乙醇汽油對發(fā)動機(jī)排氣噪聲影響的試驗(yàn)研究

郝朝增，殷 俊，黃 華，蒲傳明

（1.上海紅湖排氣系統(tǒng)有限公司，上海 201805；2.同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院，上海 201804）

乙醇汽油對發(fā)動機(jī)排氣噪聲影響的試驗(yàn)研究

郝朝增1，殷 俊1，黃 華2，蒲傳明1

（1.上海紅湖排氣系統(tǒng)有限公司，上海 201805；2.同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院，上海 201804）

在發(fā)動機(jī)上試驗(yàn)研究了發(fā)動機(jī)燃用乙醇汽油燃料對發(fā)動機(jī)排氣噪聲的影響。研究結(jié)果表明：外特性下排氣噪聲的變化規(guī)律與汽油相同，隨轉(zhuǎn)速增加而增大；與汽油（E0）相比，在中、低轉(zhuǎn)速下E10和E10W的排氣噪聲下降，最大下降6 dB(A)（E10，2 000r/min下），而高轉(zhuǎn)速下排氣噪聲上升，最大上升5 dB(A)（E10和E10W，6 000r/min下）；總體上看，E10W的排氣噪聲要高于E10。

乙醇汽油；混合燃料；電噴汽油機(jī)；排氣噪聲；燃燒

由于石油資源短缺和汽車排放對環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，開發(fā)替代能源已引起各國研究者的重視[1～4]。乙醇是一種可以從糧食和植物中提取的可再生的生物能源，其性質(zhì)接近汽油。乙醇的辛烷值高，是提高汽油辛烷值的優(yōu)良添加劑，并且沒有毒性，且與汽油相容性好（含水乙醇需添加劑），易實(shí)現(xiàn)各種比例摻燒。

研究表明[1～7]，汽油機(jī)燃用乙醇汽油混合燃料擴(kuò)大了混合氣的著火界限（乙醇的氧含量高），這樣可以通過使用稀混合氣來提高燃油經(jīng)濟(jì)性，另外還可以通過增加汽油機(jī)的壓縮比來提高發(fā)動機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性；添加10%～15%的乙醇，可以減少CO排放14%～43%，HC排放也可以減少7%～14%左右，但NOx排放會增加或減少5%左右。

排放和噪聲是影響環(huán)境兩個重要因素。目前對于發(fā)動機(jī)燃用替代能源的研究，通常只關(guān)注發(fā)動機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性，沒有研究對排氣噪聲的影響，未能全面研究環(huán)境影響因素。為此，筆者試驗(yàn)研究了使用（含水）乙醇汽油對發(fā)動機(jī)排氣噪聲的影響，為今后環(huán)境綜合評價提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持。

1 發(fā)動機(jī)及試驗(yàn)儀器及設(shè)備

研究用發(fā)動機(jī)為某公司提供的汽油機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)見表1。

主要試驗(yàn)儀器及設(shè)備為SW160電渦流測功機(jī)、Fc2000發(fā)動機(jī)自動測控系統(tǒng)、FC2210Z油耗儀、DEWE5000燃燒分析儀，以及SCADASMOBILE噪聲采集系統(tǒng)。當(dāng)電控汽油機(jī)改燃乙醇汽油時，其結(jié)構(gòu)參數(shù)未作任何調(diào)整，在相同條件下了解燃用（含水）乙醇汽油對汽油機(jī)的性能影響。

表1 汽油機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

試驗(yàn)儀器布置如圖1所示。

圖1 發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)示意圖

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 乙醇對普通汽油物化性質(zhì)的影響

試驗(yàn)所用的三種燃料分別是93#普通汽油（用E0表示）、93#乙醇汽油（乙醇在整個混合燃料的比例為10%，用E10表示）和93#含水乙醇汽油（水的比例為5%，乙醇為10%，表示為E10W）。表2列舉了汽油和乙醇汽油（E10）兩種燃料的主要物化性質(zhì)，含水乙醇汽油的熱值相應(yīng)比乙醇汽油低一些[8]。

從表2可以看出，乙醇汽油的熱值低于普通汽油的熱值，其熱值只相當(dāng)于普通汽油的93.5%。這意味在噴油量相等時汽油機(jī)燃用乙醇汽油時動力性會下降6%左右。從表中還可以看出，普通汽油的理論空燃比為14.7，而乙醇汽油由于添加了體積分?jǐn)?shù)為10%的乙醇，其理論空燃比有所下降，大約為14.1。電控汽油機(jī)改燃乙醇汽油時，由于原機(jī)ECU的燃油控制策略是基于純汽油標(biāo)定的，所以在空燃比閉環(huán)控制的工況，ECU會發(fā)出指令增加乙醇汽油的供油量。

表2 普通汽油與乙醇汽油的性質(zhì)對比

因此，從理論上分析可以得出：電控汽油機(jī)改燃乙醇汽油時，在不改動發(fā)動機(jī)總體結(jié)構(gòu)和電控單元的控制策略情況下，對空燃比閉環(huán)控制的工況其動力性有輕微的降低，燃油消耗率會增加。

2.2 外特性下對排氣噪聲的影響

圖2為外特性下的排氣噪聲。電控汽油機(jī)燃用（含水）乙醇汽油后，外特性下排氣噪聲的變化規(guī)律與汽油相同，隨轉(zhuǎn)速增加而增大；與汽油（E0）相比，在中、低轉(zhuǎn)速下E10和E10W的排氣噪聲下降，最大下降6 dB(A)（E10，2 000 r/min下），而高轉(zhuǎn)速下排氣噪聲上升，最大上升5 dB(A)（（E10和E10W，6 000 r/min下）；總體上看，E10W的排氣噪聲要高于E10。

圖2 排氣噪聲

2.3 燃燒分析

圖3為6 000 r/min下的缸壓曲線，從圖中可以看出，E10和E10W的最高燃燒壓力高于E0約10 Bar。這說明E10和E10W的燃燒狀況要好于E0。

圖3 6 000 r/m in氣缸壓力

2.4 燃燒對排氣噪聲的影響分析

燃燒對排氣噪聲的影響規(guī)律比較復(fù)雜。汽油機(jī)的主要噪聲源是燃燒噪聲和排氣噪聲，其中燃燒噪聲直接影響排氣噪聲。在中、低轉(zhuǎn)速下，由于（含水）乙醇的加入，增加了汽化潛熱，燃燒溫度降低，使得燃料的點(diǎn)火延遲時間變長、火焰?zhèn)鞑ニ俣冉档停變?nèi)最大燃燒壓力下降，排氣噪聲下降；隨著轉(zhuǎn)速不斷增大，燃燒溫度上升，（含水）乙醇改善了燃燒效果，使得最大燃燒壓力上升，排氣噪聲升高；另外一方面，E10W中的水氣在缸內(nèi)的高溫和高壓環(huán)境中，體積瞬間膨脹了數(shù)千倍，也增大了燃燒壓力，使得E10W的排氣噪聲高于E10。

3 結(jié)論

（1）針對目前對于發(fā)動機(jī)燃用替代能源的研究，通常只關(guān)注發(fā)動機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性，而忽視了對噪聲的影響。本文開展了燃用乙醇汽油的排氣噪聲試驗(yàn)研究和燃燒分析。

（2）電控汽油機(jī)燃用（含水）乙醇汽油后，外特性下排氣噪聲的變化規(guī)律與汽油相同，隨轉(zhuǎn)速增加而增大；與汽油（E0）相比，在中、低轉(zhuǎn)速下E10和E10W的排氣噪聲下降，最大下降6dB(A)（E10，2 000 r/min下），而高轉(zhuǎn)速下排氣噪聲上升，最大上升5 dB(A)（E10和E10W，6 000 r/min下）；總體上看，E10W的排氣噪聲要高于E10。

（3）汽車燃用替代能源，對環(huán)境的影響不是簡單地改善和加重環(huán)境污染，需要綜合考慮與評價。

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ExhaustNoise ExperimentalResearch on Using Alcohol-Gasoline

Fuel in Electronically ControlSIEngine HAOChao-zeng1，YIN Jun1，HUANGHua2，PUChuan-ming1
(1.ShanghaiHonghu ExhaustSystem Co，Ltd，Shanghai201805，China；2.Schoolof Auto studies，TongjiUniversity，Shanghai201804，China)

This paper investigates engine exhaust noise of a commercialelectronicallycontrol SI engine fueled with(hydrous)alcohol-gasoline blended fuel.The result shows rule of exhaust noise is same to gasoline,increasing with engine speed increasing in full load speed character.In low andmiddle speed,exhaustnoise ofburning E10 and E10W decreases,andmax decreases6 dB(A),compared with the original.But in high speed exhaustnoiseincreases,andmax increases5 dB(A),compared with theoriginal.From whole,exhaustnoiseof E10W ishigher than E10.

alcohol-gasoline；blended fuel；electronically control SIengine；exhaustnoise；combustion

TH215

A

1672-545X（2013）05-0270-02

2013-02-05

郝朝增，上海紅湖排氣系統(tǒng)有限公司。