车用乙醇汽油发动机性能的实验研究【16400字】【优秀机械毕业设计论文】

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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优秀优良机械毕业设计论文

资源描述：

文档包括:
说明书一份。39页。16400字左右。
任务书一份。
开题报告一份。
中期检查表一份。

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
Abstract II
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A 40
附录B 43

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
１．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

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。、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 D2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， 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，六、备注指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日附录 A t it of a of be of of of on of s in of to be （ 1） of is of of at of s of or in to of to of of of of of of （ 2） of to of of by to of in （ 3） of of in to of of of to At of of in an of to of of on by of in to of of of or （ 4） by in it an （ 5） of be of in of is （ 6） of to in to of is 999 of 1.2 At of in of is of of of an of in to a of of is an in s be of of s on to 15 s is to of of of of as to a of of At to of in （ 1） of in of of 1st be of to of （ 2） of to as a of at （ 3） of is of in of or , is a 000000. In of of to s a of in of of be to of In be in of of in to s 附录 B 燃料乙醇产业的发展机遇与挑战目前，燃料乙醇产业有很大的发展机遇，但同时也面临很多挑战。选用燃料乙醇汽油，应考虑多方面的因素：购车及燃料价格、汽车性能及使用方便性、排放法规要求，加油方便，维修费用及维修方便等问题。燃料乙醇的使用效能及费用，对其推广使用有很大影响。根据我国的具体情况，在燃料乙醇的推广和使用方面，需要解决以下关键问题。（ 1）燃料乙醇的生产原料及成本在燃料价格方面，目前气体燃料及电能价格较低，甲醇、乙醇的价格高于汽油及柴油。只有燃料乙醇的价格低于汽油销价时，才有经济可行性。我国制定了相应税收减免或财政补贴政策和环保法规，以支持和鼓励燃料乙醇及乙醇汽油的推广使用。但燃料乙醇生产企业，需要不断提高生产水平和副产品的综合利用水平，开发使用资源丰富的生物原料，并降低生产成本，保证燃料乙醇企业的健康持续发展。（ 2）乙醇汽油的储运防水乙醇汽油遇水分层，无法采用低成本的管道输送。国外燃料乙醇的运输，普遍采用汽车、火车、轮船等成本较高的方式，并还要注意乙醇汽油储运中防水。（ 3）汽车技术及使用费用国外经验表明，燃料乙醇及灵活燃料汽车的价格，比传统汽车高。清洁燃料汽车的初始价格与采用的技术方案有关。据有关资料，使用乙醇汽油后，汽车的油耗有所增加，发动机的动力性能有不同程度的下降；同时，乙醇汽油对汽车的油箱、化油器等部件的有色金属、橡胶材料会有不同程度的腐蚀，汽车在使用乙醇汽油前，需要进行适应性调整，增加了费用。由于我国汽车型号复杂，出厂年代跨度大，使用乙醇汽油带来的问题就更为突出。乙醇汽油引起的汽车发动机磨损腐蚀，将会缩短汽车的使用寿命。只有加人相应的乙醇汽油添加剂，才能解决问题。这就要求生产与使用成本低、使用安全的乙醇汽油或乙醇柴油燃料添加剂。（ 4）乙醇汽油汽车醇醛排放乙醇汽油使用带来醇醛排放增加的问题，也必须引起注意，并给以有效的解决。（ 5）配套基础设施建设燃料乙醇的商品化应用，必须具备相应的基础设施，即要有配套的燃料供应厂家、储存及运输设施、遍布全国的零售加油站、零部件供应及维修网点。基础设施建设所需的投资大，在几种清洁代用燃料中，使用燃料乙醇相对较低。（ 6）乙醇柴油的开发在大力推广乙醇汽油的同时，还应重视乙醇柴油的开发。我国是柴油消费大国， 1999 年消费柴油 6120 万吨。目前国内炼油行业生产的燃油中，柴油与汽油的生产量比例，低于市场消费的柴油与汽油量比例，推广乙醇汽油后，柴油供应资源不足的矛盾更突出。随着化石资源渐趋枯竭，油价进一步高涨，这给燃料乙醇带来了一定的发展空间和历史机遇。国家能源供应多元化是国家能源战略一个重要方面，在世界未来的能源结构中，可再生生物能源将是能源利用的主体之一，世界各国日益重视燃料乙醇的开发与应用。根据国家燃料乙醇及车用乙醇“十五”发展专项规划，我国燃料乙醇产业发展的方向是定位于推动农业产业化、改善国民经济二元结构、保护环境和促进可再生能源利用，并以此为目标逐步建设一个全新的、工艺技术先进、综合利用水平高和具有国际影响力的产业。在国家“十一五”规划中明确表示要加快发展风能、太阳能、生物质能等可再生能源。燃料乙醇生产技术发展前景，表现在以下几方面。（ 1）原料前景随着纤维质乙醇关键技术的突破及工业化运行成功， 21 世纪将更多使用粮食等农产品以外的生物质来生产燃料乙醇，利用不适宜于种粮食的土地及森林资源，种植适宜的能源植物。（ 2）生产技术前景由于原料成本降低及生产技术进步等，燃料乙醇的价格在逐步降低。（ 3）发动机技术前景发展灵活燃料汽车（是燃料乙醇应用技术的一个方向。美国、巴西等国已经成功开发出既可使用纯汽油或纯乙醇及二者任意比配成混合燃料的灵活燃料汽车（，目前巴西已使用的车超过了 200 万辆。总之，我国乙醇汽油的推广应用工作，已列人“十五”国民经济发展计划，目前已取得了重大进展。根据国外经验，我国人口多，农业经济占较大比例，煤炭资源较丰富，对能源资源的开发、分配及利用，应科学规划，加强燃料乙醇的研究及其应用指导；此外，应充分考虑农业、林业领域内的人力及资源利用，研究和开发生物质燃料，以推动我国燃料乙醇产业发展。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 ;尾气排放中大降低率已达 5%，算术平均降低率郑州、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于以乙醇为燃料的发动机排放的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 ( 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）四、进度安排 1、第 1 （ 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 （ 3 月 21 日 4 月 3 日）查阅资料，做好实验前准备工作 4、第 6 （ 4 月 4 日 4 月 17 日）完成实验，准备中期答辩 5、第 8 （ 4 月 18 日 5 月 8 日）分析实验数据 6、第 11 5 月 9 日 5 月 29 日）撰写论文 7、第 14 （ 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 J2003,3 鲍晓锋 ,刘泽砚 J1995,03. 4 钱伯章 J2004,02. 5 陈进富 ,陆绍信 ,朱亚杰 J1996,05. 6 王春杰 ,王玮 ,汤大钢 ,崔平 J2004,04. 7 饯叶剑 ,谈建 ,左承基能影啊的试验研究 J2006,4. 8 吕兴刁 ,侯玉春 J 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， 10 何邦全 ,闫小光 ,王建昕 J2002,5. 11 饯叶剑 ,谈建 ,左承基 J2006 ,4. 12 黄付强汽油灵活比例电控发动机性能训究 D13 刁洪军 D吉林大学 ,2007. 14 of in I on 2007(32). 15 of of 2007 (86). 六、备注指导教师意见：签字：年月日毕业论文指导教师评分表学生姓名姚春宇院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程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序号评价项目满分得分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度 10 2 题目工作量；选题的理论意义或实际价值 10 3 查阅文献资料能力；综合运用知识能力 15 4 研究方案的设计能力；研究方法和手段的运用能力；外文应用能力 25 5 文题相符程度；写作水平 15 6 写作规范性；篇幅；成果的理论或实际价值；创新性 15 7 科学素养、学习态度、纪律表现；毕业论文进度 10 得分 X= 评语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）工作态度：好较好一般较差很差研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少规范性：好较好一般较差很差成果质量（研究方案、研究方法、正确性）：好较好一般较差很差其他：指导教师签字：年月日毕业论文评阅人评分表学生姓名姚春宇专业班级车辆工程指导教师姓名朱荣福职称讲师题目车用乙醇汽油发动机性能的实验研究评阅组或预答辩组成员姓名崔宏耀齐益强吕德刚杨兆范德会出席人数 5 序号评价项目满分得分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度 15 2 题目工作量；选题的理论意义或实际价值 10 3 查阅文献资料能力；综合运用知识能力 20 4 研究方案的设计能力；研究方法和手段的运用能力；外文应用能力 25 5 文题相符程度；写作水平 15 6 写作规范性；篇幅；成果的理论或实际价值；创新性 15 得分 Y= 评语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）回答问题：正确基本正确基本不正确不能回答所提问题研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少规范性：好较好一般较差很差成果质量（研究方案、研究方法、正确性）：好较好一般较差很差其他：评阅人或预答辩组长签字：年月日注：毕业设计（论文）评阅可以采用 2 名评阅教师评阅或集体评阅或预答辩等形式。毕业论文答辩评分表学生姓名姚春宇专业班级车辆工程指导教师朱荣福职称讲师题目车用乙醇汽油发动机性能的实验研究答辩时间月日时答辩组成员姓名崔宏耀齐益强吕德刚杨兆范德会出席人数 5 序号评审指标满分得分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况，题目难易度、工作量、理论意义或价值 10 2 研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力、综合运用知识的能力、应用文献资料和外文的能力 20 3 论文撰写水平、文题相符程度、写作规范化程度、篇幅、成果的理论或实际价值、创新性 15 4 毕业论文答辩准备情况 5 5 毕业论文自述情况 20 6 毕业论文答辩回答问题情况 30 总分 Z= 答辩过程记录、评语：自述思路与表达能力：好较好一般较差很差回答问题：正确基本正确基本不正确不能回答所提问题研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少规范性：好较好一般较差很差成果质量（研究方案、研究方法、正确性）：好较好一般较差很差其他：答辩组长签字：年月日毕业设计（论文）成绩评定表学生姓名姚春宇性别男院系汽车与交通工程学院专业车辆工程班级设计（论文）题目车用乙醇汽油发动机性能的实验研究平时成绩评分（开题、中检、出勤）指导教师姓名职称指导教师评分（ X）评阅教师姓名职称评阅教师评分（ Y）答辩组组长职称答辩组评分（ Z）毕业设计（论文）成绩百分制五级分制答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）：院系公章：年月日注： 1、平时成绩（开题、中检、出勤）评分按十分制填写，指导教师、评阅教师、答辩组评分按百分制填写，毕业设计（论文）成绩百分制 =W+、评语中应当包括学生毕业设计（论文）选题质量、能力水平、设计（论文）水平、设计（论文）撰写质量、学生在毕业设计（论文）实施或写作过程中的学习态度及学生答辩情况等内容的评价。优秀毕业设计（论文）推荐表题目车用乙醇汽油发动机性能的实验研究类别毕业论文学生姓名姚春宇院（系）、专业、班级汽车与交通工程学院车辆工程指导教师朱荣福职称讲师设计成果明细：答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）：院、系公章：年月日备注：注：“类别”栏填写毕业论文、毕业设计、其它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：车辆工程学生姓名：姚春宇指导教师：朱荣福职称：讲师黑龙江工程学院二一一年六月 s 011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（和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，尾气排放中的同时也会引起个别工况下放量的增加。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 he of In to of by of of of an is to to a of on a of 10 20 on of of of of of a of O C be to Ox of as as 目录摘要 I 1 章绪论 1 题的目的及意义 1 醇汽油混合燃料的研究现状 2 外研究现状 2 内研究现状 2 究内容 3 第 2 章乙醇汽油理化特性研究 4 醇理化性质 4 醇汽油的热值计算 5 章小结 7 第 3 章乙醇汽油发动机性能研究 8 验装置仪器 8 验方案 11 力性分析 12 响因素分析 12 验结果分析 13 油经济性 14 放特性分析 18 速工况下排放特性分析 18 氧化碳（放特性分析 18 氢化合物（放特性分析 20 氧化物（放特性分析 23 章小结 26 第 4 章乙醇汽油的三元催化转化性能研究 27 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元催化转化器的构造 27 元催化剂的主要反应步骤 27 元催化转化器的化学反应 27 醇汽油三元催化转化效率研究 28 章小结 31 第 5 章乙醇汽油燃烧特性的研究 32 功图分析 32 烧持续期 33 章小结 35 结论 36 参考文献 37 致谢 39 附录 A 错误 !未定义书签。附录 B 错误 !未定义书签。黑龙江工程学院本科生毕业论文 1 第 1 章绪论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，其中进口吨，比 2003年增长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黑龙江工程学院本科生毕业论文 2 后将大有裨益。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。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。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 研究了燃用 20 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 年于 6 辆在用车上进行实验发现，当乙醇含量高于25时，乙醇含量提高到 40时，总碳氢化合物 (放在最初的时候先增加了一点，而后随着 M A 同时发现四种混合燃料的放曲线呈先减小而后增大的趋势。 2002 年人 8在一台闭环控制发动机上研究发现，加入乙醇可以使 0 90和 20 80，并且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。 H S 人 9燃用行实验，发现60对减少尾气排放产生了重大的作用，在低转速下种混合燃料平均分别减少了 11和与高转速下，燃用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发现：在怠速工况下，燃用混合燃料可显著降低排放，效果最明显。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，三效催化器对排放黑龙江工程学院本科生毕业论文 3 中中高转速时随负荷的增加净化效率降低；对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。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 (20)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： 20)的理化特性进行分析；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；比分析燃用混合燃料后的排放特性和三元催化转化效率；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醇理化性质乙醇俗称酒精，化学分子式为燃机燃用的汽油、柴油等是烃类燃料，而乙醇是烃基与羟基 (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 表醇与汽油的主要理化性质比较项目乙醇汽油化学分子式 8辛烷为例）氧含量（ m%）沸点（ C ） 0 220 低热值（ MJ/ 热值（ MJ/ 化潜热（ kJ/ 862 297 自燃温度（ C ） 420 260 370 辛烷值 111 91 理论空燃比（ m/m）火极限（空气中的容积比 %） 19 基 (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。为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。助于燃油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黑龙江工程学院本科生毕业论文 5 较低，在低温环境下都能正常使用。有汽油的因此，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。是汽油的。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。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 。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。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。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（式中，乙醇汽油混合燃料的质量低热值，单位为 MJ/ 混合燃料中汽油的质量百分比，单位为 %；汽油的质量低热值，单位为 MJ/ 混合燃料中乙醇的质量百分比，单位为 %；黑龙江工程学院本科生毕业论文 6 乙醇的质量低热值，单位为 MJ/ 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: V += ( ( 低热值计算过程如下 : %90 =+ =+ = 将计算得到的得到 : 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表燃料的质量低热值 10 量低热值（ MJ/ 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 : += (中，质量比 ): 质量比 )；质量比 )。汽油的理论空燃比 (质量比 )为醇的理论空燃比 (质量比 )为以它的理论质量空燃比 : L=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 )如表列。黑龙江工程学院本科生毕业论文 7 表燃料的理论空燃比燃料 10 料理论空燃比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 : += 1 (式中，乙醇汽油混合燃料混合气的热值，单位为 MJ/ 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。仍以例，则它的理论混合气热值 : 7 3 +=同样经过计算可得到理论混合气的热值。实验用三种燃料的理论混合气的热值的计算结果见表表燃料的理论混合气热值燃料 10 论混合气热值（ MJ/ 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 : 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。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。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、型号等参数见表测试系统总体布置如图表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 4动机测控系统控制各种工况能油耗仪记录油耗路直采排放分析系统排放信号采集 MA 涡流测功机负荷特性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试系统总体布置示意图黑龙江工程学院本科生毕业论文 9 表动机主要技术参数排量缩比 10 点火方式多点电喷最大功率 /转速 85000大扭矩 /转速 500却方式水冷工作方式自然吸气气缸排列形式 L 气缸数 4 电涡流测功机型号是柱感应式，如图用所示，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： 0V； 20V；（ 2）最大励磁电流： A； A。黑龙江工程学院本科生毕业论文 10 （ 3）冷却水压：出水温度升高时，适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：（ 8）转速测量精度： lr/ 图在设计过程中吸取了奥地利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该排放分析仪如图要功能介绍 : 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，帮助黑龙江工程学院本科生毕业论文 11 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。图放分析系统验方案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，从小负荷始，逐渐开大节气门，每次多加载至行测量。转速分别固定在 :1600r/ 2000r/400r/800r/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 12 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/ 2000 r/2500 r/3000 r/ 3500 r/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。力性分析响因素分析汽油发动机的动力性能可以用平均有效压力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。 = （式中，位为位为 MJ/ 质量比 )；发动机的充气效率；发动机的有效热效率；发动机进气管状态下的空气密度（ Kg/ 下面对式 (的参数分别进行分析。 v ，和进气密度 a 发动机的充气效率 v ，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容积的新鲜工质量的比值。乙醇的汽化潜热值约是汽油的，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 a 与温度有关，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 a 升高。因此充气效率 v ，和进气密度 a 提高，平均有效压力 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。 = 式中， e 发动机的有效热效率；有效燃油消耗率，单位为 g/h ；乙醇汽油混合燃料的质量低热值，单位为 MJ/ 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，有效热效率都低于燃用有效热效率。可见，有效热效率 e 降低，会导致平均有效压力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 (的分式部分可以表示为，从表以看出 :两种低比例的乙醇汽油混合燃料的值略低于汽油，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 20 略低于与汽油。根据的数据计算得到的结果见表种燃料的值燃料 10 值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，如图黑龙江工程学院本科生毕业论文 14 6075901051201351501000 1500 2000 2500 3000 3500 4000转速（ r / 转矩（0 20图 80%油门开度时转矩从图可以看出 :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 20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相同，那么喷入的燃料体积与同，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，动力性能与是略低于油经济性图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 15 2003004005006007008000 10 20 30 40 50 60 70 80转矩( N . m )燃油消耗率(g/0 20图 600r/的燃油消耗率 2003004005006007008000 10 20 30 40 50 60 70 80转矩(N. m)燃油消耗率(g/0 20图 2000r/黑龙江工程学院本科生毕业论文 16 2003004005006007008000 10 20 30 40 50 60 70 80 90转矩(N. m)燃油消耗率(g/0 20图 2400r/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

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