醇汽油混合燃料與車用汽油對發動機排放性能試驗分析

張林輝

（山西機電職業技術學院，山西 長治 046011）

石油資源的日益減少是當今世界性的難題，目前，我國已是石油凈進口國家，在一定程度上嚴重威脅國家的能源安全。相關專家針對國家能源發展的“十二五”規劃的內容進行了前瞻性的分析并指出：新能源在國家的《戰略性新興產業發展規劃》中是一個重要的方面。國內汽車保有量的持續快速增長和石油資源緊缺的雙重壓力，使得醇類混合燃料推廣應用的重要性日益突出，因此，開展醇類混合燃料在發動機上的應用試驗研究具有實際意義。

本文的研究是基于發動機結構不作調整的條件下，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 號汽油的混合燃料(即E10、E20、M15、M30)與燃料為93 號汽油相對比。

1 試驗用儀器設備

1.1 試驗車輛及發動機主要參數

本文試驗用發動機為桑塔納2000GSi AJR 電控燃油噴射發動機，其主要技術指標如表1 所列。

表1 試驗發動機主要技術指標

1.2 發動機性能對比試驗用的主要測試儀器設備如表2 所列

表2 測試儀器設備

2 發動機排放污染物試驗結果分析

發動機常規排放污染物是CO、HC 和NOX。CO是碳氫燃料在燃燒過程中生成的主要中間產物，可燃混合氣的空氣過量系數準a 與CO 排放量是呈正比的；發動機排放中的HC 是未燃燃料的成分，其來源在于：在缸內工作生成，主要是在燃燒過程中，未參加燃燒或未完全燃燒的碳氫燃料；曲軸箱竄氣排入大氣；燃料系統的蒸發。發動機缸內工作生成的HC排放濃度與空氣過量系數有關，一般在混合氣略稀（準a=1.1~1.2）時，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。內燃機排放的NOX絕大多數是NO，溫度、氧含量、反應時間是影響其生成的根本原因。由于過量空氣系數準a 既影響燃燒溫度，又影響燃燒產物中的氧含量，因此，對NOX排放濃度影響較大。發動機燃燒氣體的溫度在準a≈0.9 時達到最高，但這時由于燃氣中的氧含量低，抑制了NO 的生成；當準a 從0.9 左右增大時，氧含量的增加效果大于燃燒溫度下降的結果，NOX排放量的峰值出現在對應準a ≈1.1 的略稀混合氣狀態；如果準a繼續增大，由于溫度下降效果明顯，NOX排放量下降。點火正時對內燃機NOX排放也有較大影響，推遲點火使最高燃燒溫度降低，NOX的生成減少。由于汽油機的最高燃燒溫度與負荷有強烈順變關系，所以，在大負荷時NOX排放多，在小負荷時減少，但前提是在準a 相對不變的情況下。實際上汽油機在接近全負荷時一般都會加濃混合氣，導致NOX排放下降[2]。

2.1 發動機怠速運轉排放污染物試驗結果分析

試驗燃料的發動機怠速運轉排放污染物對比試驗結果，如表3 所列。

表3 發動機怠速排放污染物對比試驗結果

根據表3，當發動機燃用醇類混合燃料時，常規排放污染物CO、HC、NOX的含量均低于發動機燃用93 號汽油時常規排放污染物的含量；發動機燃用醇類混合燃料時的CO 和HC 排放量相近；發動機燃用醇類混合燃料時的NOX排放量，E20 較E10 下降較多，M30 較M15 下降較多，呈現混合燃料內醇類含量越高，NOX排放量越少的趨勢。

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a 相對93 號汽油的增加，是減少CO、HC 排放的有利因素、是導致NOX排放量增加的因素。但由于發動機是在怠速條件下運轉，混合氣燃燒溫度不高，因此，使得發動機燃用醇類混燃料在怠速運轉條件下的NOX排放量并沒有增加。

2.2 全負荷速度特性排放污染物試驗結果分析

試驗燃料的發動機全負荷速度特性排放污染物對比試驗結果如圖1、圖2 和圖3 所示。

圖1 全負荷速度特性CO 排放對比曲線

圖2 全負荷速度特性HC 對比曲線

圖3 全負荷速度特性NOX 排放對比曲線

根據圖1、圖2、圖3，在全負荷工況下，發動機燃用醇類混合燃料時的CO 和HC 的排放濃度均低于發動機燃用93 號汽油時的排放濃度；發動機燃用E20 時的CO 和HC 的排放濃度低于發動機燃用E10時的排放濃度；發動機燃用M30 時的CO 和HC 的排放濃度低于發動機燃用M15 時的排放濃度；總體上呈現混合燃料內醇含量越高，CO 和HC 的排放濃度降低的趨勢。發動機燃用醇類混合燃料時的NOX排放量總體上低于發動機燃用93 號汽油時的排放濃度，但發動機燃用不同醇類混合燃料時的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。發動機在全負荷工況下工作時，準a 處于較小狀態，醇類混合燃料較93 號汽油相比準a 值偏大，是導致CO 和HC 的排放濃度降低的原因；而準a 值偏大對NOX排放濃度的影響沒有抵銷醇類混合燃料汽化潛熱大對燃燒溫度的影響，使得發動機燃用醇類混合燃料的NOX排放濃度降低。

3 結束語

在進行怠速試驗時，發動機燃用醇類混合燃料的CO、HC、NOX的排放濃度均低于發動機燃用93 號汽油時污染物排放濃度；發動機燃用醇類混合燃料時的NOX排放量，呈現混合燃料內醇類含量越高，NOX排放量越少的趨勢。在全負荷工況下，發動機燃用醇類混合燃料時的CO 和HC 的排放濃度均低于發動機燃用93 號汽油時的排放濃度，總體上呈現混合燃料內醇含量越高，CO 和HC 的排放濃度降低的趨勢；發動機燃用醇類混合燃料時的NOX排放量總體上低于發動機燃用93 號汽油時的排放濃度，但發動機燃用不同醇類混合燃料時的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濟效益和社會效益分析[J].科技信息，2009，(04)：359- 360.

[2]周龍保，劉巽俊，高宗英編著.內燃機學第二版[J]. 北京：機械工業出版社，2005.