乙醇汽油发动机性能研究

摘要：乙醇是一种常用的燃料和燃料添加剂，可以充当汽车燃料的替代品，在近代也越来越受到重视。本文讨论了乙醇汽油的理化特性及燃烧特性，并进行了动力性能实验，最后，分析了乙醇汽油发动机的排放性能。

Abstract: Ethanol is a commonly used fuel and fuel additives, which can act as an alternative fuel for vehicles, and draw more and more attention in recent times. This article discusses the physical and chemical properties of ethanol and gasoline combustion characteristics and makes the dynamic performance experiment, finally, analyzes the performance of ethanol gasoline engine emissions.

关键词：乙醇汽油；发动机；性能

Key words: ethanol gasoline; engine; performance

中图分类号：TM32 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）36-0200-01

1乙醇的理化特性

乙醇是一种无色透明、易挥发、易燃，热值较低，气化潜热较高，抗爆性能好，含氧量高的液体，可以作为汽油的代用燃料。乙醇与汽油相比，其密度和汽化潜热前均高于汽油。因此，当内燃机燃用乙醇时，其进气系统或供油系统和燃烧室壁面的热量被乙醇所吸收，有利于提高发动机热效率[3]。

自然界的生物，尤其是农作物在生长过程中利用大气中的二氧化碳进行光合作用，为人类的生存提供基本的物质基础；以农作物为原料利用微生物发酵法生产出乙醇；乙醇在使用过程中，燃烧放热释放二氧化碳到自然界，从而形成良性的生态循环。并且，乙醇作为燃料燃烧后，不会增加空气中二氧化碳的含量，不会加重全球的温室效应，有利于环境保护。

2乙醇的燃烧特性

乙醇燃料含氧，低热值比汽油燃料低，但乙醇燃料的理论空燃比也比汽油燃料的低。在理论空燃比下，单位质量的乙醇燃料空气混合气的热值与汽油燃料混合气的热值基本一致。乙醇的低热值比汽油低得多，如果使用发动机燃用纯乙醇，动力性会明显下降，因此，乙醇常作为掺混燃料使用。乙醇的辛烷值高于汽油，因此乙醇既可以作为良好的汽油机代用燃料，也可以用作提高汽油抗爆性的添加剂。

此外，乙醇的火焰传播速度高于汽油的火焰传播速度，再考虑到乙醇含氧，因此，乙醇发动机的热效率要高于汽油。

3乙醇汽油发动机的动力性能研究

本文选取纯汽油（记作E0）与乙醇汽油（记作E10）进行比较。发动机台架试验表明，EO发动机的功率略低于E10，但二者相差不大，如图1所示。

这是因为，在节气门全开时，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93#汽油的相同，喷入的燃料体积与汽油相同，由于混合燃料的热值低，同样的体积喷油量时乙醇汽油混合燃料的总热值有所降低，导致循环放热量减少造成发动机功率和扭矩有所下降。另一方面，乙醇的汽化潜热值约是汽油的2.9倍，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，使得平均有效压力有所提高，一定程度上又可以保证发动机的动力不致降低。所以，在动发动机的情况下，发动机燃用乙醇汽油混合燃料时，动力性能与燃用93#汽油相差不大。

4乙醇汽油发动机的排放性能研究

乙醇含氧，碳氢比低，燃烧较为完全，燃用混合燃料可以使CO和THC的排放降低；乙醇的热值和燃烧温度低，使NOx排放少。大量的实验研究也表明，不论是与纯汽油、汽油，还是掺烧MTBE相比，掺烧乙醇在降低尾气排放上优于其它燃料。

但是，值得注意的是，乙醇的非常规排放较为严重。K.Varde等人[4]发现燃用混合燃料会产生醛类物质，燃用EM10和EM22所产生的乙醛与燃用汽油大体相当，而燃用EM85在较低的负荷下会排放出较高水平的乙醛。何帮全发现随乙醇含量的增加，排气中的乙醛和乙醇的浓度逐渐增大。

刘方杰等人[5]利用气相色谱仪对不同掺混比乙醇汽油混合燃料的非常规醇醛排放进行了试验研究,研究发现与汽油机相比，E10和E20混合燃料发动机的甲醛、乙醛排放均增大,且随乙醇掺混比的增加而增加；E85混合燃料发动机的甲醛、乙醛排放略有增加,没有E20发动机增加得明显。随负荷的增加，乙醇汽油发动机的乙醛排放整体呈增加的趋势，而甲醛则变化不明显。

５结论

使用乙醇汽油混合燃料，尤其是小比例的掺混乙醇，既能提高燃料的辛烷值和抗爆性能，又无须对汽油机调整和改动，并且能够较好的保持发动机功率、扭矩等动力性能，降低能耗率和排放，减少对环境的污染，满足日益严格的排放法规的要求。同时可以节约石油资源，巴西和美国已经开始大量使用，我国也在积极开展这方面的研究工作，并且在多个省市已经开始全面推广使用乙醇汽油混合燃料。

目前，我国推广的是掺混10％的乙醇汽油，但考虑到乙醇与汽油的理化及燃烧特性的不同，在不同工况下，固定比例的乙醇汽油混合燃料，无法使发动机的动力性能及排放性能达到最优。国外正在研究的乙醇汽油灵活燃料发动机，有利于解决这一问题。

参考文献：

[1]金福祥，张武高，周校平，等.乙醇燃料的研究发展与应用[J].柴油机，2002，5.

[2]王春杰，王玮，汤大钢，等.车用乙醇汽油和无铅汽油对电喷汽车排放性能的影响[J].环境科学，2004，4.

[3]高祥，宋崇林，成存玉，等.乙醇/汽油混合燃料对电喷汽油机排放特性的影响[J].农业机械学报，2005，8.

[４]K. Vattle，A. Jones，A. Knutsen. Exhaust emissionsand energy release rates from a controlled spark ignitionengine using ethanol blends[J] . Automobile Engineering，2007（221）：933－941．

[5]刘方杰，等.乙醇汽油发动机非常规排放及其催化转化的研究[J].西安交通大学学报，2010，1.

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