乙醇油发动机改进关键技术实验研究【带实验报告】

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

目  录

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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