乙醇油發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究,乙醇,發(fā)動(dòng)機(jī),改進(jìn),改良,關(guān)鍵技術(shù),實(shí)驗(yàn),試驗(yàn),研究,鉆研 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 乙醇油發(fā)動(dòng)機(jī)燃油排放性對(duì)比試驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)日期 2011.05.15 指導(dǎo)教師 齊曉杰 同組人數(shù) 1 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn) 土木樓1樓盤測(cè)功機(jī)實(shí)驗(yàn)室 實(shí)驗(yàn)類型 □驗(yàn)證性 ■綜合性 □設(shè)計(jì)性 □其他 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．通過比較試驗(yàn)找出乙醇摻雜比例對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放性的影響規(guī)律； 2．通過實(shí)驗(yàn)對(duì)乙醇油發(fā)動(dòng)機(jī)存在問題進(jìn)行分析； 二、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備 AVL AMA i60雙路直采排放分析系統(tǒng) FC2000發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控系統(tǒng) 東安發(fā)動(dòng)機(jī) 1.實(shí)驗(yàn)用汽油機(jī) 汽油機(jī)采用東安發(fā)動(dòng)機(jī) 型號(hào)4G18系列發(fā)動(dòng)機(jī)如圖1，該發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力表現(xiàn)優(yōu)異，4G18型發(fā)動(dòng)機(jī)的排量為1.584升，壓縮比為9.5；最大功率為73.5KW/6000 r/min，最大扭矩為133.5N. m. 4G18系列發(fā)動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、排量適中、動(dòng)力性好、安全性高、用途廣泛等特點(diǎn)，是經(jīng)濟(jì)型轎車的理想動(dòng)力裝置，適合為家用轎車和多功能車配套。由于該產(chǎn)品采用4氣門多點(diǎn)電子噴射等科技含量較高的新技術(shù)，使其不但完全滿足我國(guó)新的排放法規(guī)的要求，而且達(dá)到了“歐洲3"和“歐洲4"排放標(biāo)準(zhǔn)。 圖1 東安發(fā)動(dòng)機(jī)4G18系列發(fā)動(dòng)機(jī) 表1 東安發(fā)動(dòng)機(jī)4G18系列發(fā)動(dòng)機(jī)信息 2.FC2000發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng) FC2000發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)如圖3.2在設(shè)計(jì)過程中吸取了奧地利AVL公司SUCK公司發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)。測(cè)控儀采用數(shù)字增量電壓控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速／轉(zhuǎn)矩且無擾動(dòng)切換控制；液晶顯示測(cè)量參數(shù)，使測(cè)控儀的易操作性、及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速／轉(zhuǎn)矩的控制穩(wěn)定性得到很大的提高。FC2000的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用了國(guó)際流行的CAN現(xiàn)場(chǎng)總線通訊協(xié)議和模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)；各種不同的傳感器輸出的信號(hào)，集中到CAN智能模塊調(diào)理成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號(hào)，并通過總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，可使多套測(cè)控系統(tǒng)組成局域網(wǎng)絡(luò)，便于集中管理。 圖2 FC2000發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng) FC2000發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)是為滿足發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)中各種不同類型的柴油機(jī)、汽油機(jī)、天然氣、液化氣發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)和出廠試驗(yàn)而精心設(shè)計(jì)大型測(cè)控系統(tǒng)。它可與國(guó)內(nèi)外各種不同的水力、電渦流、電力測(cè)功機(jī)配套使用，用于控制和測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率、燃油及燃?xì)庀牧俊囟?、壓力、流量等各種不同類型的參數(shù)。 主要特點(diǎn)： （1）采用先進(jìn)的CAN現(xiàn)場(chǎng)總線通訊協(xié)議，符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS011898 （CAN）。 （2）具有簡(jiǎn)化的網(wǎng)絡(luò)特性，并可使多套測(cè)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，系統(tǒng)的功能擴(kuò)展不需要重新布線，可就近接在原有的模塊上非接觸，無磨損的數(shù)字電位器給定方式。 （3）數(shù)字分段PID調(diào)節(jié)控制轉(zhuǎn)速、負(fù)荷，保證控制的穩(wěn)定性。 （4）各種控制特性的無擾動(dòng)切換。 （5）多種控制特性可滿足發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的要求。 （6）模塊化設(shè)計(jì)使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，具有無可比擬的可靠性和可維護(hù)性。 （7）數(shù)字密碼授權(quán)，保證了測(cè)控儀關(guān)鍵參數(shù)不能越權(quán)操作。 （8）越限三級(jí)報(bào)警（報(bào)警、保護(hù)、緊急停車）。 （9）功能齊全的軟件支持。 （10）各測(cè)量參數(shù)的數(shù)字化標(biāo)定，取代了傳統(tǒng)的電位器標(biāo)定。 （11）用戶可隨意編制線性化表格，以運(yùn)用各種非線性輸出的傳感器。 技術(shù)指標(biāo)： 1．轉(zhuǎn)速測(cè)量精度：士lr/min 2.轉(zhuǎn)速控制精度：士5r/min 3.扭矩測(cè)量精度：士0.4％F. S 4.扭矩控制精度：士0．4％F. S 5.油耗測(cè)量精度：士0.2％F. S 6.變換工況過渡時(shí)間：不大于los 3. AVL i60智能排放儀 AVL 公司生產(chǎn)的AMA I60雙路直采氣體排放分析系統(tǒng)配置滿足歐Ⅲ，具有擴(kuò)展到歐洲Ⅳ號(hào)排放法規(guī)要求的排放濃度進(jìn)行精確測(cè)試要求的能力。其組成主要包括樣氣處理單元、采樣單元和分析單元，可用于測(cè)量各種濃度范圍的CO、NOX、THC、O2、CH4、CO2等氣體排放。 AMA I60具有催化器前及催化器后測(cè)量管路分析單元，可用于催化器轉(zhuǎn)化效率試驗(yàn)，其四條采樣管路，可滿足發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架及整車臺(tái)架的共用需要。 AMA I60主要技術(shù)參數(shù) （1）根據(jù)標(biāo)定氣體的實(shí)際值，測(cè)量誤差必須不超過1% F.S； （2）濃度小于100ppm時(shí)，測(cè)量誤差必須不超過±1ppm； 三.實(shí)驗(yàn)方案 (1)怠速實(shí)驗(yàn) ①實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 評(píng)定發(fā)動(dòng)機(jī)不帶負(fù)荷下的排放特性。 ②實(shí)驗(yàn)方法 發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)，在不同轉(zhuǎn)速下進(jìn)行測(cè)量。實(shí)驗(yàn)中測(cè)量點(diǎn)的轉(zhuǎn)速分別選取為1 600r／min，2000r／min和2400r／min，2800r／min在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)，待發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定1分鐘后開始測(cè)量。 ⑨測(cè)量項(xiàng)目 CO、HC、NOx的排放值。 （2）部分負(fù)荷工況實(shí)驗(yàn) ①實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 在規(guī)定轉(zhuǎn)速下，評(píng)定發(fā)動(dòng)機(jī)部分負(fù)荷下的排放特性。 ②實(shí)驗(yàn)方法 在適當(dāng)轉(zhuǎn)速下進(jìn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變，從小負(fù)荷10N·m開始，保持節(jié)氣門開度不變，每次多加載10N·m直至80N·m。記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)速分別固定在：l600r／min，2000r／min和2400r／min，2800r／min在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)，待發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定1分鐘后開始測(cè)量。 ③測(cè)量項(xiàng)目 CO、HC、NOx的排放值。 四.測(cè)試數(shù)據(jù) 1.CO排放 CO 1600轉(zhuǎn)速排放隨轉(zhuǎn)矩變化（ppm） 轉(zhuǎn)矩 E10 E0 E15 E5 10 4553 6.087 6.511 2.844 20 4479 72.92 711.9 2063 30 2067 211.3 1217 1777 40 1081 327.7 822 443.1 50 313.7 458.5 776.3 512.1 60 453.7 417.7 818.4 570 70 604.9 835.7 665 1094 CO 2000轉(zhuǎn)速排放隨轉(zhuǎn)矩變化（ppm） 轉(zhuǎn)矩 E10 E0 E15 E5 10 79.71 82.14 78.12 81.3 20 199.33 201.6 195.6 198.5 30 255.9 288.2 248.63 267.5 40 556.12 597.3 512.69 557.13 50 933.2 1263 876.96 1102 60 1636 1965 1542 1799 70 1856 2018 1795 1963 CO 2400轉(zhuǎn)速排放隨轉(zhuǎn)矩變化（ppm） 轉(zhuǎn)矩 E10 E0 E15 E5 10 536.15 567.32 512.7 556.3 20 564.38 576.39 536.12 574.29 30 723.14 783.26 689.62 752.68 40 963 1216 892.36 1026 50 1256 1548 919.8 1324 60 1803 2511 2413 2036 70 2813 3561 2759 2993 80 3402 4790 3276 4367 CO 2800轉(zhuǎn)速排放隨轉(zhuǎn)矩變化（ppm） 轉(zhuǎn)矩 E10 E0 E15 E5 10 391.8 592 303.53 490.2 20 216.6 428.5 428.5 411.36 30 449.5 603.3 603.3 562.37 40 896.3 1237 1237 695.1 50 1263 1768 1282 1529 60 1635 1909 1379 1802 70 2121 2267 1895 2036 80 2748 3621 2912 2638 90 4381 6648 3459 5793 2.HC排放 HC 1600轉(zhuǎn)速排放隨轉(zhuǎn)矩變化（ppm） 轉(zhuǎn)矩 E10 E0 E15 E5 10 96.32 97.35 89.46 95.99 20 58.21 63.3 52.6 60.71 30 52.86 302.2 41.85 60.32 40 45.73 177.3 36.04 51.95 50 40.6 121.4 30.02 47.06 60 36.72 116.6 26.26 39.63 70 30.47 123.9 22.66 19.04 HC 2000轉(zhuǎn)速排放隨轉(zhuǎn)矩變化（ppm） 轉(zhuǎn)矩 E10 E0 E15 E5 10 80.22 89.63 61.96 81.26 20 61.54 75.76 55.07 61.89 30 52.84 59.93 47.3 52.44 40 42.58 51.29 39.8 46.13 50 40.34 39.08 34.7 39.58 60 36.64 35.26 28.23 33.5 70 29.86 27.91 24.47 30.54 HC 2400轉(zhuǎn)速排放隨轉(zhuǎn)矩變化（ppm） 轉(zhuǎn)矩 E10 E0 E15 E5 10 57.05 67.73 50.36 56.54 20 53.55 59.36 52.03 56.22 30 50.15 55.13 41.74 45.05 40 40.37 49.56 37.5 40.73 50 33.36 41.26 30.98 35.19 60 32.23 33.86 28.73 35.73 70 30.74 36.32 25.12 31.65 80 27.7 29.54 24.05 32.2 HC 2800轉(zhuǎn)速排放隨轉(zhuǎn)矩變化（ppm） 轉(zhuǎn)矩 E10 E0 E15 E5 10 42.8 55.26 41.36 48.26 20 45.07 51.9 42.06 48.38 30 44.07 42.48 38.74 46.7 40 38.35 37.39 34.13 39.27 50 30.15 34.9 30.19 33.65 60 27.26 30.41 26.33 29.8 70 25.43 28.22 24.69 28.69 80 29.77 29.3 25.29 28.51 90 30.97 32.61 38.77 38.09 3. NOx排放 NOX 1600轉(zhuǎn)速排放隨轉(zhuǎn)矩變化（ppm） 轉(zhuǎn)矩 E10 E0 E15 E5 10 478.3 478.2 774.7 456.5 20 865.2 635 1251 780.1 30 744 562.3 978.2 698.9 40 917 411.1 817 516.9 50 849.3 507.7 1078 633 60 1006 637.8 787.4 751.4 70 573.3 353.6 497.5 921 NOX 2000轉(zhuǎn)速排放隨轉(zhuǎn)矩變化（ppm） 轉(zhuǎn)矩 E10 E0 E15 E5 10 346.9 292.5 654.8 435.8 20 639.1 618.2 1018 670.4 30 743.9 271.2 950.7 539.5 40 430.3 238.8 1064 351.6 50 422.9 319.6 759.2 339.2 60 544.2 277.1 602.3 389.5 70 539.7 374.5 1016 545.7 NOX 2400轉(zhuǎn)速排放隨轉(zhuǎn)矩變化（ppm） 轉(zhuǎn)矩 E10 E0 E15 E5 10 136.7 75.11 249.6 87.35 20 698.36 369.4 835.4 458.39 30 365.2 203.9 487.7 325 40 460 396.32 597.1 343.56 50 536.67 323 678.5 396.86 60 671.8 509.1 693.2 527.8 70 696 549.3 700.4 569.36 80 634.7 597.8 716.1 603.2 NOX 2800轉(zhuǎn)速排放隨轉(zhuǎn)矩變化（ppm） 轉(zhuǎn)矩 E10 E0 E15 E5 10 181.5 162.2 280.7 246.4 20 648.4 451.1 740.9 570.1 30 791.3 461.1 813.26 560.5 40 840.3 514.5 952.1 809.4 50 746.7 563.49 996.34 526.4 60 676.7 834.3 1022 746.4 70 924.2 755.3 856 696.7 80 1013 995 725.8 789.9 90 898.2 1099 1242 971 五.實(shí)驗(yàn)分析 1.CO排放 1600r/min CO排放對(duì)比 2000r/min CO排放對(duì)比 2400r/min CO排放對(duì)比 2800r/min CO排放對(duì)比 在一定轉(zhuǎn)速下，隨著負(fù)荷的加大，五種燃料CO的排放曲線緩慢變化最后出現(xiàn)上升趨勢(shì)達(dá)到最大值。 這是由于電控發(fā)動(dòng)機(jī)在中小負(fù)荷工況時(shí)是實(shí)行閉環(huán)控制的，根據(jù)安裝在排氣管上的氧傳感器的反饋信號(hào)控制過量空氣系數(shù)基本保持在1．0左右，此時(shí)汽油機(jī)用經(jīng)濟(jì)混合氣工作，基本上可以保證燃料充分燃燒；另一方面，隨著摻燒乙醇比例的增大，電控系統(tǒng)使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量自動(dòng)減小，以維持過量空氣系數(shù)保持在1．O左右。因此，在中小負(fù)荷工況，各種燃料的CO排放變化都不大，趨勢(shì)比較平穩(wěn)。而在大負(fù)荷時(shí)，電噴汽油機(jī)為了輸出較大的功率將會(huì)增加噴油量以形成濃混合氣，導(dǎo)致過量空氣系數(shù)小于1．O，這就使得CO的排放開始上升。 三種乙醇混合燃料的排放效果均優(yōu)于純汽油時(shí)的排放，并且隨著摻燒乙醇比重的增加，CO排放有明顯改善。這是因?yàn)橐掖计腿剂献詳y氧要比空氣中的氧更有助于充分燃燒，或者說原子氧要比分子氧更容易參加化學(xué)反應(yīng)，加之混合燃料中乙醇的C／H小于汽油，汽化潛熱大于汽油，有利于混合氣的充分燃燒。乙醇化學(xué)結(jié)構(gòu)中的羥基OH使其燃燒反應(yīng)特點(diǎn)與汽油中的各種烴類的有所不同，其燃燒速度和火焰?zhèn)鞑ニ俣雀哂谄?，這也是摻燒乙醇后CO排放得以改善的另一個(gè)原因 CO排放曲線的變化趨勢(shì)都是開始較為平穩(wěn)，后來上升很快；同時(shí)，隨著摻醇率的提高，CO的排放依次降低。這是由于電控噴油發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比控制策略來決定的，在發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到某一轉(zhuǎn)速或者負(fù)荷時(shí)，就要增大噴油量，以形成功率混合氣，而高轉(zhuǎn)速段混合氣的形成時(shí)間較短。所以，在高轉(zhuǎn)速段CO的排放均有所上升。同樣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純汽油。 2.HC排放 1600r/min HC排放對(duì)比 2000r/min HC排放對(duì)比 2400r/min HC排放對(duì)比 2800r/min HC排放對(duì)比 HC排放曲線的變化趨勢(shì)相近，乙醇混合燃料E5 E10 E15 的排放效果均優(yōu)于燃用純汽油時(shí)的排放，并且隨著摻燒乙醇比重的增加，HC的排放依次降低。 這是因?yàn)樵陂]環(huán)控制區(qū)域內(nèi)，ECU的控制策略使過量空氣系數(shù)保持在1.0到1.05之間，五種燃料基本上都可以完全燃燒。然而由于乙醇的含氧量高，當(dāng)乙醇加入后，混合燃料的含氧量獲得提高，也使燃燒得以改善，燃料含氧降低了中小負(fù)荷工況下因?yàn)榛旌蠚膺^稀引起的HC淬熄排放，也降低了高負(fù)荷工況下因?yàn)榛旌蠚膺^濃導(dǎo)致的HC不完全燃燒排放從而降低了未燃HC的排放量。由此可知，即使在不缺氧的閉環(huán)區(qū)域，乙醇燃料的加入或者燃料含氧量的增加仍可改善燃燒。這也說明燃料自攜氧對(duì)降低HC效果要優(yōu)于空氣中的氧氣。 3.NOx排放 1600r/min NOx排放對(duì)比 2000r/min NOx排放對(duì)比 2400r/min NOx排放對(duì)比 2800r/min NOx排放對(duì)比 E5、E10、E 15和的排放均高于燃用純汽油時(shí)的排放，并且隨著摻燒乙醇比重的增加，NOx的排放依次增加。 在部分負(fù)荷工況下，隨著負(fù)荷的增加，NOx的排放都是先增加再減少，這是由于發(fā)動(dòng)機(jī)在小負(fù)荷時(shí)，缸內(nèi)溫度比較低，因而NOx排放較低；發(fā)動(dòng)機(jī)在中等負(fù)荷時(shí)，混合氣濃度變化不大，但是缸內(nèi)溫度上升了，所以排放有所增加。而發(fā)動(dòng)機(jī)在大負(fù)荷時(shí)，供給較濃混合氣，氧不足，即使此時(shí)缸內(nèi)溫度較高，NOx的生成也被抑制了。 教師評(píng)語 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較完整□ 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完整□ 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本完整□ 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不完整□ 結(jié)論正確□ 結(jié)論基本正確□ 結(jié)論不正確□ 報(bào)告書寫較認(rèn)真□ 報(bào)告書寫認(rèn)真□ 報(bào)告書寫一般□ 報(bào)告書寫不認(rèn)真□ 成績(jī) 優(yōu)□ 良□ 中□ 及格□ 不及格□ 指導(dǎo)教師簽字： 2010年 月 日 注：欄內(nèi)項(xiàng)目可根據(jù)實(shí)際情況增減、變動(dòng)