醇汽油混合燃料與車用汽油對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放性能試驗(yàn)分析

張林輝

（山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 長(zhǎng)治 046011）

石油資源的日益減少是當(dāng)今世界性的難題，目前，我國(guó)已是石油凈進(jìn)口國(guó)家，在一定程度上嚴(yán)重威脅國(guó)家的能源安全。相關(guān)專家針對(duì)國(guó)家能源發(fā)展的“十二五”規(guī)劃的內(nèi)容進(jìn)行了前瞻性的分析并指出：新能源在國(guó)家的《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中是一個(gè)重要的方面。國(guó)內(nèi)汽車保有量的持續(xù)快速增長(zhǎng)和石油資源緊缺的雙重壓力，使得醇類混合燃料推廣應(yīng)用的重要性日益突出，因此，開展醇類混合燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用試驗(yàn)研究具有實(shí)際意義。

本文的研究是基于發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)不作調(diào)整的條件下，用混合燃料中醇類燃料的比例分析為體積比10%乙醇、20%乙醇、15%甲醇、30%甲醇與93 號(hào)汽油的混合燃料(即E10、E20、M15、M30)與燃料為93 號(hào)汽油相對(duì)比。

1 試驗(yàn)用儀器設(shè)備

1.1 試驗(yàn)車輛及發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)

本文試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)為桑塔納2000GSi AJR 電控燃油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)，其主要技術(shù)指標(biāo)如表1 所列。

表1 試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)

1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)性能對(duì)比試驗(yàn)用的主要測(cè)試儀器設(shè)備如表2 所列

表2 測(cè)試儀器設(shè)備

2 發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物試驗(yàn)結(jié)果分析

發(fā)動(dòng)機(jī)常規(guī)排放污染物是CO、HC 和NOX。CO是碳?xì)淙剂显谌紵^程中生成的主要中間產(chǎn)物，可燃混合氣的空氣過量系數(shù)準(zhǔn)a 與CO 排放量是呈正比的；發(fā)動(dòng)機(jī)排放中的HC 是未燃燃料的成分，其來源在于：在缸內(nèi)工作生成，主要是在燃燒過程中，未參加燃燒或未完全燃燒的碳?xì)淙剂?；曲軸箱竄氣排入大氣；燃料系統(tǒng)的蒸發(fā)。發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)工作生成的HC排放濃度與空氣過量系數(shù)有關(guān)，一般在混合氣略稀（準(zhǔn)a=1.1~1.2）時(shí)，未燃的HC 排放濃度最低；混合氣過濃和過稀均使HC 的排放濃度增加。內(nèi)燃機(jī)排放的NOX絕大多數(shù)是NO，溫度、氧含量、反應(yīng)時(shí)間是影響其生成的根本原因。由于過量空氣系數(shù)準(zhǔn)a 既影響燃燒溫度，又影響燃燒產(chǎn)物中的氧含量，因此，對(duì)NOX排放濃度影響較大。發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒氣體的溫度在準(zhǔn)a≈0.9 時(shí)達(dá)到最高，但這時(shí)由于燃?xì)庵械难鹾康?，抑制了NO 的生成；當(dāng)準(zhǔn)a 從0.9 左右增大時(shí)，氧含量的增加效果大于燃燒溫度下降的結(jié)果，NOX排放量的峰值出現(xiàn)在對(duì)應(yīng)準(zhǔn)a ≈1.1 的略稀混合氣狀態(tài)；如果準(zhǔn)a繼續(xù)增大，由于溫度下降效果明顯，NOX排放量下降。點(diǎn)火正時(shí)對(duì)內(nèi)燃機(jī)NOX排放也有較大影響，推遲點(diǎn)火使最高燃燒溫度降低，NOX的生成減少。由于汽油機(jī)的最高燃燒溫度與負(fù)荷有強(qiáng)烈順變關(guān)系，所以，在大負(fù)荷時(shí)NOX排放多，在小負(fù)荷時(shí)減少，但前提是在準(zhǔn)a 相對(duì)不變的情況下。實(shí)際上汽油機(jī)在接近全負(fù)荷時(shí)一般都會(huì)加濃混合氣，導(dǎo)致NOX排放下降[2]。

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)排放污染物試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)排放污染物對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果，如表3 所列。

表3 發(fā)動(dòng)機(jī)怠速排放污染物對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表3，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)燃用醇類混合燃料時(shí)，常規(guī)排放污染物CO、HC、NOX的含量均低于發(fā)動(dòng)機(jī)燃用93 號(hào)汽油時(shí)常規(guī)排放污染物的含量；發(fā)動(dòng)機(jī)燃用醇類混合燃料時(shí)的CO 和HC 排放量相近；發(fā)動(dòng)機(jī)燃用醇類混合燃料時(shí)的NOX排放量，E20 較E10 下降較多，M30 較M15 下降較多，呈現(xiàn)混合燃料內(nèi)醇類含量越高，NOX排放量越少的趨勢(shì)。

從NOX排放量的影響因素分析，醇類燃料的分子含氧特性和準(zhǔn)a 相對(duì)93 號(hào)汽油的增加，是減少CO、HC 排放的有利因素、是導(dǎo)致NOX排放量增加的因素。但由于發(fā)動(dòng)機(jī)是在怠速條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，混合氣燃燒溫度不高，因此，使得發(fā)動(dòng)機(jī)燃用醇類混燃料在怠速運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的NOX排放量并沒有增加。

2.2 全負(fù)荷速度特性排放污染物試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷速度特性排放污染物對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果如圖1、圖2 和圖3 所示。

圖1 全負(fù)荷速度特性CO 排放對(duì)比曲線

圖2 全負(fù)荷速度特性HC 對(duì)比曲線

圖3 全負(fù)荷速度特性NOX 排放對(duì)比曲線

根據(jù)圖1、圖2、圖3，在全負(fù)荷工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)燃用醇類混合燃料時(shí)的CO 和HC 的排放濃度均低于發(fā)動(dòng)機(jī)燃用93 號(hào)汽油時(shí)的排放濃度；發(fā)動(dòng)機(jī)燃用E20 時(shí)的CO 和HC 的排放濃度低于發(fā)動(dòng)機(jī)燃用E10時(shí)的排放濃度；發(fā)動(dòng)機(jī)燃用M30 時(shí)的CO 和HC 的排放濃度低于發(fā)動(dòng)機(jī)燃用M15 時(shí)的排放濃度；總體上呈現(xiàn)混合燃料內(nèi)醇含量越高，CO 和HC 的排放濃度降低的趨勢(shì)。發(fā)動(dòng)機(jī)燃用醇類混合燃料時(shí)的NOX排放量總體上低于發(fā)動(dòng)機(jī)燃用93 號(hào)汽油時(shí)的排放濃度，但發(fā)動(dòng)機(jī)燃用不同醇類混合燃料時(shí)的NOX排放濃度，M30 低于M15、E10 和E20，而M15、E10 和E20 之間沒有明顯不同。發(fā)動(dòng)機(jī)在全負(fù)荷工況下工作時(shí)，準(zhǔn)a 處于較小狀態(tài)，醇類混合燃料較93 號(hào)汽油相比準(zhǔn)a 值偏大，是導(dǎo)致CO 和HC 的排放濃度降低的原因；而準(zhǔn)a 值偏大對(duì)NOX排放濃度的影響沒有抵銷醇類混合燃料汽化潛熱大對(duì)燃燒溫度的影響，使得發(fā)動(dòng)機(jī)燃用醇類混合燃料的NOX排放濃度降低。

3 結(jié)束語(yǔ)

在進(jìn)行怠速試驗(yàn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)燃用醇類混合燃料的CO、HC、NOX的排放濃度均低于發(fā)動(dòng)機(jī)燃用93 號(hào)汽油時(shí)污染物排放濃度；發(fā)動(dòng)機(jī)燃用醇類混合燃料時(shí)的NOX排放量，呈現(xiàn)混合燃料內(nèi)醇類含量越高，NOX排放量越少的趨勢(shì)。在全負(fù)荷工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)燃用醇類混合燃料時(shí)的CO 和HC 的排放濃度均低于發(fā)動(dòng)機(jī)燃用93 號(hào)汽油時(shí)的排放濃度，總體上呈現(xiàn)混合燃料內(nèi)醇含量越高，CO 和HC 的排放濃度降低的趨勢(shì)；發(fā)動(dòng)機(jī)燃用醇類混合燃料時(shí)的NOX排放量總體上低于發(fā)動(dòng)機(jī)燃用93 號(hào)汽油時(shí)的排放濃度，但發(fā)動(dòng)機(jī)燃用不同醇類混合燃料時(shí)的NOX排放濃度，M30 低于M15、E10 和E20，而M15、E10 和E20 之間沒有明顯不同。

[1]劉 筠. 甲醇及乙醇替代汽油的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益分析[J].科技信息，2009，(04)：359- 360.

[2]周龍保，劉巽俊，高宗英編著.內(nèi)燃機(jī)學(xué)第二版[J]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.