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乙醇油发动机改进关键技术实验研究【带实验报告】

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乙醇油发动机改进关键技术实验研究

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摘要

目前世界石油资源的短缺和环境污染的加剧，为缓解汽车对石油的依赖，改善全球大气环境污染，适应国际能源开发的需要，世界各国都在寻找新的汽车代用燃料。而乙醇凭借其可再生性和燃烧清洁性，已成为国内外汽车代用燃料的研究重点之一。乙醇燃料是一种新型车用替代燃料，与汽油相比具有可再生性、热效率高和排放低等优点，这对于我国的能源、环保、等问题具有重要意义。

本文分析了国际原油价格发展历史，并且在目前高油价的形势下分析了乙醇汽油的发展与前景。通过对美国、巴西两国乙醇燃料发展历史与现状的分析对比，得出了两国发展乙醇燃料各自不同的特点，以及他们共同的发展趋势。在分析的基础上对我国乙醇汽油发展提出了建议和意见。概述了国内外乙醇汽油的发展现状，和发展乙醇汽油的目的和意义。找出乙醇汽油现阶段存在的问题。

本文对四种燃料E0、E5、E10和E15的台架试验数据进行了分析，从动力性、经济性和排放性能分别进行了对比试验，研究表明, 本论文对燃用四种低比例乙醇汽油混合燃料后发动机的动力性和燃油经济性做了一定的研究与分析，发现乙醇汽油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，燃油经济性有所降低。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。

本文最后参考国内外相关资料进行了分析，并提出了解决建议。

关键词：乙醇；排放性；经济性；动力性；实验分析；改进研究

ABSTRACT

The world's oil resources shortage and environmental pollution increase, to ease dependence on oil vehicle, improving the global atmospheric pollution, the need to adapt to the international energy development, countries in the world looking for new alternative fuel vehicles. And by virtue of its renewable nature of ethanol and combustion cleanliness, alternative fuel vehicles at home and abroad has become a focus of research. Ethanol fuel is a new alternative fuel vehicle, compared with gasoline with renewable, low thermal efficiency and emissions benefits, which for our energy, environmental protection, and other issues of great significance.

This paper analyzes the history of international crude oil prices and high oil prices in the current situation of the development of ethanol gasoline and prospects. Through the United States, Brazil, ethanol fuel between the two countries history and current situation analysis and comparison of the development of ethanol fuel between the two countries reached their different characteristics, and their common trends. Based on the analysis of ethanol gasoline in China has put forward suggestions and comments. An overview of the development of ethanol fuel situation at home and abroad, and developing the purpose and meaning of ethanol gasoline. Identify the existing problems of ethanol gasoline.

In this paper, four kinds of fuel E0, E5, E10 and E15 of the bench test data were analyzed, from the power, economy and emissions tests were compared, studies have shown that this thesis, the low proportion of fuel ethanol and gasoline in four mixture of fuel and engine power and fuel economy to do some research and analysis, found that ethanol gasoline blended fuel burning power was somewhat lower, but with little difference between the original machine: the mass of the fuel consumption rate was increased fuel economy decreased. 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.

Finally, a review of relevant data were analyzed, and the solutions proposed.

Key words：Ethanol; Emissions; Economy; Dynamic; Experimental Analysis; Improvement

摘要I

ABSTRACTII

第１章绪论1

1.1概述1

1.2燃料乙醇研究发展现状2

1.2.1国外发展概况2

1.2.2国内发展概况4

1.3本论文研究的目的与内容5

1.3.1论文研究目的5

1.3.2论文研究内容5

1.4推广乙醇汽油的意义6

第２章发动机燃烧技术8

2.1燃料乙醇的理化特性8

2.2汽油的理化特性9

2.3 燃料乙醇与汽油理化特性的比较10

2.4 乙醇汽油的优点11

2.5 乙醇汽油的缺点12

2.6 汽车发动机燃烧技术12

2.7乙醇油燃烧分析13

2.8 本章小结14

第３章实验方案设计及实验设备简介15

3.1 相关实验台设备15

3.1.1 实验用汽油机15

3.1.2 测试系统16

3.1.3 FC2000发动机自动测控系统16

3.1.4 FC2100油耗仪18

3.1.5 AVL i60智能排放仪18

3.1.6 实验台组成框架简介19

3.2乙醇汽油的掺比方案19

3.3 实验方案的设计20

3.4 汽车动力性能及燃油经济性21

3.5车用乙醇汽油性能理论分析21

第四章实验结果研究分析22

4. 1汽油机动力性22

4. 2汽油机燃油经济性23

4..3乙醇汽油发动机排放性能25

4.4 本章小结31

第五章改进技术研究33

5.1提高汽油机动力性的改进措施33

5.1.1乙醇汽油动力差的原因33

5.1.2从发动机本身进行改进33

5.1.3从燃料本身进行改进34

5.2提高汽油机燃油经济性的改进措施35

5.2.1乙醇汽油经济性差的原因35

5.2.2从汽油机本身改进35

5.2.3从燃料本身改进35

5.3降低汽油机排放性的改进35

5.3.1乙醇汽油排放性好的原因35

5.3.2从汽油机本身改进36

5.3.3从燃料本身改进36

5.4乙醇汽油车冬季滴水问题改进研究36

5.5本章小结37

结论38

参考文献39

致谢41

1.3本论文研究的目的与内容

1.3.1论文研究目的

针对国际原油供应趋紧和价位偏高的状况，发展可再生生物车用燃料潜力很大，以及我国油品消费需求快速增长的市场前景广阔。乙醇汽油作为新型清洁燃料，是目前世界上可再生能源的发展重点，在我国完全适用；符合我国能源替代战略和可再生能源发展方向，改善了油品的性能和质量，技术上成熟安全可靠。

1.3.2论文研究内容

本论文从乙醇汽油应用在汽油发动机的应用上入手，从动力性、经济性和排放特性三方面来阐述燃料乙醇在汽油发动机上应用的优势，比较不同掺杂比例的乙醇汽油的特性，分析现阶段燃料乙醇发展形势并且探讨性说明燃料乙醇的非常规性排放特性对燃料乙醇有更深入了解燃料乙醇的特性。

(1)对乙醇汽油(E0、E5、E10和E15)的理化特性及应用特点进行分析，并指出它们的优缺点。

(2)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。

(3)评价发动机燃用混合燃料后的动力性能和燃油经济性。

1.4推广乙醇汽油的意义

目前，要从技术上完全解决汽车的污染问题还不成熟，但尽量减少汽车尾气的排放，并尽量减少排放后的危害，研究针对我国现实条件下的汽车排放污染物的产生机理和排放控制技术，有着广泛和深远的现实意义，分析排放危害和治理措施也具有广泛的代表性和较高的实用价值。乙醇汽油能够在一定程度上改善大气环境、保障能源安全、推动农业的可持续性发展和节约国家外汇，是未来具有广阔前景的代用燃料。可见，针对乙醇汽油的排放特性和动力性能开展研究是有必要的。

第２章发动机燃烧技术

2.1燃料乙醇与汽油的理化特性

21世纪人类面临可持续发展的问题，对能源的需求就要多元化。所以各种代用燃料的研究很有必要。中国国家计委产业发展司司长谈到“今后能源的多元化是一个趋势，不是谁代替谁，而是各自根据它的经济性和技术性的替及程度，各有各的角色，共同承担国民经济发展和老百姓生活需要的能源供给。” 目前，LPG、氢气、NG、醇类（主要是甲醇和乙醇）等代用燃料，它们的生产成本、理化性能、对内燃机排放的改善情况各有不同。因在选择代用燃料时要综合考虑国家资源情况、工业发展水平、生产代用燃料的技术及效益，热机的适应性及发展趋势、环境保护等。

表2.1 乙醇与汽油特性对比

燃料汽油乙醇

分子量11446

含氧量％034．8％

物理状态液液

液态密度g／cmO.72～O.750.790

沸点℃30～22078．3

自燃点℃260～370420

十六烷值278

最低点火能量O.25～O.3——

可燃体积比％1.3～7.64.3～19

理论空燃比(质量比)14.89.98

理论空燃比(体积比)58.414.3

比热kJ／kg2.32.72

凝固点℃-57-114

动力粘度20.C cpO.421.2

运动粘度20℃cst0.65～O.85——

乙醇是由烷基(-C2H5)和羟基(-OH)组成的化合物，这就决定了它本身就是一种很好的含氧代用燃料。羟基(-OH)属于极性键，而石油中的烃分子都是非极性分子，因此乙醇与普通的石油燃料有一定的差别，表2．1列出了乙醇与汽油的主要物理化学特性。与石油燃料相比乙醇有如下特点：是含氧燃料，其燃料的“自携氧性”可达到34．8％；但是乙醇的低热值、凝固点、闪点、粘度和十六烷值都要比汽油低，而辛烷值、自燃温度和汽化潜热相比汽油要高的多，其密度高于汽油，沸点远远高于汽油，着火界限也较汽油宽广。

表3.1 东安发动机4G18系列发动机信息

发动机型号4G18S

气缸布置型式L4,16V

缸径×冲程（mm）76.0×87.3

排量（cc）1584

压缩比9.5

配气机构SOHC

最大净功率（Kw/rpm）73.5/6000

最大净扭矩（Nm/rpm）133.5/4500

外廓尺寸（长×宽×高）（mm）617.8×613.2×622.2

重量（kg）115±2

3.3.2 测试系统

测试系统采用湖南湘仪动力测试仪器有限公司的配套测试设备，其中包括FC2000发动机自动测控系统、FC2210Z智能油耗仪、IC转矩转速传感器、DC1040发动机油温由于乙醇燃料与汽油相比，热值低、汽化潜热大、十六烷值和粘度低，以及与石油燃料不易混溶等特点，要不经变动、用现有的供油设备直接在内燃机中燃用乙醇就能取得良好的效果，首先要采用一些较合适的掺比方案。调节器、FC2420发动机水温

结论

本文最初研究了乙醇汽油的发展历史，国内外乙醇汽油的发展现状，发展乙醇汽油的目的和意义，为了能够更好的适应我国国情，发展乙醇已有。

为研究乙醇油发动机的动力性、经济性、排放性,设计了乙醇油发动机的动力性、经济型、排放性实验方案，选择了相关的实验设备，测得实验数据，本论文研究了汽油机燃用三种不同乙醇比例（E5、E10、E15）乙醇汽油对发动机经济性、动力性和排放性的影响,并与燃用纯汽油时的结果进行了对比分析。在车用乙醇汽油发动机性能研究中，在电控汽油机参数未作任何调整的情况下，研究了汽油机燃用乙醇汽油对发动机经济性、动力性和排放的影响。

研究表明:

1、动力性方面：汽油机改燃乙醇汽油后，部分负荷时汽油机的功率和扭矩有所降低。掺杂乙醇比例越高，汽油机的功率和扭矩降低的越明显，动力性E0>E5>E10>E15。

2、经济性方面：与纯汽油相比，三种不同掺杂乙醇的乙醇汽油的燃油消耗率有所增加；掺杂乙醇比例越高，汽油机燃油消耗率的上升的越明显，经济性E0>E5>E10>E15。

3、排放特性方面：三种不同乙醇比例的乙醇汽油的CO,HC和NOx排放较纯汽油相比都有所降低，乙醇汽油对汽油机性能的影响与空燃比控制策略有关。排放性E15>E10>E5>E0。

本文最后根据现阶段乙醇油发动机出现的问题研究了乙醇油发动机的改进技术。

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内容简介：: 本科学生毕业论文乙醇油发动机关键技术改进学院名称：汽车与交通工程学院专业班级：车辆工程 B07-1班学生姓名：指导教师：职称：教授黑龙江工程学院二一一年六月Heilongjiang Institute of Technology黑龙江工程学院本科生毕业论文摘要目前世界石油资源的短缺和环境污染的加剧，为缓解汽车对石油的依赖，改善全球大气环境污染，适应国际能源开发的需要，世界各国都在寻找新的汽车代用燃料。而乙醇凭借其可再生性和燃烧清洁性，已成为国内外汽车代用燃料的研究重点之一。乙醇燃料是一种新型车用替代燃料，与汽油相比具有可再生性、热效率高和排放低等优点，这对于我国的能源、环保、等问题具有重要意义。本文分析了国际原油价格发展历史，并且在目前高油价的形势下分析了乙醇汽油的发展与前景。通过对美国、巴西两国乙醇燃料发展历史与现状的分析对比，得出了两国发展乙醇燃料各自不同的特点，以及他们共同的发展趋势。在分析的基础上对我国乙醇汽油发展提出了建议和意见。概述了国内外乙醇汽油的发展现状，和发展乙醇汽油的目的和意义。找出乙醇汽油现阶段存在的问题。本文对四种燃料E0、E5、E10和E15的台架试验数据进行了分析，从动力性、经济性和排放性能分别进行了对比试验，研究表明, 本论文对燃用四种低比例乙醇汽油混合燃料后发动机的动力性和燃油经济性做了一定的研究与分析，发现乙醇汽油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，燃油经济性有所降低。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。本文最后参考国内外相关资料进行了分析，并提出了解决建议。关键词：乙醇；排放性；经济性；动力性；实验分析；改进研究ABSTRACTThe worlds oil resources shortage and environmental pollution increase, to ease dependence on oil vehicle, improving the global atmospheric pollution, the need to adapt to the international energy development, countries in the world looking for new alternative fuel vehicles. And by virtue of its renewable nature of ethanol and combustion cleanliness, alternative fuel vehicles at home and abroad has become a focus of research. Ethanol fuel is a new alternative fuel vehicle, compared with gasoline with renewable, low thermal efficiency and emissions benefits, which for our energy, environmental protection, and other issues of great significance. This paper analyzes the history of international crude oil prices and high oil prices in the current situation of the development of ethanol gasoline and prospects. Through the United States, Brazil, ethanol fuel between the two countries history and current situation analysis and comparison of the development of ethanol fuel between the two countries reached their different characteristics, and their common trends. Based on the analysis of ethanol gasoline in China has put forward suggestions and comments. An overview of the development of ethanol fuel situation at home and abroad, and developing the purpose and meaning of ethanol gasoline. Identify the existing problems of ethanol gasoline. In this paper, four kinds of fuel E0, E5, E10 and E15 of the bench test data were analyzed, from the power, economy and emissions tests were compared, studies have shown that this thesis, the low proportion of fuel ethanol and gasoline in four mixture of fuel and engine power and fuel economy to do some research and analysis, found that ethanol gasoline blended fuel burning power was somewhat lower, but with little difference between the original machine: the mass of the fuel consumption rate was increased fuel economy decreased. 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. Finally, a review of relevant data were analyzed, and the solutions proposed.Key words：Ethanol; Emissions; Economy; Dynamic; Experimental Analysis; Improvement目录摘要IABSTRACTII第章绪论11.1概述11.2燃料乙醇研究发展现状21.2.1国外发展概况21.2.2国内发展概况41.3本论文研究的目的与内容51.3.1论文研究目的51.3.2论文研究内容51.4推广乙醇汽油的意义6第章发动机燃烧技术82.1燃料乙醇的理化特性82.2汽油的理化特性92.3 燃料乙醇与汽油理化特性的比较102.4 乙醇汽油的优点112.5 乙醇汽油的缺点122.6 汽车发动机燃烧技术122.7乙醇油燃烧分析132.8 本章小结14第章实验方案设计及实验设备简介153.1 相关实验台设备153.1.1 实验用汽油机153.1.2 测试系统163.1.3 FC2000发动机自动测控系统163.1.4 FC2100油耗仪183.1.5 AVL i60智能排放仪183.1.6 实验台组成框架简介193.2乙醇汽油的掺比方案193.3 实验方案的设计203.4 汽车动力性能及燃油经济性213.5车用乙醇汽油性能理论分析21第四章实验结果研究分析224. 1汽油机动力性224. 2汽油机燃油经济性234.3乙醇汽油发动机排放性能254.4 本章小结31第五章改进技术研究335.1提高汽油机动力性的改进措施335.1.1乙醇汽油动力差的原因335.1.2从发动机本身进行改进335.1.3从燃料本身进行改进345.2提高汽油机燃油经济性的改进措施355.2.1乙醇汽油经济性差的原因355.2.2从汽油机本身改进355.2.3从燃料本身改进355.3降低汽油机排放性的改进355.3.1乙醇汽油排放性好的原因355.3.2从汽油机本身改进365.3.3从燃料本身改进365.4乙醇汽油车冬季滴水问题改进研究365.5本章小结37结论38参考文献39致谢4134第章绪论1.1概述能源是人类生存和发展的第一性保证因素之一。从2000年开始，中国的能源短缺和结构不合理，引发了国内外的严重关注。中国的能源问题已经成为经济可持续发展的主要瓶颈，也直接影响国家能源战略安全。地球上能源种类很多，总体上可分为可再生能源和不可再生能源。可再生能源包括太阳能、风能、生物质能、水能及由可再生资源衍生出来的生物燃料等；不可再生能源包括石油、天然气、煤炭、核能等。目前消耗量最大的是石油、煤炭和天然气这些不可再生能源，由于其储量有限并且已经逐渐枯竭，造成世界各国普遍存在能源问题。我国是能源消耗的大国，占世界一次能源（以石油、天然气、核电和煤炭等优质能源为主）需求总量的10%以上。而能源以煤炭消费（约占75%）为主，石油约占17%。能源结构中低效、高污染能源占相当比重，高效清洁能源所占比例很小，这样的结构不仅造成能源的大量浪费，而且对环境造成很大污染，偏离了世界能源结构发展趋势的主流。今后我国应加速优化能源结构，增加清洁能源和新能源的比重。从上世纪60年代开始，美国、日本和欧盟等国家和地区相继制定了汽车排放限制标准，以控制汽车排放给人类生存环境带来的日益严重的危害。排放限制标准的出台，迫使汽车制造业和相关的研究机构甚至政府部门都倾注了大量的人力和财力来研究降低排气中各种有害物质的对策和控制技术。然而，单纯依靠改善内燃机燃烧和排放系统来改善汽车排放以达到排放标准的措施也受到许多限制。因此，除了设计更高效的发动机以节省燃料资源外，必须寻找其它的能源以部分或者完全替代我们当前正在使用的燃料。乙醇是一种常用的燃料和燃料添加剂，可以充当汽车燃料的替代品，在近代也越来越受到重视。纯乙醇或添加到汽油中，不仅可以提供驱动的动力，还能改善汽车污染物的排放，并且它具有制造方便、价格低廉和辛烷值较高等优点，这些都是促使各国科学家和学者们积极研究的原动力。最好是把研究重点放在乙醇汽油的混合燃料上，而避免对发动机进行改装，节约生产成本。未来，中国政府还将继续适度发展燃料乙醇行业。“十一五”期间，中国燃料乙醇的潜在市场规模将急剧扩大。以中国四家燃料乙醇生产企业的产能来看，远远不能满足未来国内对燃料乙醇的需求，燃料乙醇装置产能扩张不可避免。因此计划到“十一五”末，国内乙醇汽油消费量占全国汽油消费量的比例将上升到50以上，这意味着届时中国燃料乙醇的产能和产量将会有一个质的飞跃。1.2燃料乙醇研究发展现状乙醇的生产方法，有以生物质为原料的发酵法和以石化产品为原料的化学合成法。20世纪50年代以前，乙醇主要依靠生物发酵法生产，所用原料可以是淀粉质、糖蜜、纤维原料等。普通乙醇生产在我国古代就已开始，是迄今为止生产最成熟、经验最丰富、历史最悠久的可再生能源。50年代以后，随着世界石油化工的迅速发展，乙烯经加温加压水合就能生成乙醇，这种方法在石化工业发达的国家发展很快。化学合成法的生产过程虽然简单，但受原料来源的限制，随着1976年第一次世界范围内“石油危机”的发生，使合成乙醇的发展受挫。世界上除美国有少量合成乙醇生产外，其他国家都没有大规模的工业化生产。燃料乙醇作为一种工业化大规模生产的能源，和以往小规模、食用型的乙醇生产并不完全相同。燃料乙醇产生于20世纪初叶，后因石油的大规模、低成本开发以及其经济性较差而被淘汰。如今，为了减轻对石油的依赖，人们都在寻找可再生能源。由于乙醇进人燃料市场有重大的发展潜势，引起了世界性的重视，因此发酵法生产燃料乙醇的发展动力大大加强。同时农业的快速发展，造成粮食相对过剩，这一切都使燃料乙醇产业的重新崛起、迅速发展成为必然。1.2.1国外发展概况燃料乙醇被认为是替代和节约汽油的最佳燃料之一，能和汽油以一定比例混配成一种车用燃料。这项技术在国外已十分成熟，具有价廉、清洁、安全、环保、可再生等优点。燃料乙醇的发展与国际原油供应情况息息相关。在燃料乙醇的生产、推广和使用方面，美国和巴西走在了世界的前列，两国产量的总和占全球总量的66%。我国2002年乙醇产量为213万吨，仅次于美国及巴西。燃料乙醇的成本随着生产规模的扩大、生产技术和综合利用能力的提高而不断下降。目前使用车用乙醇汽油的国家主要是美国和巴西，欧盟自20世纪90年代初也开始生产、使用车用乙醇汽油。1979年，在石油危机的背景下，美国为减少对进口原油的依赖，联邦政府制定了“乙醇发展计划”，开始大力推广车用乙醇汽油。作为重要的能源战略，美国还制定了相关的法律和扶持政策，对车用乙醇汽油的生产和使用给予财政补贴。据悉，美国清洁空气法曾对新配方汽油（RFG）含氧量提出要求，MTBE被推荐为RFG的含氧化合物。现在，美国15个州将尾随加州禁用MTBE，塞纳特能源议案号召全国在4年内全部禁用MTBE。预计到2004年，美国汽车燃料将需要23亿加仑乙醇，2012年将达50亿加仑。按可再生燃料协会统计，美国乙醇生产量将从2001年17.7亿加仑增加到2002年22亿加仑，1999-2001年增加了20%。6座新装置己于2002年投产，另有14座乙醇生产厂正在建设中。到2002年底，乙醇生产能力将由2001年21亿加仑增加到28.6亿加仑。乙醇的魅力在于它是可清洁燃烧的燃料，可从再生物质能源生产，虽然乙醇生产费用较高，但采用改进技术的新工艺和使用较廉价的原料，可望降低生产费用。美国加州将于2004年1月禁用MTBE，届时将引入RFG含硫新标准30PPm，加州将执行RFG 3标准，平均含硫限值15PPm（现在为30PPm）、含苯0.7%（现在为0.8%）。加州大多数主要炼油厂正在快速向汽油不加MTBE转化，菲利浦斯石油公司已于2002年7月首次在加州加油站推销无MTBE的汽油，另有三家炼制商也将跟随其后。美国现约有200万辆可灵活用油汽车，可使用汽油也可使用乙醇汽油E 85（85%乙醇和15%汽油）。美国现有135座加油站可加用E 85乙醇汽油，大多在明尼苏达州。现还开发了基于乙醇的无铅航空燃料AGZ 85，可用于小型非喷气式飞机按照最近美国国会提议的立法，要求大力发展乙醇工业，今后15年乙醇的使用将翻三番。为了进一步降低生产成本，美国能源部大力支持纤维素乙醇中试及产业化攻关项目，目的是利用木材、稻草、玉米秆等纤维素废料生产燃料乙醇。美国政府实施燃料乙醇政策以来，给国家经济、农业生产、贸易、人民生活等多方面带来了极大的益处，促进了美国农业的发展，改善了环境，减少了原油进口，为社会提供了大量的就业机会。巴西是石油资源贫乏的国家之一。早在上世纪20年代巴西就开始在汽车中应用乙醇汽油混合燃料。1975年巴西政府开始大力实施乙醇全国计划这一新能源政策，因地制宜推动以甘蔗为主要原料的乙醇燃料的发展，目标是减少石油进口，实现能源的多元化。1977年巴西政府制定法规，正式以20乙醇与汽油混配，推向国内燃料市场，用于普通汽油发动机汽车。经过30多年的努力，现在巴西已经成为世界上屈指可数的乙醇生产和消费大国。据不完全统计，目前巴西全国使用乙醇汽油的汽车约有1 600万辆，而完全用含水酒精作动力燃料的乙醇汽车也达到了200多万辆。如今巴西已经形成完整的燃料乙醇供应系统，乙醇和汽油都通过管道输送，与铁路、公路相连接，供应3 1 979个加油站进行零售。燃料乙醇计划的实施，给巴西带来了三大收益，一是形成了独立的经济能源运行系统，保证了国家能源安全；二是刺激了农业和乙醇相关行业的发展，为巴西经济注入了新的活力；三是大大减少了温室气体等有害气体的排放量，使大气质量和生态环境得到显著改善。巴西政府大力发展燃料乙醇行动计划始于1975年，原因有三：第一从国家能源安全和经济发展考虑，当时巴西80%的燃料依赖进口，国家的能源安全不能保证；第二是为了促进国内农业、种植业的发展和保护农民利益，巴西是一个农业大国，拥有全世界最大的甘蔗种植区；第三是为本国发展绿色可再生能源创出新路和保护环境。目前，巴西年产乙醇1200万吨左右，高居世界首位，是世界上最大的燃料乙醇生产和消费国。巴西每年消耗燃料乙醇的数量已占到每年消耗车用汽油的33%，约40%的小汽车完全以乙醇做燃料，其余则以22%的燃料乙醇和78%的车用汽油的混合物作为燃料。每年有470万吨无水乙醇、480万吨含水乙醇用于车中，在全巴西2.6万个加油站有燃料乙醇销售。日本洋马公司经多次试验，基本解决了乙醇与柴油混合的分层问题，正着力进行柴油一乙醇混合燃料的发动机使用试验。美国ADM公司己开展了乙醇柴油的研究工作，含(体积分数)乙醇15、其它添加剂5、柴油80的乙醇柴油已在柴油车上进行了386km的行车试验。1.2.2国内发展概况我国是能源消耗的大国，占世界一次能源需求总量的10以上。高效清洁能源所占比例很小，这样的结构不仅造成能源的大量浪费，而且对环境造成很大污染，偏离了世界能源结构发展趋势的主流。今后我国应加速优化能源结构，增加清洁能源和新能源的比重。我国燃料乙醇的使用始于抗战时期，当时汽油紧缺，就用发酵乙醇部分或全部替代。后由于汽油价格的优势，燃料乙醇退出能源领域。国内再次开展燃料乙醇的研究及应用工作始于20世纪80年代至今。近年来，随着科技的发展，农副产品连年丰收，如果能将粮食适当转化为工业燃料，对缓解农民卖粮难和调节国家粮食储备有利，同时也是对传统能源的补充，起到改善能源结构的作用。目前我国每年汽油消费已超过3500万吨、柴油6200万吨，若有20%的汽油、柴油是含有15%乙醇的汽油、柴油，每年将消费290万吨乙醇，可转化900万吨粮食。若全部汽油、柴油是含有15%乙醇的汽油、柴油，每年将消费1455万吨乙醇，可转化4500万吨粮食，同时还产出约1500万吨DDGS（是酒糟蛋白饲料的商品名，即含有可溶固形物的干酒糟）饲料。所以发展燃料乙醇对农业、酒精行业、副产品加工业以及国家能源安全等方面具有深远的意义。目前，我国已经开始了燃料乙醇产业的建设。正在全国范围内逐步推广使用车用乙醇汽油，使其在两三年内占到市场份额的25%30%。中国燃料乙醇产业起步较晚，但发展迅速，燃料乙醇在中国具有广阔前景。随着国内石油需求的进一步提高，以乙醇等替代能源为代表的能源供应多元化战略已成为中国能源政策的一个方向。中国已成为世界上继巴西、美国之后第三大生物燃料乙醇生产国和应用国。2006年，中国燃料乙醇的生产达到144万吨，按照1：3.3比例计算，大概消耗玉米475万吨。截止2006年，黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽5省及湖北、河北、山东、江苏部分地区已基本实现车用乙醇汽油替代普通无铅汽油。目前乙醇柴油的研究主要集中在燃料机外混合后进入汽缸燃烧的方式。这样可以在原机不作改动或是很少改动的情况下使用乙醇柴油混合燃料，满足发动机经济性、动力性和环保的要求。主要工作表现在寻找能使乙醇和柴油互溶的助溶添加剂，和柴油机上的适用性试验。目前，已经开发了数十种助溶添加剂，有些还申请了专利。但这些助溶添加剂普遍较为昂贵，每吨价格为1万元。许多科研机构都参与到这个课题的研究，其中清华大学、吉林大学、上海交通大学等的研究较有特色。他们就乙醇柴油混合燃料的燃烧为课题，对柴油机的动力、经济、排放、燃烧等性能进行了研究，并取得了一定的进展。未来，中国政府还将继续适度发展燃料乙醇行业。“十一五”期间，中国燃料乙醇的潜在市场规模将急剧扩大。以中国四家燃料乙醇生产企业的产能来看，远远不能满足未来国内对燃料乙醇的需求，燃料乙醇装置产能扩张不可避免。因此计划到“十一五”末，国内乙醇汽油消费量占全国汽油消费量的比例将上升到50以上，这意味着届时中国燃料乙醇的产能和产量将会有一个质的飞跃。1.3本论文研究的目的与内容1.3.1论文研究目的针对国际原油供应趋紧和价位偏高的状况，发展可再生生物车用燃料潜力很大，以及我国油品消费需求快速增长的市场前景广阔。乙醇汽油作为新型清洁燃料，是目前世界上可再生能源的发展重点，在我国完全适用；符合我国能源替代战略和可再生能源发展方向，改善了油品的性能和质量，技术上成熟安全可靠。1.3.2论文研究内容本论文从乙醇汽油应用在汽油发动机的应用上入手，从动力性、经济性和排放特性三方面来阐述燃料乙醇在汽油发动机上应用的优势，比较不同掺杂比例的乙醇汽油的特性，分析现阶段燃料乙醇发展形势并且探讨性说明燃料乙醇的非常规性排放特性对燃料乙醇有更深入了解燃料乙醇的特性。(1)对乙醇汽油(E0、E5、E10和E15)的理化特性及应用特点进行分析，并指出它们的优缺点。(2)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。(3)评价发动机燃用混合燃料后的动力性能和燃油经济性。1.4推广乙醇汽油的意义目前，要从技术上完全解决汽车的污染问题还不成熟，但尽量减少汽车尾气的排放，并尽量减少排放后的危害，研究针对我国现实条件下的汽车排放污染物的产生机理和排放控制技术，有着广泛和深远的现实意义，分析排放危害和治理措施也具有广泛的代表性和较高的实用价值。乙醇汽油能够在一定程度上改善大气环境、保障能源安全、推动农业的可持续性发展和节约国家外汇，是未来具有广阔前景的代用燃料。可见，针对乙醇汽油的排放特性和动力性能开展研究是有必要的。（1）节约石油资源乙醇它以玉米、薯类、糖蜜和木质纤维素等为原料，经发酵、蒸馏制成。乙醇汽油可以部分甚至完全取代汽油用作汽车燃料。因为乙醇完全是一种可再生能源，按照目前我国石油如此高的对外依存度，2006年我国的燃料乙醇的产能已达100万吨，按照规划在“十一五”末可达到500万吨的产能，如果都用于燃料，可为国家节约石油资源，进而降低对进口石油的依赖。也为国家节约大量的外汇。（2）减少汽车污染物的排放，保护环境汽车燃烧石油燃料排放出的气体中除有水蒸气外，还有CO、HC、NOx、S02和C02等，这些气体都不同程度对人类、动物和植物等构成了危害。随着汽车保有量的增加，汽车的排放已经成为大气环境污染的首要来源。使用乙醇汽油作为燃料，可以明显降低汽车废气的排放，有效改善大气环境质量。目前世界上汽车对乙醇汽油的使用方法一般有两大类：用汽油发动机的汽车，酒精加入量为5-22；专用发动机的汽车，酒精加入量为85.100。这样汽车就可以降低一氧化碳排放量约30-38，挥发性有机化合物(VOC)约12，氮氧化物排放量约略有上升(绝对量极少)，有害物质排放平均降低l3以上。可以看出，用酒精作增氧剂，可显著降低汽车尾气中的有害物，起到净化空气的功效。（3）振兴地方经济，增加税收推广使用车用乙醇汽油可以有效解决粮食转化问题，稳定粮食价格和农民收入，促进农业生产和消费的良好循环。近年来，我国农业生产连年丰收，但是粮食深加工转化问题未能得到很好的解决，尚未形成“增产,消费,刺激再生产”的良性循环。粮食库存量逐年上升，形成了我国粮食存量的相对过剩。部分存粮已出现陈化。发展车用乙醇汽油，可有效解决粮食作物的转化，形成一个长期、稳定、有效、可控的粮食消费市场，也使国家拥有一个可靠的粮食转化和调控手段。彻底解决了我国粮食的生产、消费和储备这一政府最棘手的问题。更重要的是可以为我国培育一新的经济增长点和经济拉动点。可以带动粮食生产、粮食综合加工、饲料、养殖、肉类加工、有机绿肥、土壤改良等一系列产业链的规模化发展。把我国的“农”字文章做的有声有色，结出丰硕成果。1.5本章小结本章分别对乙醇汽油的国内外的发展现状进行了研究，有阐述了发展我国乙醇汽油事业的目的和意义，说明了乙醇汽油的发展对我国有着重大的战略意义。第章发动机燃烧技术2.1燃料乙醇与汽油的理化特性21世纪人类面临可持续发展的问题，对能源的需求就要多元化。所以各种代用燃料的研究很有必要。中国国家计委产业发展司司长谈到“今后能源的多元化是一个趋势，不是谁代替谁，而是各自根据它的经济性和技术性的替及程度，各有各的角色，共同承担国民经济发展和老百姓生活需要的能源供给。” 目前，LPG、氢气、NG、醇类（主要是甲醇和乙醇）等代用燃料，它们的生产成本、理化性能、对内燃机排放的改善情况各有不同。因在选择代用燃料时要综合考虑国家资源情况、工业发展水平、生产代用燃料的技术及效益，热机的适应性及发展趋势、环境保护等。表2.1 乙醇与汽油特性对比燃料汽油乙醇分子量11446含氧量0348物理状态液液液态密度gcmO.72O.750.790沸点30220783自燃点260370420十六烷值278最低点火能量O.25O.3可燃体积比1.37.64.319理论空燃比(质量比)14.89.98理论空燃比(体积比)58.414.3比热kJkg2.32.72凝固点-57-114动力粘度20.C cpO.421.2运动粘度20cst0.65O.85乙醇是由烷基(-C2H5)和羟基(-OH)组成的化合物，这就决定了它本身就是一种很好的含氧代用燃料。羟基(-OH)属于极性键，而石油中的烃分子都是非极性分子，因此乙醇与普通的石油燃料有一定的差别，表21列出了乙醇与汽油的主要物理化学特性。与石油燃料相比乙醇有如下特点：是含氧燃料，其燃料的“自携氧性”可达到348；但是乙醇的低热值、凝固点、闪点、粘度和十六烷值都要比汽油低，而辛烷值、自燃温度和汽化潜热相比汽油要高的多，其密度高于汽油，沸点远远高于汽油，着火界限也较汽油宽广。燃料乙醇作为一种清洁能源，是指向汽油或柴油中加入一定比例的无水乙醇作为燃料使用。乙醇又名酒精，是由碳、氢、氧3种元素组成的有机化合物，结构式是C2 H5 OH，相对分子质量为46，是一种无色透明、易挥发、易燃烧的液体。燃料乙醇具有良好的互溶性，燃烧性能与矿物燃料相似，能够完全燃烧，不会产生对人体有害的物质，可直接用作液体燃料或与其他液体燃料混合使用，减少对不可再生资源的消耗。乙醇的辛烷值较高，闪点较低，着火温度较高，十六烷值较低，因而乙醇和汽油的性质较接近，和柴油的性质相差较大，故乙醇在柴油机上的应用较汽油机难度大；由于乙醇燃料“含氧”的特点，燃烧时理论上所需空气接近汽油的一半，对于改善扩散燃烧时由于油气混合不均匀而生成碳烟和微粒具有积极的作用。燃料乙醇可作为基础增氧剂，改善燃烧，降低有害物质的生成，能有效降低汽车尾气的排放。从乙醇的结构式可以看出，乙醇含有2个碳原子，含有1个氧原子，在燃烧时，有自供氧作用，与不含氧原子而碳原子又多得多的石化燃料相比，燃烧充分，排放物中有害物质较少，能减少机动车对空气的污染，达到节能和环保的目的。根据美国和加拿大等国的检测，在汽车中使用添加乙醇的汽油，所排放的臭氧会大大减少，减少了臭氧所造成的危害，对大气的污染会明显减轻，汽车尾气的成分变化如表2.2所示。乙醇燃料显极性，具有较强的亲水性，能无限溶于水：而柴油属于石油系燃料，具有较强的僧水性，且石油系燃料憎永性顺序为：脂肪族烃烯径芳香烃。因为柴油中含有较多的脂肪烃，具有较少的芳香烃，当柴油和乙醇混合时，表现出较差的相溶性，很容易分层，不易形成稳定的乳化液，因而解决柴油与乙醇的相溶性问题是柴油掺混乙醇的一个关键技术目前，汽油和柴油燃料是广泛使用的内燃机燃料。石油燃料燃烧后排出的废气成为大气的主要污染源。这些物质不仅污染大气，还会导致酸雨、光化学烟雾和臭氧层破坏等环境问题。为此，各国制定了大气清洁法等法规，对汽油、柴油规格不断提出新的要求，降低汽油、柴油的芳烃及柴油的硫含量等。实现内燃机燃料的清洁化发展，主要途径：改善现用燃料性能，使其成为清洁燃料；开发清洁的汽油与柴油代用燃料。汽油质量的发展大致可分为：含铅汽油低铅汽油无铅汽油新配方汽油（也称“清洁燃料” ）世界燃料规范等几个阶段。我国汽油规格的改进经过了两个阶段：汽油牌号升级及汽油无铅化。从2000年7月1日全国实现汽油无铅化。目前美国市场销售的汽油有：常规汽油、含氧化物汽油、新配方汽油、乙醇汽油。其中含氧化物汽油是一种加入了富氧化合物，如加人MTBE、乙醇的常规燃料，氧化物能促进清洁燃烧，减少CO排放。新配方汽油（RFG）是调整了成品发动机汽油配方、组成和性质，以满足美国环保局（EPA）根据清洁空气法211款制定的新配方汽油法规。含氧汽油和新配方汽油属于清洁汽油。汽油为复杂烃类（碳原子数约412）的混合物。无色至淡黄色的易流动液体。沸点范围约初馏点30至205，空气中含量为74123g/m3时遇火爆炸。主要组分是四碳至十二碳烃类,易燃。汽油的热值约为44000kJ/kg。燃料的热值是指1kg燃料完全燃烧后所产生的热量,由石油分馏或重质馏分裂化制得。原油蒸馏、催化裂化、热裂化、加氢裂化、催化重整等过程都产生汽油组分，但从原油蒸馏装置直接生产的直馏汽油，不单独作为发动机燃料，而是将其精制、调配，有时还加入添加剂（如抗爆剂四乙基铅）以制得商品汽油。用量最大的轻质石油产品之一，是引擎的一种重要燃料。根据制造过程可分为直馏汽油、热裂化汽油、催化裂化汽油、重整汽油、焦化汽油、叠合汽油、加氢裂化汽油、裂解汽油和烷基化汽油、合成汽油等。根据用途可分为航空汽油、车用汽油、溶剂汽油等三大类。主要用作汽油机的燃料。广泛用于汽车、摩托车、快艇、直升飞机、农林业用飞机等。溶剂汽油则用于橡胶、油漆、油脂、香料等工业。汽油还可以溶解油污等水无法溶解的物质，可以起到清洁油污的作用。汽油作为有机溶液，还可以做为萃取剂使用，目前作为萃取剂最广泛的应用为国内大豆油主流生产技术：浸出油技术。浸出油技术操作方法为将大豆在6号轻汽油中浸泡后再榨取油脂，然后经过一系列加工过后形成大豆食用油5。2.2 燃料乙醇与汽油理化特性的比较内燃机燃用的石油燃料（汽油、柴油等）是烃类燃料，而醇类是烃基和羟基组成的化合物。这就从化学性质上决定了醇类可以作为内燃机的代用燃料。从分子组成上来看，乙醇的分子式为C2H5OH ，含有2 个碳原子、6 个氢原子和1 个氧原子；而汽油则是碳原子为511的液态烃类混合物，不含氧元素。乙醇和汽油在自身的物理化学性质上，有相似的地方，也有不同的地方。乙醇与汽油的理化性质差异主要表现在：（1）密度乙醇的密度比甲醇小，但略大于汽油，而低于柴油。（2）汽化热乙醇的汽化热低于甲醇的汽化热。正构烷基醇常压汽化热随其分子中所含碳原子数的增加而迅速减小。乙醇的汽化热高于汽油和柴油的汽化热，但温度愈高，它们之间的差别愈小。乙醇的汽化热高，当内燃机燃用乙醇时，其进气系统或供油系统和燃烧室壁面的热量，被乙醇所吸收，这有利于提高发动机的热效率。乙醇的汽化热随温度的升高而下降，而且，温度愈高，下降的速度愈快。汽油与柴油的汽化热随温度的变化远较乙醇变化缓和。（3）豁度乙醇的薪度高于甲醇和汽油，而低于柴油，这对于采用喷射方式供乙醇到内燃机燃烧室是有利的，其破碎和雾化的程度会好于柴油。（4）辛烷值乙醇的辛烷值与甲醇接近，远高于汽油和柴油，因而乙醇是高辛烷值汽油的调和剂。汽油中加人一定量乙醇或甲醇，调和后的溶液辛烷值高于汽油本身的辛烷值，也明显高于甲醇和乙醇本身的辛烷值。正因为这个特点，乙醇比较适合作为汽油机的代用燃料，也适宜于作为外源点火式乙醇发动机燃料。充分利用这一特点，提高压缩比，喷射式供乙醇，汽油机燃用纯乙醇的效率更高。（5）蒸气压液体的蒸气压与温度有关系。随着温度的升高，乙醇、甲醇、汽油与柴油的蒸气压均相应升高，且升高趋势亦大致相仿。在相同的温度下，乙醇的蒸气压远低于汽油的蒸气压，与甲醇的蒸气压相近，并高于柴油（nc=1030）的蒸气压。其中，冬用汽油的蒸气压又高于夏用汽油的蒸气压；甲醇与乙醇的蒸气压介于汽油与柴油相应值之间。甲醇、乙醇、汽油、柴油几项基本物理特性的比较见表2.3 6。2.3 乙醇汽油的优点与缺点乙醇汽油的有点油有：（1）乙醇是含氧燃料，含氧量达到34.8，因此在燃烧过程中能够产生自供氧效应，使得发动机的缸内燃烧更为充分和均匀，促使燃烧过程中局部缺氧的状况得到改善，从而降低汽车尾气有害物质的排放，达到节能和环境保护的目的。（2）乙醇具有极好的抗爆性能，其研究法辛烷值达到111。若与汽油混合使用，乙醇可以有效地提高燃料的辛烷值，调合辛烷值一般都在120以上，它可有效提高燃料的抗爆指数。目前，汽油机的压缩比一般在8-9.5左右，根据研究，乙醇掺合率在15-20时，可以适当的提高压缩比1-2，从而获得更好的经济性和动力性。（3）乙醇的含氧量高，理论空然比要比柴油低，同样的空气可以燃烧更多的燃料，因此可以增大喷油量，提高发动机的功率。（4）乙醇的汽化潜热很高，标准混合气的汽化温降为74.8，而汽油仅为18。因此乙醇在蒸发时，可以周围大量的吸收热量，从而降低气缸内的温度，从而可以增加进气量，提高充气系数，而且还可以减少发动机爆震现象的产生。（5）乙醇的着火界限宽，火焰传播速度快，而且过量空气系数变化范围为0.6-1.8，因此有利于使用稀薄燃烧技术进一步提高发动机的经济性和减少有害气体排放。乙醇汽油的缺点有：（1）稳定性差乙醇中的羟基与水容易生成氢键，因此在汽油中掺入乙醇容易发生相分离。这是由于乙醇对水很敏感，微量的水分就可以萃取混合燃料中的乙醇，促使汽油和乙醇分层。此外，混合燃料的热稳定性很差，温度的剧烈变化也可以引起燃料发生相分离，因此，需要加入助溶剂来提高燃料的稳定性。（2）易产生气阻尽管乙醇燃料在38时的饱和蒸汽压比汽油低的多，但乙醇燃料的沸点低，在超过其沸点温度的高温下，蒸汽压会迅速增大，因此在夏季高温条件下容易产生气阻现象。（3）腐蚀金属乙醇在燃烧的过程中，会产生乙酸，对汽车燃料系统的许多金属都有腐蚀性，可以腐蚀铜、铁、铝、镁、锌等，且乙醇含量越高，腐蚀性越大。（4）橡胶材料溶胀裂纹现象乙醇汽油对供油系统的橡胶部件有一定的溶胀作用，可导致橡胶部件产生溶胀、软化、龟裂进而失效，对塑料件也有类似的作用。（5）发动机磨损乙醇的汽化潜热大，与汽油相比不易汽化，容易因汽化不良窜入汽缸。因乙醇本身是一种很好的有机溶剂，更易将附着在汽缸壁上的润滑油油膜清洗下来，导致润滑油被稀释、老化，造成摩擦面过度磨损。同时，乙醇具有易吸水乳化的特点，加上乙醇燃烧的酸性产物，都会促进发动机部件腐蚀磨损。乙醇还可以与润滑油中的抗氧防腐剂发生反应而使其失效，从而增大腐蚀与摩擦。（6）发动机低温冷启动困难乙醇的汽化潜热较高，约为汽油的3倍。此外，乙醇的标准混合气汽化温降为748，而汽油仅为18。因此，在低温冷启动时，乙醇汽化吸收周围大量的热量，进一步降低了缸内温度，汽化进一步恶化，导致形成的可燃混合气浓度达不到着火浓度下限，混合气不能着火燃烧，使得汽车的低温冷启动非常困难。2.4 汽车发动机燃烧技术传统意义上认为，汽油机一般采用预混合燃烧，受不正常燃烧（主要是爆燃）的限制，其压缩比不能提高，效率低。因此，应用传统的内燃机燃烧方式，无论时火花点火或是压缩着火，都因为气缸内温度分布不均匀，存在局部的高温区域，排放物的生成均不可避免。例如，在火花点火发动机中，火花点火以后，火焰向外传播，火焰前锋把气缸内的工质分割成两部分，已燃区和未燃区，已燃区是高温度区域，也就是NOx的高生成区。在压燃式发动机中，可燃混合气分布极不均匀，首先是在最适宜的着火点上多点着火，然后进行由混合速率控制的扩散燃烧，此时气缸内不仅混合气分布不均匀，温度分布也不均匀，在高温稀混合气区生成NOx。近年来，上述的汽油机固有的燃烧方式已经被打破。在缸内直喷式的汽油机的部分工况中已经采用了稀燃，从而使汽油机的热效率以及排放性能得到大幅度提高。发动机的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，直接影响到热量产生的多少和排出气体的成分，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，所以燃烧过程是影响发动机经济性、动力性和排放污染的主要过程，对噪声、震动、起动性能和使用寿命也有很大的影响。汽油机混合气的行程方式主要有化油器式和汽油喷施式两大类型。近年来，由于排放法规和油耗要求的提高，传统的化油器式混合气形成方式难以满足性能提高的要求。汽油喷射的燃烧系统在汽车上的应用有30多年的历史，以前由于成本高，未得到推广。近年来，由于电子技术的发展，其成本以大为降低，加上汽油喷射的燃烧系统便于电子控制，性能优越，在汽油机混合气的形成方式上汽油喷射已经取代化油器。目前汽油喷射大都是电子控制。为使发动机能够正常运转，必须为其提供连续的可燃混合器。通过直接或间接测量进入发动机的空气量，并按规定的空燃比计量燃油的供给量，这一过程称为燃油配置。汽油机的燃油配置类型，根据汽油的攻击方式可分为化油器式和燃油喷射式两种。这两种装置均是依据节气门开度和发动机转速计量进气量，然后根据进气量供给适当空燃比的混合气进入汽缸。2.5乙醇油燃烧特点随着混合燃料中乙醇比例的增大，缸内最大爆发压力在1600rrain工况几乎相当，但2400rmin工况随着乙醇比例增大，缸内最大爆发压力降低。乙醇比例增大，着火滞燃期延长，最大放热率峰值升高，最大爆发压力推迟。上述缸内压力及燃烧放热变化规律主要是由以下几个原因共同作用的结果，其一，乙醇汽化潜热大，添加乙醇导致压缩冲程缸内温度降低，乙醇比例增大，对温度影响越明显；其二，乙醇柴油十六烷值热，乙醇比例越大，十六烷值越小；其三，混合燃料热值降低，在热效率几乎不变的条件下，同一工况喷入的混合燃料体积流量增多，喷油持续期延长，其次，乙醇燃料中含有氧，乙醇燃料粘度低，混合燃料有利于混合气形成，提高燃烧反应速度。随着混合燃料中乙醇比例增大，十六烷值降低，缸内压缩温度低，导致滞燃期延长，最高燃烧放热峰值增加，小负荷工况这种影响尤其明显，但小负荷：亡况对燃烧持续期影响不大；随着负荷增大，滞燃期影响变小，但燃烧持续期的影响增大，转速1600rmin工况燃烧持续期明显延长，这是由于随着负荷增大，缸内热负荷增大，汽化潜热的影响变小，由于喷入的燃料量增多，喷油持续期延氏导致燃烧持续期延长；但高转速工况(2400rmin)，混合燃料的燃烧持续期明显缩短，这是由于转速升高，单个循环燃烧反应时间缩短，混合燃料改善了燃油与空气的混合质量，使燃烧反应速度加快。2.6 本章小结从以上对比可见，发展乙醇在我国具有广阔前景。对乙醇汽油双燃料发动机性能的研究也是很有现实意义的。我们的主要研究任务是一方面对燃烧过程进行分析，以达到认识燃烧特性，合理组织燃烧的目的。另一方面要达到降低排放的目的。第章实验方案设计及实验设备简介3.1 实验方案的设计(1)怠速实验实验目的评定发动机不带负荷下的排放特性。实验方法发动机空转，在不同转速下进行测量。实验中测量点的转速分别选取为1 600rmin，2000rmin和2400rmin，2800rmin在每个测量点，待发动机运转稳定1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10Nm开始，保持节气门开度不变，每次多加载10Nm直至80Nm。记录实验数据，转速分别固定在：l600rmin，2000rmin和2400rmin，2800rmin在每个测量点，待发动机运转稳定1分钟后开始测量。测量项目CO、HC、NOx的排放值；有效功率；燃油消耗率。3.2乙醇汽油的掺比方案在发动机中掺比醇燃料的多少，通常用醇燃料在总燃料量中所占的容积百分比（表示。本实验采用乙醇所占总燃料体积的5%、10%、15%和纯汽油，表示为E0、E5、E10、E15。确定发动机中掺比多少醇及采用什么掺比方式较好时，主要考虑如下几点:（l）目前生成的汽车发动机等能否适应，如不适应，结构需要变动的程度及投资情况；（2）发动机的动力性能、燃油经济性及排放特性；（3）车辆的冷起动性能及热驱动性能；（4）材料的相容性；一般实验以选取纯乙醇（含醇99.5%）与纯汽油混合，掺醇的比例选择为5%、10%、15%。必须指出的是，汽油机中掺烧醇类，醇类与柴油或汽油必须均匀混合，最好是均匀混溶。如果醇油分层或醇含水而与油分层，则对燃烧的均匀性和发动机工作过程的均匀性有明显影响。这会造成热效率下降，排污增加，同时增加了发动机的振动、噪声和机件的早期损坏。乙醇与汽油的互溶度与乙醇的含水率和温度有关。常温下，纯乙醇与汽油的互溶度较好，乙醇中含水以后，与汽油的互溶性便迅速下降。而乙醇极易吸收空气中的水分，所以必须解决含水乙醇与汽油的互溶的问题。为了不使混合燃料分层，需要采取适当的助溶手段，还对乙醇的含水量有限制，形成混合均匀的汽油乙醇混合燃料。3.3 相关实验台设备3.3.1 实验用汽油机汽油机采用东安发动机型号4G18系列发动机如图3.1，该发动机动力表现优异，4G18型发动机的排量为1.584升，压缩比为9.5；最大功率为73.5KW/6000 r/min，最大扭矩为133.5N. m. 4G18系列发动机具有结构紧凑、排量适中、动力性好、安全性高、用途广泛等特点，是经济型轿车的理想动力装置，适合为家用轿车和多功能车配套。由于该产品采用4气门多点电子喷射等科技含量较高的新技术，使其不但完全满足我国新的排放法规的要求，而且达到了“欧洲3和“欧洲4排放标准。图3.1 东安发动机4G18系列发动机表3.1 东安发动机4G18系列发动机信息发动机型号4G18S气缸布置型式L4,16V缸径冲程（mm）76.087.3排量（cc）1584压缩比9.5配气机构SOHC最大净功率（Kw/rpm）73.5/6000最大净扭矩（Nm/rpm）133.5/4500外廓尺寸（长宽高）（mm）617.8613.2622.2重量（kg）11523.3.2 测试系统测试系统采用湖南湘仪动力测试仪器有限公司的配套测试设备，其中包括FC2000发动机自动测控系统、FC2210Z智能油耗仪、IC转矩转速传感器、DC1040发动机油温由于乙醇燃料与汽油相比，热值低、汽化潜热大、十六烷值和粘度低，以及与石油燃料不易混溶等特点，要不经变动、用现有的供油设备直接在内燃机中燃用乙醇就能取得良好的效果，首先要采用一些较合适的掺比方案。调节器、FC2420发动机水温调节器、南京中科电机有限公司WP225变频调速电动机、CW160电涡流测功机等。3.3.3 FC2000发动机自动测控系统FC2000发动机自动测控系统如图3.2在设计过程中吸取了奥地利AVL公司SUCK公司发动机自动测控系统的成功经验。测控仪采用数字增量电压控制发动机转速转矩且无扰动切换控制；液晶显示测量参数，使测控仪的易操作性、及发动机转速转矩的控制稳定性得到很大的提高。FC2000的数据采集系统采用了国际流行的CAN现场总线通讯协议和模块化设计技术；各种不同的传感器输出的信号，集中到CAN智能模块调理成标准的数字信号，并通过总线网络进行传输，可使多套测控系统组成局域网络，便于集中管理。FC2000发动机自动测控系统是为满足发动机制造业中各种不同类型的柴油机、汽油机、天然气、液化气发动机性能试验和出厂试验而精心设计大型测控系统。它可与国内外各种不同的水力、电涡流、电力测功机配套使用，用于控制和测量发动机的转速、转矩、功率、燃油及燃气消耗量、温度、压力、流量等各种不同类型的参数。图3.2 FC2000发动机自动测控系统主要特点：（1）采用先进的CAN现场总线通讯协议，符合国际标准IS011898 （CAN）。（2）具有简化的网络特性，并可使多套测控系统联网，系统的功能扩展不需要重新布线，可就近接在原有的模块上非接触，无磨损的数字电位器给定方式。（3）数字分段PID调节控制转速、负荷，保证控制的稳定性。（4）各种控制特性的无扰动切换。（5）多种控制特性可满足发动机试验的要求。（6）模块化设计使结构简化，具有无可比拟的可靠性和可维护性。（7）数字密码授权，保证了测控仪关键参数不能越权操作。（8）越限三级报警（报警、保护、紧急停车）。（9）功能齐全的软件支持。（10）各测量参数的数字化标定，取代了传统的电位器标定。（11）用户可随意编制线性化表格，以运用各种非线性输出的传感器。技术指标：1转速测量精度：士lr/min2.转速控制精度：士5r/min3.扭矩测量精度：士0.4F. S4.扭矩控制精度：士04F. S5.油耗测量精度：士0.2F. S6.变换工况过渡时间：不大于los3.3.4 FC2100油耗仪FC2100智能油耗仪是精心设计的FC2000系列发动机自动测控系统中的一个子系统。主要用于测量各种汽油机，柴油机、电喷发动机的燃油消耗。FC2100智能油耗仪采用一体化设计技术，油耗测量和显示仪表集于一体，可以独立的完成发动机燃油消耗的测量。FC2100智能油耗仪采用先进的CANBUS现场总线技术，具有简化的网络特性，使多台测试仪器联网成为可能。同时保留了标准的RS232C串行接口，可方便的与通用微型计算机或其它智能仪表组成更高级的测试系统，或实现远程控制。FC2100智能油耗仪的称重部分采用全密封设计，能在环境较恶劣的现场正常工作，即使在电磁阀完全失灵的情况下，燃油也不会溢出，保证使用的安全，特别适用于大回油量的发动机和电喷发动机。FC2100智能油耗仪具有以下优点：采用一体化设计技术，传感器和二次仪表集于一体，是一个独立而完整的油耗测量仪器，并可根据用户要求配置隔室控制仪表；采用先进的CANBUS现场总线技术，具有简化的网络特性，使多台测试仪器联网成为可能；保留了标准的RS232串行接口，可方便的与通用微型计算机或其他智能仪表组成更高级的测试系统，或实现远程控制；兼有平均油耗和瞬时油耗测量的双重功能；平均油耗时间可任意设置，并有掉电保护功能；可以超量程测量；任何油面都可进入测量，而不必每次测量前先充油，减少了电磁阀动作次数，从而延长了电磁阀使用寿命；采用先进的数字标定技术，使仪器的标定十分方便而简单；设有标定密码，在无授权的情况下不能任意修改，保证参数的准确性；全密封设计，燃油不会溢出，保证使用的安全性。3.3.5 AVL i60智能排放仪AVL 公司生产的AMA I60双路直采气体排放分析系统配置满足欧，具有扩展到欧洲号排放法规要求的排放浓度进行精确测试要求的能力。其组成主要包括样气处理单元、采样单元和分析单元，可用于测量各种浓度范围的CO、NOX、THC、O2、CH4、CO2等气体排放。 AMA I60具有催化器前及催化器后测量管路分析单元，可用于催化器转化效率试验，其四条采样管路，可满足发动机台架及整车台架的共用需要。AMA I60主要技术参数（1）根据标定气体的实际值，测量误差必须不超过1% F.S；（2）浓度小于100ppm时，测量误差必须不超过1ppm；3.3.6 实验台组成框架简介实验台架是由多种设备组成的其中主要包括储油箱、油泵、排放仪、汽油机、油耗仪、PC机、温度传感器等，具体组成连接图如图3.5实验台装置示意图。排放仪油泵储油箱汽油机鼓风机油耗仪温度传感器测功机油门控制仪测试实验台PC机图3.5实验台装置示意图3.4 汽车动力性能及燃油经济性理论分析根据调研，燃料乙醇发动机的动力性能，主要受燃料乙醇含量、发动机压缩比、发动机燃料的供给方式等的影响。当燃料乙醇含量高到一定比例时其动力性下降。燃料乙醇的热值与汽油的热值差别较大，但增大燃料乙醇供量，即增加发动机的每工作循环燃料，乙醇或乙醇汽油发动机仍然可以产生与燃用汽油时同样大的功率。由于燃料乙醇的辛烷值高于汽油，车用乙醇汽油混合燃料因为有燃料乙醇的存在，增加了发动机的抗爆震性能，因而压缩比可以适当增加，从而提高发动机的动力性。选择5%（体积分数）乙醇汽油（E5）、10%乙醇汽油（E10）、15%乙醇汽油（E15）和纯汽油四种燃料，在一台汽油机上进行实验。根据调研：加入乙醇后虽然发动机的功率、扭矩略有降低，但并不影响其使用，在汽油中掺入小比例的乙醇后，有利于改善汽油机的燃烧性能，降低能耗率，改善汽油机的排放。3.5车用乙醇汽油性能理论分析乙醇汽油的热值低于普通汽油的热值，这意味着在喷油量相等时汽油机燃用乙醇汽油时动力性会下降，普通汽油的理论空燃比为14.7,而乙醇汽油由于添加了乙醇，其理论空燃比有所下降，大约为14.10电控汽油机改燃乙醇汽油时，由于原机ECU的燃油控制策略是基于纯汽油标定的，所以在空燃比闭环控制的工况，ECU会发出指令增加乙醇汽油的供油量。根据两种燃料的理论空燃比，理想状态下乙醇汽油的供油增加。因此，从理论上分析可以得出：电控汽油机改燃乙醇汽油时，在不改动发动机总体结构和电控单元的控制策略情况下，对空燃比闭环控制的工况其动力性有轻微的降低，燃油消耗率会增加。另外，乙醇的汽化潜热和辛烷值要比普通汽油高，因此乙醇汽油的抗爆性好，可以通过提高汽油机的压缩比来增加其动力输出；同时较大的汽化潜热可以降低压缩功，提高充气系数，但较大的汽化潜热也会引起乙醇燃料的混合气形成及启动困难，滞燃期变长。3.6本章小结本章对实验的仪器做了详细的介绍，对实验方案做了说明，这些是实验前的准备，也为之后的实验分析做了铺垫。第四章实验结果研究分析4. 1汽油机动力性本实验选用图4.1是汽油机在30%、70%油门开度条件下的发动机动力输出随转速的变化曲线。由图可知，在油门开度一定时，随着转速的增加，汽油机燃用乙醇汽油和普通汽油动力输出相差就越多，这是由乙醇汽油的低热值引起的。在部分油门开度下，发动机的转矩和功率在整个速度范围内都有所下降，且随着油门开度的增加，下降幅度有所减少。（a）30%油门开度（b）70%油门开度图4.1 普通汽油和乙醇汽油的速度特性曲线可能原因分析：由曲线趋势可知，30%开度运行时，发动机燃用各种乙醇混合燃料后得到的功率曲线变化趋势相同，燃用E0 E5 E10 E15的功率和扭矩相差不大。发动机在下运行时，电喷汽油机的控制策略为开环控制，乙醇混合燃料喷射持续时间与纯汽油的相同，那么喷入的燃料体积与纯汽油相同，由于乙醇混合燃料的热值低，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29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，动力性能与纯汽油基本相当，只是略低于纯汽油。4. 2汽油机燃油经济性汽油机在1600r/min、2000r/min、2400r/min和2800r/min时燃用纯汽油和三种比例的乙醇汽油的负荷特性曲线图。从图中可以看出，汽油机燃用乙醇时其耗油率平均增加。（a）n=1600r/min（b）n=2000r/min（c）n=2400r/min（d）n=2800r/min图4.2 乙醇汽油和普通汽油的负荷特性曲线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，乙醇混合燃料的燃油消耗率基本上均高于纯汽油，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纯汽油，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。图4.2是汽油机在1600r/min、2000r/min、2400r/min和2800r/min时燃用纯汽油和三种乙醇汽油的负荷特性曲线图。从图中可以看出，汽油机燃用乙醇时其耗油率平均增加。说因为乙醇汽油中含有乙醇，乙醇的热值低于纯汽油，所以在发动机动力输出相等的情况下需要燃烧更多的燃料，并不是燃烧热效率的恶化所致。从图4.2中还可以看出，在大负荷情况下，乙醇汽油的燃油消耗率和纯汽油很接近。这主要是因为在大负荷时电控汽油机的空燃比是开环控制，提供浓混合气，改燃乙醇汽油后，乙醇的自含氧量会使乙醇汽油的燃烧比无铅汽油更为充分，而在中小负荷条件下，其过量空气系数总在1附近，使得自含氧的促进燃烧作用不明显。 4.3乙醇汽油发动机排放性能发动机排放主要是考察燃烧后的污染物净排放水平。(1) CO排放分析图4.3 1600r/min CO排放对比图4.4 2000r/min CO排放对比图4.5 2400r/min CO排放对比图4.6 2800r/min CO排放对比在一定转速下，随着负荷的加大，五种燃料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10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1O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1O，这就使得CO的排放开始上升。三种乙醇混合燃料的排放效果均优于纯汽油时的排放，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于充分燃烧，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CH小于汽油，汽化潜热大于汽油，有利于混合气的充分燃烧。乙醇化学结构中的羟基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于汽油，这也是掺烧乙醇后CO排放得以改善的另一个原因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纯汽油。(2) HC排放分析图4.7 1600r/min HC排放对比图4.8 2000r/min HC排放对比图4.9 2400r/min HC排放对比图4.10 2800r/min HC排放对比HC排放曲线的变化趋势相近，乙醇混合燃料E5 E10 E15 的排放效果均优于燃用纯汽油时的排放，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，五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。(3) NOx排放分析图4.11 1600r/min NOx排放对比图4.12 2000r/min NOx排放对比图4.13 2400r/min NOx排放对比图4.14 2800r/min NOx排放对比E5、E10、E 15和的排放均高于燃用纯汽油时的排放，并且随着掺烧乙醇比重的增加，NOx的排放依次增加。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，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。4.4 本章小结实验数据表明：在一定转速下，随着负荷的加大，五种燃料CO的排放曲线缓慢变化最后出现上升趋势达到最大值。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。三种乙醇混合燃料的排放效果均优于纯汽油时的排放，并且随着掺烧乙醇比重的增加，CO排放有明显改善。乙醇混合燃料E5 E10 E15 的HC排放效果均优于燃用纯汽油时的排放，并且随着掺烧乙醇比重的增加，HC的排放依次降低。E5、E10、E 15和的NOx排放均高于燃用纯汽油时的排放，并且随着掺烧乙醇比重的增加，NOx的排放依次增加。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，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，乙醇混合燃料的燃油消耗率基本上均高于纯汽油，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纯汽油，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。30%开度运行时，发动机燃用各种乙醇混合燃料后得到的功率曲线变化趋势相同，燃用E0 E5 E10 E15的功率和扭矩相差不大。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，动力性能与纯汽油基本相当，只是略低于纯汽油。第五章改进技术研究5.1提高汽油机动力性的改进措施5.1.1乙醇汽油动力差的原因由第四章第一节的汽油机动力性分析可以看出，普通汽油机在燃用乙醇汽油之后，动力性会随着燃料中的乙醇含量的增多而下降，主要表现为低温启动性能和驱动加速性能较差，这是因为发动机在下运行时，电喷汽油机的控制策略为开环控制，乙醇混合燃料喷射持续时间与纯汽油的相同，那么喷入的燃料体积与纯汽油相同，由于乙醇混合燃料的热值低，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29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p有所提高，一定程度上又可以保证发动机的动力不致降过低。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，动力性能略低于纯汽油。常规汽油汽化潜热约310KJ/ kg，乙醇的汽化潜热（约为845.7 KJ/ kg）是汽油的2.73倍，因此其低温启动性能差。在理论空燃比之下的蒸发温降大于常规汽油。汽化潜热大会导致汽车动力性及经济性下降，在低温条件下，乙醇汽油不易启动。另外乙醇汽化潜热大，使化油器中形成的燃气混合比低（乙醇空燃比仅为9）。比常规汽油正常燃烧所需要的理论空燃比15低很多，这会影响混合气的形成和燃烧速度，使汽车驱动性能下降，影响最大功率的发挥，不利于汽车的加速性能。5.1.2从发动机本身进行改进在现阶段的发动机设计理念上，基本上都是基于纯汽油的机得设计，这些汽油机大多时间都是在燃用纯汽油，只是偶尔在燃用乙醇汽油，而我国在包括黑龙江省在内的9个省都在长期的全面的燃用乙醇汽油，因此只是对纯汽油机的设计已经远远不能够满足我国的燃料发展趋势的要求，还应该加大力度对乙醇汽油机进行开发，在汽油机本身进行改进。(1)提高压缩比对提高循环热效率有利，但这将导致最高循环压力的急剧上升，从而对承载零件的强度要求更高，降低了发动机的使用可靠性。若将压缩比定的过高，汽油机会产生爆燃、表面点火等不正常燃烧，但是10%的乙醇汽油的抗爆性很好，因此充分利用10%的乙醇类汽油抗爆燃性好的特点，可以适当提高压缩比，以提高热效率，尽量抵消其热值低所带来的负面影响。(2)点火提前角是从发出电火花到上止点间的曲轴转角，当汽油机保持节气门开度、转速、以及混合气浓度一定时，汽油机的功率随着点火提前角改变而变化，对应于每个工况都存在一个最佳点火提前角，这时汽油机的功率最大。点火过迟，燃烧最高压力和温度下降，传热损失增多，排温升高，热效率降低，但爆燃倾向减小，功率降低。由于乙醇的稀释效应和致冷作用，缸内压缩终点的温度较低，因此可适当加大点火提前角，以更有利燃烧过程。(3)当使用10%的乙醇汽油时，为使混合气不过稀，保证必要的动力性，有必要加大供油量，重新确定空燃比及供油特性，另外还应当优化进气管的设计，使各缸燃油的分配尽可能均匀。(4)选择适当的火花塞及火花间隙，以避免早燃最大火花塞温度宜低于汽油机的温度。(5)为改善起动性能，可在进气道采用加热措施或使用起动加浓装置或引人带空气的喷油器，使燃油粒更细化或先用汽油或其它适合起动要求的燃料辅助起动。5.1.3从燃料本身进行改进10%的乙醇汽油只有从液态蒸发成为蒸汽，并与一定比例的空气混合成为可燃混合气体后，才能在汽油机中燃烧。在现代汽油机中，可燃混合气体形成的时间很短。因此，10%的乙醇汽油挥发性的好坏，对形成的混合气质量有着很大影响。蒸发性越强，就越容易气化，造成的混合均匀的可燃混合气体燃烧速度快，并且燃烧完全，因而不仅发动机容易起动，加速及时，各工况之间转换灵敏、柔和，而且能减少机件磨损、降级燃料消耗。但是蒸发性也不能太强，因为蒸发性过强的10%的乙醇汽油在炎热夏季以及大气压力较低的高原和山区使用时，容易使发动机的供油系统产生气阻，甚至发生供油中断。如果蒸发性很弱，难以形成良好的混合气，这样会造成发动机起动困难、加速缓慢。如果未燃尽的油粒附着在气缸壁上，会形成液膜。液膜是燃料不能完全蒸发而粘附在进气管壁上的现象。液膜的形成与燃料的蒸发性及蒸发条件有关。乙醇燃料蒸发潜热大容易形成液膜。液膜进入离进气管近的气缸多，使各缸燃料分配不均，而未燃乙醇会沿着缸壁渗入机油中冲刷掉活塞与气缸间的润滑油膜，发动机出现窜气，压力下降，活塞与气缸间的磨损增大，输出功率下降。同时，进入曲轴箱的乙醇还会对润滑油产生稀释，降低润滑油的润滑性能。这些最终使发动机功率下降，油耗增加。于乙醇蒸发潜热大(是汽油的2倍)，蒸发时所吸收的热量多，导致发动机进气管的温度急剧下降，在冷启动时，只有少量乙醇才能蒸发，而蒸发形成的可燃气浓度太低将不能点火燃烧造成启动困难。可以再10%的乙醇汽油中掺入一定比例的轻质烃，可以有效调节10%的乙醇汽油的蒸发性，使其能够顺利的变为蒸汽，提高汽油机的动力性。5.2提高汽油机燃油经济性的改进措施5.2.1乙醇汽油经济性差的原因由第四章第二节的汽油机燃油经济性分析可以看出，普通汽油机在燃用乙醇汽油之后，燃油经济性会随着燃料中的乙醇含量的增多而下降，主要表现为油耗增加，这是因为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纯汽油，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。5.2.2从汽油机本身改进在现阶段的发动机设计理念上，基本上都是基于纯汽油的机得设计，这些汽油机大多时间都是在燃用纯汽油，只是偶尔在燃用乙醇汽油，而我国在包括黑龙江省在内的9个省都在长期的全面的燃用乙醇汽油，因此只是对纯汽油机的设计已经远远不能够满足我国的燃料发展趋势的要求，还应该加大力度对乙醇汽油机进行开发，在汽油机本身进行改进。（1）提高压缩比对提高循环热效率有利，但这将导致最高循环压力的急剧上升，从而对承载零件的强度要求更高，降低了发动机的使用可靠性。若将压缩比定的过高，汽油机会产生爆燃、表面点火等不正常燃烧，但是10%的乙醇汽油的抗爆性很好，因此充分利用10%的乙醇类汽油抗爆燃性好的特点，可以适当提高压缩比，改善汽油机的经济型。（2）点火提前角对汽油机的经济性影响较大，当汽油机保持节气门开度、转速、以及混合气浓度一定时，汽油机的燃油消耗率随着点火提前角改变而变化，对应于每个工况都存在一个最佳点火提前角，这时汽油机的耗油率最低。因此可适当加大点火提前角，以更有利燃烧过程，提高汽油机的经济性。5.2.3从燃料本身改进乙醇与汽油可以互溶，但抗水性较差，乙醇汽油一旦遇水就会发生相分离，造成油箱上、中、下各部乙醇与汽油的比例不同，使车用乙醇汽油不能正常燃烧，影响使用效果。可以开发应用助溶剂使其不在分层，例如异丁烷可以很好的使乙醇与汽油互溶，提高10%的乙醇汽油的稳定性，燃烧更加充分，提高其经济型。5.3降低汽油机排放性的改进5.3.1乙醇汽油排放性好的原因乙醇汽油中富含氧元素，10%的乙醇汽油汽氧含量为3.5%，而普通汽油中氧含量几乎为零。这就使得10%的乙醇汽油在燃烧过程中更容易得到氧，燃烧更加充分，排放出的有害气体减少。5.3.2从汽油机本身改进（1）发动机冷起动时，由于温度低，空燃比小，CO和HC排放提高。应尽量缩短起动时间，为此要提高点火能量，增大起动机的功率。发动机的润滑系和冷却系的设计要保证起动后尽快达到正常运转温度。机油冷却器应有自动控制温度的装置，既保证大负荷下既有得到足够的冷却，又保证暖机时使机油很快热起来。冷却系统除了用节温器控制冷却液的循环外，还应该广泛的应用温控电动风扇，改善冷却系对温度的适应性，减少发动机在暖机和小负荷冷天运转是的污染物排放。（2）燃烧室的形状主要影响未燃的HC排放物的浓度。由于燃烧室内缝隙、紧挨缸壁的边界层和形状复杂而且表面积大的燃烧室是形成未燃HC的主要来源。燃烧室形状应紧凑、表面积小，并带有一定强度的进气旋流。这样可以快速燃烧。旋流还可以减少工作过程的波动、改善热传导，缩短燃烧持续时间，对减少排放是很重要的因素。（3）活塞、活塞环与汽缸壁之间形成的间隙，对汽油的HC排放有很大的影响，因此要在工作可靠的前提下尽量缩小活塞头部与气缸的间隙，尽量缩小顶环到活塞顶的距离，既减小火力岸高度。为此，要寻找热膨胀更小的活塞材料和耐热性更好的活塞环材料，如碳纤维复合材料。5.3.3从燃料本身改进可以在10%的乙醇汽油中添加含氧量大的添加剂，如异丙醇。使得10%的乙醇汽油在燃烧过程中更容易得到氧，燃烧更加充分，排放出的有害气体减少。5.4乙醇汽油车冬季滴水问题改进研究乙醇汽油中富含氧元素，10%的乙醇汽油汽氧含量为3.5%，而普通汽油中氧含量几乎为零。这就使得10%的乙醇汽油在燃烧过程中更容易得到氧，燃烧更加充分，同时排放物中生成的水分也就越多。在冬季，周围的环境温度比较低，汽车排气管会向外滴水，这是一个很正常的现象。因为汽油完全燃烧生成的是水和二氧化碳，水在高温下是水蒸汽，水蒸汽在高温下是无色透明的，但是当温度低于一百摄氏度以后，水蒸汽就会冷凝成水，如果冷凝的水滴很小并且悬浮在空气中，水蒸气就呈现为白色的气体，环境气温较低时，排气管冒白烟就是水蒸汽，如果冷凝的水滴积聚起来，就变成了水。排气管排出的水滴就是乙醇汽油燃烧后生成的水蒸汽冷凝的结果。因为东北地区冬天寒冷水从排气管中排出后，滴落在马路上，很快结冰，容易引发交通事故。由于车用乙醇

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