用乙醉汽油对电喷汽油机性能影响的实验研究J.内燃机学报,2006 ,4.12 黄付强.乙醇一汽油灵活比例电控发动机性能训究D.2005.13 刁洪军.乙醉汽油成分测试及其对电喷汽油机性能影响实验研究D.吉林:吉林大学,2007. 14 Hakan Bayraktar. Theoretical investigation of flame propagation process in an SI engine running on gasoline-ethanol blends. Renewable Energy, 2007(32).15 Jian Gao,Deming Jiang,Zuohua Huang. Spray properties of alternative fuels:A comparative analysis of ethanol-gasoline blends and gasoline. Fuel, 2007 (86). 六、备注指导教师意见：签字：年月日本科学生毕业论文车用乙醇汽油发动机性能的实验研究系部名称：汽车与交通工程学院专业班级：车辆工程 B07-2 班学生姓名：姚春宇指导教师：朱荣福职称：讲师黑黑龙龙江江工工程程学学院院二一一年六月The Graduation Thesis for Bachelors DegreeStudy on Ethanol Gasoline Engine PerformanceCandidate：Yao ChunyuSpecialty：Vehicle EngineeringClass：B07-2Supervisor：Lecturer. Zhu RongfuHeilongjiang Institute of Technology2011-06Harbin黑龙江工程学院本科生毕业论文I摘要本次论文的题目是车用乙醇汽油发动机性能的实验研究。为了缓解汽车工业的飞速发展所带来的能源紧张和环境污染双重压力，研制开发清洁代用燃料以及合理的资源利用已成为日益突出的现实性课题。所谓车用乙醇汽油，就是把变性燃料乙醇和汽油以一定比例混配形成的一种汽车燃料。本论文在对纯汽油（E0）和 E10 和 E20 做了部分工况外特性和负荷特性实验基础上，对发动机的动力性、燃油经济性、排放特性和燃烧特性也做了一定的研究与分析，发现燃用混合燃料的动力性有所降低，但与原机相差不大:以质量计的燃油消耗率明显增加，但以热值计的能耗率保持良好，燃油经济性有所降低燃烧特性分析从根本上分析了乙醇汽油动力性不足的原因。燃用乙醇汽油混合燃料后，尾气排放中的 CO 和HC 能够明显得到降低，但同时也会引起个别工况下 NOx 排放量的增加。燃料三元催化转化效率与燃料的的含醇量以及发动机的负荷和转速有关。关键词：乙醇汽油；动力性；燃油经济性；排放特性；燃烧特性黑龙江工程学院本科生毕业论文IIABSTRACTThe topic of the paper is Ethanol Gasoline Engine Performance Study. In order to alleviate the rapid development of 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 increasingly prominent issue. The so-called vehicle ethanol gasoline, is to denatured fuel ethanol and gasoline mixture to form a certain percentage of motor fuel.This thesis on pure gasoline (E0) and made a part of the E10 and E20 external characteristics and load conditions based on 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 decreased, but with little difference between the original machine: the mass of the fuel consumption rate was increased, but the energy consumption rate of heat value of the good, have lower fuel economy burn Analysis of a fundamental lack of ethanol causes gasoline. Fuel ethanol blended gasoline fuel, emissions of CO and HC can be reduced significantly, but operating conditions will also cause the individual to increase NOx emissions. Catalytic fuel conversion efficiency and the amount of fuel containing alcohol as well as the engine load and speed related.Keywords: Ethanol Gasoline; Dynamics; Fuel Economy; Emissions Characteristics；Combustion Characteristics黑龙江工程学院本科生毕业论文目录摘要 IAbstractII第 1 章绪论11.1 选题的目的及意义11.2 乙醇汽油混合燃料的研究现状21.2.1 国外研究现状21.2.2 国内研究现状21.3 研究内容3第 2 章乙醇汽油理化特性研究42.1 乙醇理化性质42.2 乙醇汽油的热值计算52.3 本章小结7第 3 章乙醇汽油发动机性能研究83.1 实验装置仪器83.2 实验方案113.3 动力性分析123.3.1 影响因素分析123.3.2 实验结果分析133.4 燃油经济性143.5 排放特性分析183.5.1 怠速工况下排放特性分析183.5.2 一氧化碳（CO）排放特性分析183.5.3 碳氢化合物（HC）排放特性分析213.5.4 氮氧化物（NOX）排放特性分析233.6 本章小结26第 4 章乙醇汽油的三元催化转化性能研究274.1 三元催化转化器的构造及反应原理27黑龙江工程学院本科生毕业论文4.1.1 三元催化转化器的构造274.1.2 三元催化剂的主要反应步骤274.1.3 三元催化转化器的化学反应274.2 乙醇汽油三元催化转化效率研究284.3 本章小结31第 5 章乙醇汽油燃烧特性的研究325.1 示功图分析325.2 燃烧持续期335.3 本章小结35结论36参考文献37致谢39附录 A40附录 B 43黑龙江工程学院本科生毕业论文1第 1 章绪论1.1 选题的目的及意义目前，世界的石油资源口趋减少，石油燃料的短缺现象已经出现，并且日益严重。2004 年，我国每天的石油需求为 80 万吨，全年共消耗石油 3 亿吨，其中进口 1.2 亿吨，比 2003 年增长 34.8%，这对我国的能源安全造成了巨大的威胁。另外，随着汽车保有量的增长，约占能源总需求量 40%的车用燃料的消耗量与日俱增，巨大的燃油消耗不仅对口益枯竭的石油能源造成巨大压力，同时大量燃油燃烧不当所排放出的污染物已成为威胁人类生存的主要因素1。因此，寻求资源丰富、环境友好和经济可行的代用燃料已成为人类待解决的重大问题。国家在新颁布的汽车产业发展政策中明确指出鼓励使用节约能源的柴油汽车和混合动力汽车，同时加大对使用可再生能源汽车的推广，比如在黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽等省燃用乙醇汽油。发展生物能源，农民将直接受益。“三农”一直是党中央、国务院非常重视的问题，推广乙醇汽油等生物能源的初衷就是为了给丰产的玉米等农作物寻找出路、消化陈化粮、避免谷贱伤农2。生物能源有助十带动大宗粮食深加工及相关产业的发展，实现农副产品的增值和转化。现阶段，燃料乙醇的生产原料主要是陈化粮，陈化粮问题解决后，燃料乙醇生产应立足于粮食主产区，作为调节市场供求的一种手段(以消耗低品质粮食为主)，纳入到粮食生产、消费和饲料生产、消费的产业循环中，它只会促进和保障粮食生产和粮食安全3。同时，还可以积极发展木薯、红薯、甘蔗、甜高粱等不与口粮(小麦、稻谷)生产争地、争水的高产、高糖或耐旱、耐盐碱的代粮经济作物，为生产燃料乙醇开发更多的原料储备4。从发展的眼光看，最终解决燃料乙醇大量使用的原料问题将转向纤维，依靠生物技术、基因技术等高新技术的发展。通过筛选种植高能、高产的植物；利用我国大量的农业废弃资源(桔杆)和工业废弃物资源，开发和实现利用纤维质生产酒精技术的产业化，可以为燃料乙醇生产提供取之不尽、用之不竭的可再生植物原料5。发展生物能源，在环保方面的意义同样深远。就乙醇汽油而言，由于加入燃料乙醇，乙醇汽油中含氧量增加，作为尾气的一氧化碳和碳氢化合物的燃烧更充分，使汽车尾气中的这两项指标分别下降 3.08%和 13.04 污染物的排放明显减少2，生产燃料乙醇所需的玉米和小麦是可再生资源，在其生长过程中大量吸收二氧化碳。这对履行新京都议定书规定的排放标准，缓解经济高速发展所带来的人与环境保护方面的黑龙江工程学院本科生毕业论文2矛后将大有裨益。1.2 乙醇汽油混合燃料的研究现状目前在乙醇汽油混合燃料的实验研究方面，国内外主要集中在混合燃料的燃烧和排放特性方面，而国外在这两方面的研究都较为深入和成熟。1.2.1 国外研究现状在发动机燃用混合燃料后的动力性和燃油经济性方面，l 986 年 Hamdan 和Jubran6两人发现，通过向汽油中添加 5的乙醇，可以使发动机获得最佳的功率输出和部分负荷工况下 42 1的热效率的提高。A1Hasan 发现使用乙醇汽油混合燃料可以增加有效功率、扭矩、容积热效率和有效热效率，同时可以减少有效燃油消耗率。MACeviz 和 FYnksel7研究了燃用 E0、E5、E10、E15 和 E20 后 50 个循环的燃烧循环变动，结果表明：混合燃料有利于降低循环变动，从而改善发动机的燃烧和排放特性，提高发动机的动力性、经济性并改善排放性能。国内在上述方面的研究还尚未见报道，而在尾气排放及其的催化转化方面，国内的研究就比较深入了。1995 年 Guerrieri 和 Caffrev8于 6 辆在用车上进行实验发现，当乙醇含量高于25时，C02的排放减少；当乙醇含量提高到 40时，总碳氢化合物(THC)排放在最初的时候先增加了一点，而后随着 CO 的减少而逐渐降低。MACeviz 和 FYuksel7同时发现四种混合燃料的 CO 和 HC 的排放均低于汽油，排放曲线呈先减小而后增大的趋势。2002 年 Hsieh 等人8在一台闭环控制发动机上研究发现，加入乙醇可以使 C0 和 HC 分别减少 1090和 2080，并且NOx 的排放与发动机的运行工况有很大关系，而与乙醇含量的多少关系不大，但这一结论仍需进行实验验证。HSYucesu 等人9燃用 EO、E10、E20、E40 和 E60 进行实验，发现 E40 和 E60 对减少尾气排放产生了重大的作用，在低转速下 CO 的排放减少量最大，两种混合燃料平均分别减少了 11和 10.8；与 CO 相比，HC 的减少更加明显，在高转速下，燃用 E60 使得 HC 排放平均减少了 16.45。1.2.2 国内研究现状在动力性和燃油经济性方面，许沧粟和杜德兴10同时发现：发动机燃用混合燃料后，不影响功率、扭矩等的使用性能，无须对发动机进行改装；掺烧乙醇后，有利于改善发动机的燃烧状况，降低能耗率。何帮全11等人在一台电喷汽油机上燃用 E0、E1O 和 E30 后发现：在怠速工况下，燃用混合燃料可显著降低 CO、NOx 和总碳氢化合物(THC)的排放，E3O 的效果最明显。黑龙江工程学院本科生毕业论文3高祥等人12在一台多点电喷汽油机上实验，发现在低转速时，三效催化器对排放中 CO 的净化效率普遍较高，而中高转速时随负荷的增加净化效率降低；对 THC 的净化效率也较高；并且三效催化器的净化效率与乙醇的含量、发动机的转速和负荷有关。1.3 研究内容目前，国内外对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，结合我国国情(资源条件、汽车工业水平等)，本论文希望通过对三种低比例的混合燃料(E0、E1O 和 E20)的动力性能、经济性能、排放和燃烧特性进行研究分析，从而为我国乙醇代用燃料汽车的研究和扩大应用范围提供有价值的理论和技术支持。研究目的在于通过对在同一台电喷发动机上燃用三种低比例乙醇汽油混合燃料后的动力性能、经济性能、排放和燃烧特性进行对比实验，评价三种混合燃料在电喷发动机上的动力性能、经济性能、排放和燃烧特性，以便在实际应用中，充分发挥乙醇燃料的优点，使其在电喷汽油发动机上发挥更好的作用，为乙醇燃料的继续推广应用打好理论基础，拟从以下几个方面展开研究：1.对乙醇和乙醇汽油(E0、El0 和 E20)的理化特性进行分析； 2.通过台架实验，测取分别燃用三种燃料后的常规特性数据和燃烧数据，评价发动机燃用混合燃料后的动力性能和燃油经济性；3.根据实验所得数据绘制出不同工况下各种燃料的排放曲线，对比分析燃用混合燃料后的排放特性和三元催化转化效率；4.根据实验所得数据绘制出不同工况下各种燃料的燃烧曲线，对比分析燃用混合燃料后的燃烧特性。黑龙江工程学院本科生毕业论文4第 2 章乙醇汽油理化特性研究2.1 乙醇理化性质乙醇俗称酒精，化学分子式为 C2H5OH。内燃机燃用的汽油、柴油等是烃类燃料，而乙醇是烃基与羟基(OH)组成的有机化合物。乙醇分子中含有羟基这一特点是乙醇燃料与烃类燃料不同的根本所在。乙醇含有一个羟基，属于一元醇，它的来源较为丰富，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质:表 2.1 乙醇与汽油的主要理化性质比较项目乙醇汽油化学分子式C2H5OHC8H18（以辛烷为例）氧含量（m%）34.80沸点（）C78.330220低热值（MJ/kg）26.7743.5高热值（MJ/kg）29.846.6汽化潜热（kJ/kg）862297自燃温度（）C420260370辛烷值11191理论空燃比（m/m）9.0514.8着火极限（空气中的容积比%）4.3191.47.61.乙醇含有羟基(OH)，能与水以任意比例互溶，而烃类燃料憎水性强，因而乙醇与烃类燃料的相容性较差。在常温下，只有醇含量很低或很高时，才可能互溶。2.乙醇的含氧量高，约为 34.8%，在燃烧过程中有自供氧效应，这意味着同样质量的燃料完全燃烧所需的空气质量就相对较少，有利于高原地区的应用;同时它能比MTBE 以更少的添加量加入汽油中。若在同样的进气条件下，乙醇由于自身含氧则使燃烧过程得到改善，燃烧较为均匀，局部富氧和局部缺氧的概率减少，热效率提高，燃烧过程组织的好，则发动机的动力性、经济性及排放性都可以得到改善。乙醇与汽油掺烧，可使混合燃料即乙醇汽油也变成为含氧燃料。3.乙醇的沸点及蒸气压都比汽油低，有助于燃油-空气混合气的形成，但会使产生气阻的倾向大，并且其中缺少高挥发性成分，对冷起动不利。而且两者的凝固点都比较低，在低温环境下都能正常使用。黑龙江工程学院本科生毕业论文54.乙醇的热值较低，只有汽油的 61.5%。因此，与燃用汽油相比，在同等的热效率下，醇类燃料的有效质量燃油消耗率高。5.乙醇的汽化潜热大，约是汽油的 2.9 倍。高的汽化潜热及低的蒸气压将导致混合气形成和起动困难，但它在进入进气管、进气道或者进入气缸后，能吸收沿途管道壁面和燃烧室周围高温零件壁面的热量，使自己蒸发，有可能提高充气效率。通常通过增加发动机进气加热系统或废气预热空气系统，提高进气温度，改善混合气形成及燃烧，改善乙醇汽车的低温起动性。6.乙醇的研究法辛烷值(RON)较高，为 111，若在汽油中添加乙醇可以有效提高汽油的辛烷值。因此，使用乙醇汽油的发动机可适当提高压缩比来提高热效率，从而获得较好的动力性能和经济性能13 。7.乙醇的着火燃烧浓度界限比汽油的相应范围要宽得多，比汽油更容易稀燃。能在比较稀的混合气状态下工作，而且不会因空燃比得不到精确控制而导致间断着火;能够允许在稀混合气工作时，较大自由的选择运转工况，这将有利于提高经济性并且降低排放污染。稀燃是一种节能燃烧和完善燃烧的形式，有利于提高热效率，而且压缩比越高，负荷越大，越容易稀燃。2.2 乙醇汽油的热值计算燃料的热值有高热值和低热值之分。高热值是燃料完全燃烧后发出的热量加上燃烧产物之一的水蒸气冷凝后放出热量的总和，它是燃料完全燃烧后所能发出的总热量。低热值是高热值减去水的汽化潜热后的热值。发动机排气中的水蒸汽所含的冷凝热，实际上是难以回收的，所以燃料的热值常用低热值表示。发动机是进行热功转换的热机，燃料所含热量是发动机输出功率的能量来源，因而燃料低热值是评价燃料性能的一个重要指标。1.质量低热值乙醇汽油混合燃料的理论近似热值可以通过计算得到。根据混合燃料中乙醇和汽油的体积分数，以及测取的混合燃料的密度，可以计算出混合燃料中乙醇和汽油的质量分数，然后按照下式14对混合燃料的质量低热值 hu 进行计算: hu=MGHG+MEHE （2.1）式中，hu乙醇汽油混合燃料的质量低热值，单位为 MJ/kg； MG混合燃料中汽油的质量百分比，单位为%； HG汽油的质量低热值，单位为 MJ/kg； ME混合燃料中乙醇的质量百分比，单位为%； HE乙醇的质量低热值，单位为 MJ/kg。黑龙江工程学院本科生毕业论文6根据混合燃料中各成分的体积百分比，可以通过下式换算得到相应的质量百分比14: (2.2) EEGGGGGVVVM+= ME=1-MG (2.3)以 E10 为例，其低热值计算过程如下: %33.948 . 01074. 09074. 090109090=+=+=EGGGMME=1-94.33%=5.67%将计算得到的 MG和 ME代入式(2.1)，得到 E10 的质量低热值: hu=94.33% 43.5+5.67% 26.77=41.71MJ/kg同样经过计算可得到其它四种混合燃料的质量低热值。实验用三种嫩料的质量低热值如表 2.2 所列。表 2.2 各燃料的质量低热值E0E10E20质量低热值（MJ/kg）43.541.7139.942.理论混合气热值计算混合燃料理论混合气的热值，首先要计算混合燃料的理论质量空燃比，可以按照下式14进行计算: (2.4)EEGGLMLML+=式中，L-乙醇汽油混合燃料的理论空燃比(质量比): LG-汽油的理论空燃比(质量比)； LE-乙醇的理论空燃比(质量比)。汽油的理论空燃比(质量比)为 14.8，乙醇的理论空燃比(质量比)为 9.05，仍以E10 为例，则它的理论质量空燃比: L=94.33% 14.8+5.67% 9.05=14.23同样经过计算可得到其它三种混合燃料的理论质量空燃比。实验用燃料的理论空燃比(质量比)如表 2.3 所列。表 2.3 各燃料的理论空燃比黑龙江工程学院本科生毕业论文7燃料E0E10E20燃料理论空燃比14.814.2313.58根据燃料的热值和空燃比，可以按照下式14计算乙醇汽油混合燃料混合气的热值: (2.5)LhuHu+=1式中，Hu乙醇汽油混合燃料混合气的热值，单位为 MJ/kg；过量空气系数； L理论空燃比(质量比)。在理论混合气状态下，过量空气系数=1，可以根据燃料的质量低热值和理论空燃比计算混合燃料理论混合气的热值。仍以 E10 为例，则它的理论混合气热值:739. 223.141171.41=+=Hu同样经过计算可得到 E20 的理论混合气的热值。实验用三种燃料的理论混合气的热值的计算结果见表 2.4 所示。表 2.4 各燃料的理论混合气热值燃料E0E10E20理论混合气热值（MJ/kg）2.7532.7392.7372.3 本章小结本章概述了乙醇和乙醇汽油混合燃料的理化性质，并分别与汽油进行了对比，结果表明:1.通过与乙醇的掺混，乙醇汽油一定程度上变成了含氧燃料，辛烷值提高，可以改善燃油品质，优化发动机燃烧，降低排放。2.乙醇汽油混合燃料的质量低热值、理论空燃比和理论混合气热值均随着乙醇体积含量的增加而逐渐降低。3.乙醇的质量低热值远小于汽油，两种乙醇汽油混合燃料的质量低热值及其理论混合气的热值与汽油相差不大，可以作为石油的替代燃料。黑龙江工程学院本科生毕业论文8第 3 章乙醇汽油发动机性能研究3.1 实验装置仪器实验是在我院汽车工程实验中心进行的。本论文实验数据采集，主要是通过i双路直采排放分析系统测量、分析和记录排放数据;利用发动机测试控制仪测量并由2000 测控系统软件来设置发动机各种工况，并记录各工况下所需测量的实验数据。实验所用主要测量仪器名称、型号等参数见表 3.1, 测试系统总体布置如图 3.1 所示。表 3.1 实验用测量仪器测量仪器名称用途型号东安发动机研究对象4G18发动机测控系统控制各种工况FC2000智能油耗仪记录油耗FC2100双路直采排放分析系统排放信号采集AVL AMA i60电涡流测功机负荷特性CW-1604G18汽油发动机电涡流测功机测试控制系统燃烧分析系统双路直采分析仪计算机图 3.1 测试系统总体布置示意图1.发动机表 3.2 发动机主要技术参数黑龙江工程学院本科生毕业论文9排量1.6L压缩比10点火方式多点电喷最大功率/转速85Kw/6000rpm最大扭矩/转速154N.m/4500rpm冷却方式水冷工作方式自然吸气气缸排列形式L气缸数42.电涡流测功机电涡流测功机型号是 CW160 圆柱感应式，如图 3.4 是用所示，是用来测量动力机械各种特性的试验仪器。本机适用于中、小型功率电机、汽车、内燃机、燃气轮机、水轮机、工程机械、林业、矿山、石油钻采等机械的性能试验，也可作为其它动力设备的吸功装置。图 3.2 CW160 圆柱感应式电涡流测功机主要特点：（1）结构简单，操作维护方便。（2）制动力矩大，测试精度高，工作稳定。（3）转动惯量小，动态响应速度快。（4）与测控系统配套，可实现自动化操作。技术指标：（1）最大励磁电压：CW6CW16, DC 90V；CW25CW40, DC 120V；（2）最大励磁电流：CW6CW16 3A；CW25CW40 4A。（3）冷却水压：0.040.1Mpao 根据出水温度调节水压，当出水温度升高时，适黑龙江工程学院本科生毕业论文10当加大水压使出水温度降低。（4）冷却水流量：冷却水量取决于进水、出水的温差和吸收功率的大小。（5）测功机出水温度：小于 55。（6）工作方向：左旋或右旋，连续工作。（7）扭矩测量精度：0.3FS。（8）转速测量精度：lr/min。3.发动机测试控制系统FC2000 发动机自动测控系统如图.所示，在设计过程中吸取了奥地利 AVL 公司 SCHCK 公司发动机自动测控系统的成功经验。它是为满足发动机制造业不同类型柴油机、汽油机、天然气、液化气性能试验和出厂试验而精心设计的大型测控系统，可与国内外各种不同的水力、电涡流、电力测功器以及各种型号的烟度计、废气分析仪等配套，用于控制和测量发动机的转速、功率、燃油/燃气消耗量、温度、压力、流量等各种不同类型的参数.本实验发动机测试控制仪分为自动测量控制和油门(水门)励磁驱动控制两个单元，用于控制和测量发动机的转速、扭矩、功率、温度、压力、流量等。图.发动机测试控制系统4.排放分析系统该排放分析仪如图 3.4 所示，主要功能介绍:指定工况测试功能:根据用户需要，将汽车发动机置于用户指定工况运行，可测量此时的废气排放数据，可从事汽车及发动机排放性能测试和催化转化效率测试。故障诊断、分析和维修指导功能:通过对测量的废弃参数变化情况的分析，帮助判断汽车排放超标的原因，并提出修理建议，指导故障诊断和维修。如:判断废气黑龙江工程学院本科生毕业论文11控制系统中三效催化器的好坏，空气滤清器是否过脏等。气路泄漏自检功能:将取样探头前端用阻塞帽阻塞，进行“气路泄漏自检”操作，可检测整个气路有无泄露现象。图 3.4 排放分析系统3.2 实验方案1.测量怠速工况下排放特性实验目的在怠速工况下，评定发动机的排放特性。实验方法在怠速工况下，待发动机运转稳定 2 分钟后开始测量。测量项目CO, HC, NOx 的排放值。2.部分负荷工况实验实验目的在规定转速下，评定发动机部分负荷下的排放特性和燃油经济性。实验方法在适当转速下进行，发动机转速不变，从小负荷 10N.m 开始，逐渐开大节气门，每次多加载 10N.m 直至 80N.m 进行测量。转速分别固定在:1600r/min， 2000r/min、2400r/min 和 2800r/min，在每个测量点，待发动机运转稳定 2 分钟后开始测量。测量项目CO, HC, NOx 的排放值；燃油消耗率、三元催化转化效率。黑龙江工程学院本科生毕业论文123.80%油门开度下实验实验目的在规定转速下，评定发动机 80%负荷下的排放特性、燃烧特性和动力性。实验方法在适当转速下进行，节气门保持全开，发动机转速不变。测量点:1500r/min, 2000 r/min，2500 r/min，3000 r/min 和 3500 r/min 在每个测量点，待发动机运转稳定 2 分钟后开始测量。测量项目CO，HC，NOx 的排放值、有效功率、转矩、不同的曲轴转角对应的缸压、瞬时放热率和累计放热率。3.3 动力性分析3.3.1 影响因素分析汽油发动机的动力性能可以用平均有效压力 Pme来进行衡量，它是发动机单位气缸工作容积输出的有效功，而平均有效压力可以通过下式来进行计算15。 aevmeLhuP=（3.1）式中，Pme-发动机的平均有效压力，单位为 MPa； Hu-乙醇汽油混合燃料的质量低热值，单位为 MJ/kg； -过量空气系数; L-理论空燃比(质量比)； -发动机的充气效率；v -发动机的有效热效率；e -发动机进气管状态下的空气密度（Kg/m3）。a 下面对式(3.1)中的参数分别进行分析。1.发动机充气效率，和进气密度va发动机的充气效率，是实际进入气缸的新鲜工质量与进气状态下充满气缸工作v容积的新鲜工质量的比值。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，提高发动机的充气效率;而发动机的进气密度与温度有关，a乙醇汽油混合燃料的汽化潜热较高，混合燃料蒸发汽化，一定程度上可以使进气温度得以降低，使进气密度升高。因此充气效率，和进气密度提高，平均有效压ava力 Pme 就得以提高。2.发动机有效热效率。e黑龙江工程学院本科生毕业论文13发动机的有效热效率是内燃机实际循环指示功与所消耗的燃料热量的比值，可以用下式进行计算15。（3.）hugee=3106 . 3式中，发动机的有效热效率；e 有效燃油消耗率，单位为 g/Kw h ；eg Hu乙醇汽油混合燃料的质量低热值，单位为 MJ/kg。发动机的有效热效率和有效燃油消耗率成反比，知道其中一个，就能计算出另外一个。根据实验记录的数据，可以计算出对比实验中，发动机燃用 E0、E10 和 E20 的有效热效率，实验中发动机燃用三种燃料后的有效热效率都不高，E10 和 E20 的有效热效率都低于燃用 E0 的有效热效率。可见，有效热效率降低，会导致平均有效压e力 Pme 有所降低。3.燃料热值和空燃比在发动机实际运行当中，过量空气系数和混合气的空燃比 A/F 都是变化的，这里讨论的是理论空燃比状态下的情况，即=1，式子(3.1)中的分式部分可以表示为hu/L，从表 3.3 可以看出:两种低比例的乙醇汽油混合燃料的 hu/L 值略低于汽油，但与汽油相差不大;随着混合燃料掺醇比例的增大，混合燃料的 hu/L 值是逐渐减小的。所以在理论空燃比下，两种低比例乙醇汽油混合燃料 E10,E20 略低于与汽油。根据的数据计算得到的结果见表 3.3表 3.3 各种燃料的 hu/L 值燃料E0E10E20hu/L 值2.9392.9312.920 3.3.2 实验结果分析在实验中，为了解掺醇率对发动机动力性能的影响，对油门开度 80%工况下，发动机燃用三种燃料后的输出和转矩进行了测取，如图 3.5 所示。黑龙江工程学院本科生毕业论文146075901051201351501000150020002500300035004000转速（r/min）转矩（N.m）E0E10E20图 3.5 80%油门开度时转矩从图 3.5 中可以看出: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 E0, E10 和 E20 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，那么喷入的燃料体积与 E0 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。然而另一方面，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，使得平均有效压力 Pme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，动力性能与 E0 基本相当，只是略低于 E0。3.4 燃油经济性图 3.6、3.7 和 3.8 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。从图中可以看出三种工况下，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 E0，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 E0，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。黑龙江工程学院本科生毕业论文1520030040050060070080001020304050607080转矩(N.m)燃油消耗率(g/Kw.h)E0E10E20图 3.6 1600r/min 时的燃油消耗率20030040050060070080001020304050607080转矩(N.m)燃油消耗率(g/Kw.h)E0E10E20图 3.7 2000r/min 时的燃油消耗率黑龙江工程学院本科生毕业论文162003004005006007008000102030405060708090转矩(N.m)燃油消耗率(g/Kw.h)E0E10E20图 3.8 2400r/min 时的燃油消耗率因为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。其处理公式如下所示:Ee=be hu (3.3)式中，Ee能耗率，单位为 MJ/kwh； Be燃油消耗率，单位为 g/kwh； Hu混合燃料的质量低热值，单位为 MJ/kg。101520253001020304050607080转矩(N.m) 能耗率(MJ/Kw.h)E0E10E20图 3.9 1600r/min 时的能耗率黑龙江工程学院本科生毕业论文17101520253001020304050607080转矩(N.m) 能耗率(MJ/Kw.h)E0E10E20图 3.10 2000r/min 时的能耗率10152025300102030405060708090转矩(N.m) 能耗率(MJ/Kw.h)E0E10E20图 3.11 2400r/min 时的能耗率计算后得到能耗率画出曲线图 3.9、3.10 和 3.11。从图中看出三种工况下，与E0 相比，混合燃料的能耗率略有降低，并且随着负荷的增加，E0 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，降低了混合燃料的黑龙江工程学院本科生毕业论文18能量消耗率。3.5 排放特性分析3.5.1 怠速工况下排放特性分析图 3.2 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 E10 和E20 时的排放值为其实际值与使用 E0 时的比值。由图可知，随乙醇含量的增加，CO和 HC 排放均得到了改善，但 NOX排放没有明显的改善。020406080100120COHCNox排放量/%E0E10E20图 3.12 怠速工况下排放3.5.2 一氧化碳（CO）排放特性分析根据实验各个工况对燃用三种实验燃料(E0、E10 和 E20)后测得的 CO 排放值，绘制出下列各图。040080012001600200001020304050607080转矩(N.m)CO（ppm)E0E10E20图 3.13 1600r/min 时 CO 排放特性黑龙江工程学院本科生毕业论文190500100015002000250001020304050607080转矩(N.m)CO（ppm)E0E10E20 图 3.14 2000r/min 时 CO 排放特性05001000150020002500300035004000020406080100转矩(N.m)CO（ppm)E0E10E20图 3.15 2400r/min 时 CO 排放特性图 3.13、3.14 和 3.15 分别是发动机在三种不同转速下 CO 的排放曲线。从图上可以看出:1.燃用 E0、E10 和 E20 时 CO 排放曲线的变化趋势几乎相同，即在一定转速下，随着负荷的加大，三种燃料 CO 的排放曲线缓慢变化最后出现上升趋势达到最大值。这是由于电控发动机在中小负荷工况时是实行闭环控制的，根据安装在排气管上的氧传感器的反馈信号控制过量空气系数基本保持在 1.0 左右，此时汽油机用经济混合气工作，基本上可以保证燃料充分燃烧;另一方面，随着掺烧乙醇比例的增大，电黑龙江工程学院本科生毕业论文20控系统使发动机进气量自动减小，以维持过量空气系数保持在 1.0 左右。因此，在中小负荷工况，各种燃料的 CO 排放变化都不大，趋势比较平稳而在大负荷时，电喷汽油机为了输出较大的功率将会增加喷油量以形成浓混合气，导致过量空气系数小于1.0，这就使得 CO 的排放开始上升。2.燃用 E0 的排放始终最高，两种混合燃料的排放效果均优于燃用 E0 时的排放，并且随着掺烧乙醇比重的增加，CO 排放有明显改善。这是因为乙醇汽油燃料自携氧要比空气中的氧更有助十充分燃烧，或者说原子氧要比分子氧更容易参加化学反应，加之混合燃料中乙醇的 C/H 小于汽油，汽化潜热大于汽油，有利十混合气的充分燃烧。乙醇化学结构中的轻基 OH 使其燃烧反应特点与汽油中的各种烃类的有所不同，其燃烧速度和火焰传播速度高十汽油，这也是掺烧乙醇后 CO 排放得以改善的另一个原因16。图 3.16 是 80%油门开度时燃用三种燃料的 CO 排放变化实验结果曲线。从图上可以看出:燃用 E0,E10 和 E20 的 CO 排放曲线的变化趋势都是开始较为平稳，后来上升很快;同时，随着掺醇率的提高，CO 的排放依次降低。这是由于电控喷油发动机的空燃比控制策略来决定的，在发动机达到某一转速或者负荷时，就要增大喷油量，以形成功率混合气，而高转速段混合气的形成时间较短。所以，在高转速段 CO 的排放均有所上升。同样也是由于乙醇汽油混合燃料富氧特性的作用，使得混合燃料的排放仍然低于 E0。20002500300035004000450050001000150020002500300035004000转速（r/min）CO(ppm)E0E10E20图 3.16 80%油门开度下 CO 排放黑龙江工程学院本科生毕业论文213.5.3 碳氢化合物（HC）排放特性分析根据实验各个工况对燃用五种实验燃料(E0、E10 和 E20)后测得的 HC 排放值，绘制出下列各图。05010015020025030001020304050607080转矩(N.m)HC（ppm）E0E10E20图 3.17 1600r/min 时 HC 排放特性02040608010012014001020304050607080转矩(N.m)HC（ppm）E0E10E20图 3.18 2000r/min 时 HC 排放特性黑龙江工程学院本科生毕业论文220204060801001201401600102030405060708090转矩(N.m)HC（ppm）E0E10E20图 3.19 2400r/min 时 HC 排放特性图 3.17、3.18 和 3.19 分别是发动机在三种不同转速下 HC 的排放曲线。从图上可以看出: 燃用 E0 E10 和 E20 时 HC 排放曲线的变化趋势相近，混合燃料 E10 和 E20的排放效果均优于燃用 E0 时的排放，并且随着掺烧乙醇比重的增加，HC 的排放依次降低。这是因为在闭环控制区域内，ECU 的控制策略使过量空气系数保持在 1.0 到 1. 05 之间，三种燃料基本上都可以完全燃烧。然而由于乙醇的含氧量高，当乙醇加入后，混合燃料的含氧量获得提高，也使燃烧得以改善，燃料含氧降低了中小负荷工况下因为混合气过稀引起的 HC 淬熄排放，也降低了高负荷工况下因为混合气过浓导致的 HC 不完全燃烧排放从而降低了未燃 HC 的排放量。由此可知，即使在不缺氧的闭环区域，乙醇燃料的加入或者燃料含氧量的增加仍可改善燃烧。这也说明燃料自携氧对降低 HC 效果要优于空气中的氧气17。图 3.20 是油门开度 80%时三种燃料的 HC 排放变化实验结果曲线。黑龙江工程学院本科生毕业论文23801001201401601801000150020002500300035004000转速（r/min）CO(ppm)E0E10E20图 3.20 油门开度 80%时 HC 排放特性从图上可以看出:1.随着发动机转速的提高，HC 的排放逐渐降低；2.掺醇率越高，未燃 HC 的排放就越低。这是由于节气门开度保持一致时，随着转速的提高，燃烧速度得以提高，一定程度上降低了因火焰在到达壁面前由于膨胀使缸内气体温度和压力下降造成可燃混合气大容积淬熄的可能性，所以，HC 排放得以降低。同时，HC 在排气系统中的氧化一般要求排放系统仍有富氧和较高的温度，而发动机在全负荷工况运行时也使得排气温度获得提高，一定程度上为 HC 在排气系统中的氧化创造了条件18。另外，乙醇汽油混合燃料含氧，其含碳量比汽油低，加上燃烧最高温度低，又集中在定容区内燃烧，后燃的现象较少，也使排气中 HC 含量减少，掺醇比例越大，HC 排放改善越明显。3.5.4 氮氧化物（NOX）排放特性分析根据实验各个工况对燃用三种实验燃料(E0、E10 和 E20)后测得的 NOx 排放值，绘制出下列各图。黑龙江工程学院本科生毕业论文24020040060080010001200140001020304050607080转矩(N.m)NOx（ppm）E0E10E20图 3.21 1600r/min 时 NOX排放特性010020030040050060070080001020304050607080转矩(N.m)NOx（ppm）E0E10E20图 3.22 2000r/min 时 NOX排放特性黑龙江工程学院本科生毕业论文250200400600800100012001400020406080100转矩(N.m)NOx（ppm）E0E20E10图 3.23 2400r/min 时 NOX排放特性图 3.21、3.22 和 3.23 分别是发动机在 3 种不同转速下 NOx 的排放曲线。从图上可以看出:1.动机燃用各种燃料时，随着负荷的增加，NOx 的排放都是先升高后降低。这是由于发动机在小负荷时，缸内温度比较低，因而 NOx 排放较低;发动机在中等负荷时，混合气浓度变化不大，但是缸内温度上升了，所以排放有所增加。而发动机在大负荷时，供给较浓混合气，氧不足，即使此时缸内温度较高，NOx 的生成也被抑制了。2.E10 和 E20 放均高于燃用 E0 时排放，并且随掺烧乙醇比重的增加，NOx 的排放依次增加。这是由于乙醇含氧，可使缸内燃烧温度变高，燃烧速度变快，燃烧放热也比较集中，使 NOx 的排放得以增加，虽然，乙醇的热值低，汽化潜热约为汽油的 2.9倍，有使进气温度降低、火焰传播速度减慢，缸内最高燃烧温度降低的趋势，可能使NOx 有所降低，但其影响不够大，于是两者因素共同作用后的结果是 E10 和 E20 这两种混合燃料 NOx 的排放比 E0 要高。黑龙江工程学院本科生毕业论文266006507007508008509001000150020002500300035004000转速（r/min）NOx(ppm)E0E10E203.24 油门开度 80%的 NOx 排放特性图 3.24 是油门开度 80%时三种燃料的 NOx 排放变化实验结果曲线。从图上可以看出:节气门开度一样时，随着转速的提高，NOx 的排放先升高后降低而后又升高，并且两种混合燃料的排放始终低于 E0。都是由于燃料的含氧量、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19。3.6 本章小结1在油门开度 80%工况下，燃用乙醇汽油混合燃料后的动力性能与原机基本相当，只是略低 E0；2.燃用混合燃料后燃油消耗率明显升高，燃油经济性变差，但能量消耗率有所降低，如果用能耗率来评价燃油经济性的话，燃油经济性相差不大；3.用两种比例乙醇汽油混合燃料后可以显著降低 CO 和 HC 的排放，但同时会引起个别工况下 NOx 排放的增加；4 .CO 的排放随着掺烧乙醇比重的增加，co 排放依次有明显改善部分负荷工况下，随着负荷的加大, HC 的排放在 3 种工况下，发动机燃用 E0 的 HC 排放始终最高；5.NOx 的排放部分负荷工况下时，随掺醇比例的增加，NOx 的排放依次升高。在部分负荷工况下，随着负荷的增加，NOx 的排放都是先增加再减少。黑龙江工程学院本科生毕业论文27第 4 章乙醇汽油的三元催化转化性能研究4.1 三元催化转化器的构造及反应原理4.1.1 三元催化转化器的构造催化器的结构，一般由壳体、减振层、载体和催化剂涂层四部分组成。催化器壳体由不锈钢材料制成，以防氧化皮脱落造成载体的堵塞。减振层的材料一般是膨胀垫片或钢丝网垫，起密封、保温和固定载体的作用，以防止振动机壳体受热变形等原因对载体造成的损害。膨胀垫片由膨胀云母、硅酸铝纤维和粘接剂组成。膨胀垫片在第一次受热时体积明显膨胀，而在冷却时只是部分收缩，这样就使壳体与载体之问的缝隙完全胀死和密封。催化器载体一般为蜂窝状陶瓷材料，也有少数用金属(不锈钢)材料。加大孔密度可以提高催化反应面积，孔密度在 200600cpi 之问，但考虑到机械强度和热负荷，一般取 400cpi 左右。在载体孔道的壁面上涂有一层非常疏松的活性层，即催化剂涂层。它以为主，其粗造的表面可使壁面的实际催化反应表32OAl面积扩大 7 000 倍左右。在涂层表面散布着作为活性材料的贵金属，一般为铂(Pt)、铑（Rh）和钯（Pd）。Pt 主要催化 CO 和 HC 的氧化反应，Rh 用于催化 NOx 的还原反应。4.1.2 三元催化剂的主要反应步骤主要反应步骤如下所示； 1) CO 和 O2扩散进入多孔的催化剂活性涂层； 2) O2吸附在催化剂活性位上，然后分解成 O 原了； 3) CO 与 O 原子发生化学反应生成 CO2； 4) CO2再脱附回到尾气流中； 5) NOx 分了扩散进入活性涂层，并化学吸附在活性位上； 6) N-O 键断裂形成 N 原子和 O 原子； 7) 两个 N 原子结合成 N2，脱附；O 原字停留在催化剂上； 8) CO 分了与 O 原了结合成 CO2，脱附; 9) 反应循环往复。4.1.3 三元催化转化器的化学反应在催化接触时间小于 1s 的催化转化器里，要同时完成氧化和还原反应的确是一黑龙江工程学院本科生毕业论文28件很难的事。其卞要的化学反应如下20:1.CO 和碳氢化合物的氧化反应:2C0+O2=2CO2；CO 十 H2O=CO2十 H2； 2CxHx+(2x+1/2 y) O2=yH2O+2xCO2；2.NOx 的还原反应: 2N0+2C0=2CO2+N2； 2N0+2H2=2H2O+N2； CxHY+(2x+1/2y)NO=1/2yH2O+xC02=(x+1/4y)N2；3.其它反应: 2H2+O2=2H2O； 5/2H2十 NO=NH3十 H2O其中，氨的形成是不希望的，应通过催化材料的合理选择，加以避免。三元催化转化器同时降低 3 种排气污染物的效果只有在汽油机当量燃烧，即过氧空气系数等于 1 时才能实现。因为，NOx 的还原需要 H2, CO 和 HC 等作为还原剂。空气过剩时，这些还原剂首先和氧气反应，NOx 的还原反应就不能进行。空气不足时，CO 和 HC 则不能被完全氧化。4.2 乙醇汽油三元催化转化效率研究根据实验测得催化前后排放数据，计算得出各工况下三元催化转化效率，绘出部分工况三元催化转化效率随负荷变化的曲线。 00.20.40.60.811.201020304050607080转矩（N.m）转化率E0E10E20图 4.1 2400rpm/min 时 CO 的三元催化转化效率黑龙江工程学院本科生毕业论文2900.20.40.60.811.201020304050607080转矩（N.m）转化率E0E10E20图 4.2 2800r/min 时 CO 的三元催化转化效率图 4.1 和图 4.2 给出了三种燃料的 CO 三元催化转化效率的变化趋势曲线，在2400 r/min 和 2800r/min 小负荷时，燃用三种燃料的转化效率基本相同，E10 略高，趋势不明显；在大负荷时，燃用 E0 时的催化转化效率最高，在 2400r/min 时 E10 高于 E20，2800r/min 时 E10 于 E20 相差不大。上述结果说明:CO 的三元催化转化效率和燃料的含醇量以及发动机的转速和负荷有关。00.20.40.60.811.201020304050607080转矩（N.m）转化率E0E10E20图 4.3 2400r/min 时 HC 的三元催化转化效率黑龙江工程学院本科生毕业论文3000.20.40.60.811.201020304050607080转矩（N.m）转化率E0E10E20图 4.4 2800r/min 时 CO 的三元催化转化效率图 4.3 和图 4.4 给出了三种燃料的 HC 三元催化转化效率的变化趋势曲线，在 2 400 r/min 小负荷时，燃用三种燃料的转化效率基本相同，E10 略高，趋势不明显；在大负荷时，燃用 E0 时的催化转化效率最高，其次是 E10，E20 最低；在 2800r/min时，整个负荷范围内转化效率相差不大，基本相同。上述结果说明:HC 的三元催化转化效率和燃料的含醇量以及发动机的转速和负荷有关。00.20.40.60.811.201020304050607080转矩（N.m）转化率E0E10E20图 4.5 2400r/min 时 NOX的三元催化转化效率黑龙江工程学院本科生毕业论文3100.20.40.60.811.201020304050607080转矩（N.m）转化率E0E10E20图 4.6 2800r/min 时 NOX的三元催化转化效率图 4.5 和图 4.6 给出了三种燃料的 NOX三元催化转化效率的变化趋势曲线，小负荷时，燃用 E0 时的催化转化效率最高， E10 和 E20 相差不大。高负荷时，燃用三种燃料的转化效率基本相同；在 2800r/min 时，低负荷时，燃用 E0 时的催化转化效率最高，其次是 E10，E20。而在高负荷时转化效率，基本相同。上述结果说明: NOX的三元催化转化效率和燃料的含醉量以及发动机的转速和负荷有关。4.3 本章小结1.燃料三元催化转化效率与燃料的的含醇量以及发动机的负荷和转速有关。2.CO 和 HC 的三元催化转化效率大体上是随着负荷的增加而下降，NOX的三元催化转化效率随着负荷的增加呈上升趋势。3.部分工况下，燃用 E0 的催化转化效率效果较优于燃用乙醇汽油混合燃料的。黑龙江工程学院本科生毕业论文32第 5 章乙醇汽油燃烧特性的研究汽车发展面临着环境保护和石油资源有限两大瓶颈。而作为汽车核心的发动机直接影响汽车的经济性、动力性、排放性、平顺性，燃烧过程作为发动机工作循环的中心环节，将影响发动机的品质，研究汽油机的燃烧过程对减少有害物排放，降低燃油消耗及提高动力有现实意义。发动机燃烧过程是将燃料的化学能转变为热能的过程。进入气缸的燃料燃烧完全的程度直接影响到热量分产生的多少和排出废气的成分，而燃烧时间或燃烧相当于曲轴转角的位置又关系到热量的利用和气缸压力的变化。研究燃烧过程的方法很多，但简单易行经常使用的方法是测取示功图，它既能定性，也能定量地显示出工作循环的实际情况，获得评价工作循环的有关参数和指标。由此不难对整个工作过程或各个不同阶段进展的完善程度做出正确判断。正是由于这些缘故，示功图已成为人们研究内燃机工作过程不可缺少的有效工具。要设计和改进发动机，或评定内燃机产品，也都必须取得示功图并对其进行全面分析，以便为提高发动机性能服务反映了燃烧过程的综合效应。5.1 示功图分析在油门开度 80%工况下进行燃烧特性实验，根据实验数据绘出示功图如下图所示。黑龙江工程学院本科生毕业论文33油门开度30%0102030405060-15-551525354555Crank Angle degP(bar)E0E10E20图 5.1 油门开度 80%工况下示功图利用示功图，在经过适当处理和计算后可以求出1.表征整个工作过程的主要热力指标平均指示压力 Pi等。2.研究燃烧过程所必需的主要特征参数最大燃烧压力 Pmax、压力升高率以及最大燃烧压力点等。 3.根据示功图进行燃烧放热规律的计算。从图 5.1 可以看出，燃用乙醇汽油后发动机缸压比燃用汽油的低，同时缸压峰值到达时间推迟。主要原因是乙醇自身热值低，同时较高的汽化潜热也会导致乙醇汽油与空气雾化不良，进而使得燃料燃烧不充分，发动机缸压下降。同时乙醇较高的辛烷值会使燃料燃烧速度减缓。从实测的示功图和经处理后的数据得出表 5.1 平均指示压力，在汽油机不作任何改动的情况下，燃用汽油乙醉混合燃料的动力性有所下降，平均指示压力 Pi 和压力升高率都比燃用汽油时低，且随乙醇含量的加大而下降较多，这是由于汽油热值高于汽油乙醇混合燃料所致。表 5.1 平均指示压力参量E0E10E20平均指示压力（bar）12.9511.3510.60黑龙江工程学院本科生毕业论文34最高燃烧压力（bar）51.9445.2442.585.2 燃烧持续期根据燃烧放热规律绘出燃烧放热规律曲线如下图所示。00.20.40.60.81-20020406080Crank Angle deg累计放热百分比（%）E0E10E20图 5.2 油门开度 80%工况下累计放热率曲线黑龙江工程学院本科生毕业论文35020406080100120140-20-100102030Crank Angle degkJ/m3degE0E10E20图 5.3 油门开度 80%时瞬时放热率曲线图 5.2 和 5.3 为燃用 3 种燃料的放热率曲线。若将累积放热量达 5%时视为燃烧开始点，将累积放热量达 90%时视为燃烧基本结束，则累积放热量从 5%90%所占的曲轴转角即为燃烧持续期。从图中看出，燃用 E0、E10 和 E20 的燃烧持续期分别为25(-520) ,26（-422）和 27(027)，说明汽油的燃烧速度快。原因是汽油机未经改装，化油器的调整适于用汽油，可提供浓度合适的可燃混合气，但不适于用 E10 和 E20。因为乙醇是含氧燃料，理论空气燃料比小，所以未经改装的化油器使进入气缸内的汽油乙醇混合气变稀，燃烧速度降低，乙醇含量增加，燃烧速度更缓慢。5.3 本章小结1.乙醇汽油混合燃料缸压和压力升高率比汽油小，并且随着乙醇含量的增加而下降更多；2.燃烧持续期 E0E10E20，纯汽油的燃烧速度最快，乙醇汽油混合燃料随着含醇比重的增加，燃烧持续期更长。黑龙江工程学院本科生毕业论文36结论本论文基于实验基础上，根据实验数据并结合调研对乙醇理化特性进行分析得出以下结论：燃用乙醇汽油混合燃料后的动力性能与原机基本相当，只是略低 E0。而燃用混合燃料后燃油消耗率明显升高，燃油经济性变差，但能量消耗率有所降低，如果用能耗率来评价燃油经济性的话，燃油经济性相差不大。乙醇汽油 CO 和 HC 的排放由于纯汽油，并且排放随着掺烧乙醇比重的增加，排放依次有明显改善，三种燃料的排放都随着负荷的加大而增加；NOx 的排放部分负荷工况下时，随掺醇比例的增加，NOx 的排放依次升高。在部分负荷工况下，随着负荷的增加，NOx 的排放都是先增加再减少。燃料三元催化转化效率与燃料的的含醇量以及发动机的负荷和转速有关，部分工况下，燃用 E0 的催化转化效率效果较优于燃用乙醇汽油混合燃料的。乙醇汽油混合燃料缸压和压力升高率比汽油小，并且随着乙醇含量的增加而下降黑龙江工程学院本科生毕业论文37更多，燃烧持续期 E0E10E20 进一步说明乙醇汽油动力性较纯汽油差。参考文献l陈强福.醇类燃料在车用发动机上的研究现状J.甘肃科技纵横,2006,35.2荣波.发展生物能源的现实意义和长远价值J.科技情报开发与经济,2006,16.3张晓阳.论国内发展燃料乙醇的优势和前景J.中外能源,2006,11.4秦岭.经济作物将替代粮食作乙醇汽油原料J.中国油脂,2006,31.5李岳林，杜宝杰，李薛等.汽油机燃用乙醇汽油混合燃料的研究进展J.小型内燃机与摩托车，2009.6M.A. Ceviz,F.Yuksel. Effects of ethanol-unleaded gasoline blends onvariability and(25):917-925 emissions in an SI engine. Applied Thermal Engineering,cyclic,2005.7Guerrieri D A,Caffrey P J. Investigation into the vehicle exhaust emissions ofhigh percentage ethanol blends. SAE paper ,950777.8Httseyin Serdarethanol- gasolineYtlcesu,Tolga Topgttl,Can Cinar,Melih 黑龙江工程学院本科生毕业论文38Okur.blends on engine performance and exhaustEffect ofemissions mdifferent compression ratios. Applied Thermal Engineering,2006.9许沧粟，杜德兴.汽油机燃用乙醇和含水乙醇与汽油的混合燃料的试验研究J.太阳能学报，2005.10何邦全，王建听，郝吉明等.乙醇一汽油燃料电喷汽油机的排放及催化性能J.内燃机学报，2002.11高祥，宋崇林，成存玉等.乙醇/汽油混合燃料对电喷汽油机排放特性的影响J。农业机械学报，2005.12边耀璋.汽车新能源技术M.北京:人民交通出版社，2003.13胡业楠.捷达 AT K 发动机燃烧乙醇汽油混合燃料工作过程数值模拟分析D.哈尔滨:东北林业大学，2007.14朱清江.甲醇汽油使用性能与技术研究 D.西安:长安大学，2006.15刁洪军.乙醇汽油成分测试及其对电喷汽油机性能影响实验研究D.吉林:吉林大学，2007.16顾洁.汽油机燃用乙醇汽油混合燃料的模型及试验研究D.杭州:浙江大学，2003.17彭小红.醇类燃料的燃烧与排放特性的研究D.西安:长安大学，2003.18李听光.汽车代用燃料在电喷发动机上的应用研究D.哈尔滨:东北林业大学，2005.19李勤.现代内燃机排气污染物的测量与控制M.机械工业出版社 1998. 黑龙江工程学院本科生毕业论文39致谢首先，我要感谢我的毕业设计指导老师朱荣福老师。朱老师平时的课程很多，工作量很大，他都能始终如一的对我的实验和论文进行指导帮助，每一次的指导都一丝不苟，认认真真，指出实验准备和论文过程中出现的错误与不足，对我的毕业论文的完成提供了莫大的帮助。朱老师严谨、求实、的治学态度，忘我、奉献、踏实的工作作风，渊博的理论知识和敏捷的思维，以及豁达开朗的人生态度都给我留下了深刻的印象。朱老师及时的指导与帮助让我顺利上完了大学最后的一堂课，由衷的感谢朱老师。通过此次毕业论文，我对发动机原理和汽车排放等方面的知识有了更深入的学习，并且有了进一步的认识，相信在今后的工作过程中一定会有好的应用。此外要感谢实验过程中林明老师、张德生老师和吕德刚老师对我们帮助，此次实验的顺利完成与他们热情支持和帮助是密不可分的。各位老师指导和我们共同努力实验圆满完成。感谢齐晓杰老师、安永东老师和孙远涛老师在在实验过程中对我们的支持与关注。感谢我的同学崔洪健，感谢他在实验和论文期间给予我帮助和支持感谢答辩组的各位评审老师，你们辛苦了。本论文肯定会有疏漏和不足之处，还请各位老师批评指正。黑龙江工程学院本科生毕业论文40附录 AFuel ethanol industry opportunities and challengesAt present, the fuel ethanol industry have great opportunities for development, but it also faces many challenges. Selection of fuel ethanol gasoline, a number of factors should be considered: vehicle and fuel prices, vehicle performance and ease of use, and emissions regulations, convenient refueling, maintenance costs, and maintenance convenience. The use of fuel ethanol and the cost effectiveness of its significant impact on the promotion of the use. According to Chinas specific circumstances, in the promotion of fuel ethanol and use the following key issues need to be resolved.（1）Fuel ethanol production costs of raw materials and fuel prices, the current gas and electricity prices low, methanol, ethanol is higher than the price of petrol and diesel. Only the price of fuel ethanol at less than the retail price of gasoline, only the economic viability. Chinas development of the corresponding financial subsidies or tax relief policies and environmental regulations in order to support and encourage the fuel ethanol and promote the use of ethanol gasoline. However, fuel ethanol production enterprises to continuously raise the level of production and comprehensive utilization of by-product level, develop the use of rich biological resources of raw materials and lower production costs, and ensure the health of fuel ethanol, the sustained development of enterprises.（2）Water storage and transportation of ethanol gasoline ethanol fuel stratified water to the use of low-cost pipeline. Foreign transportation of fuel ethanol, commonly used by automobiles, trains, ships and other means higher costs and also pay attention to gasoline storage and transportation of ethanol in water.（3）The cost of automotive technology and the use of foreign experience has shown that the fuel ethanol and flexible fuel vehicle prices high than the traditional automobile. Clean fuel vehicles used in the initial price and technical programs. According to the information, the use of ethanol gasoline, the fuel consumption of motor vehicles has increased, the performance of the engine power dropped to varying degrees; At the same time, ethanol, gasoline for vehicle fuel tank, carburetor and other parts of the non-ferrous metals, rubber materials have varying degrees Corrosion, automotive use of ethanol in gasoline before the need for adaptation, an increase of the cost. Due to the complexity of our models, the factory during the span, and resulting from the use of ethanol gasoline on the more prominent issues. Ethanol gasoline automobile engine wear and tear caused by 黑龙江工程学院本科生毕业论文41corrosion, will shorten the life of car. Only increase the gasoline additive ethanol in order to solve the problem. This requires the use of low-cost production and the use of the safety of gasoline or ethanol diesel fuel additive ethanol.（4）Ethanol gasoline vehicle emissions ethanol gasoline aldol use brought about by the increase in emissions, it must attract attention and give an effective solution.（5）Infrastructure supporting the commercialization of fuel ethanol applications, must have the appropriate infrastructure, that is, the fuel supply should be supporting factories, storage and transport facilities, the retail gas stations all over the country, parts supply and maintenance of networks. Infrastructure investment required in the various clean alternative fuel, the use of fuel ethanol is relatively low.（6）The development of diesel-ethanol to promote ethanol in gasoline, while diesel should also attach importance to the development of ethanol. Diesel consumption in China is big country, in 1999 consumption of diesel 61.2 million tons. At present, the production of domestic oil refining industry in the fuel, diesel and gasoline production ratio of consumption is lower than the market ratio between the number of diesel and petrol, the promotion of ethanol petrol, diesel supply shortage of resources have become an obvious contradiction.With the gradual depletion of fossil resources, the further rise in oil prices, which fuel ethanol to bring a certain amount of development and historical opportunity. Diversification of the national energy supply is an important national energy strategy, in the worlds future energy mix, renewable bio-energy will be one of the main body of energy, the worlds increasing emphasis on fuel ethanol development and application.According to the State Fuel Ethanol and Ethanol 15 Development Plan, Chinas fuel ethanol

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