乙醇汽油對發動機排氣噪聲影響的試驗研究

郝朝增，殷 俊，黃 華，蒲傳明

（1.上海紅湖排氣系統有限公司，上海 201805；2.同濟大學汽車學院，上海 201804）

乙醇汽油對發動機排氣噪聲影響的試驗研究

郝朝增1，殷 俊1，黃 華2，蒲傳明1

（1.上海紅湖排氣系統有限公司，上海 201805；2.同濟大學汽車學院，上海 201804）

在發動機上試驗研究了發動機燃用乙醇汽油燃料對發動機排氣噪聲的影響。研究結果表明：外特性下排氣噪聲的變化規律與汽油相同，隨轉速增加而增大；與汽油（E0）相比，在中、低轉速下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；排氣噪聲；燃燒

由于石油資源短缺和汽車排放對環境污染的日益嚴重，開發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，其性質接近汽油。乙醇的辛烷值高，是提高汽油辛烷值的優良添加劑，并且沒有毒性，且與汽油相容性好（含水乙醇需添加劑），易實現各種比例摻燒。

研究表明[1～7]，汽油機燃用乙醇汽油混合燃料擴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濟性，另外還可以通過增加汽油機的壓縮比來提高發動機的動力性和經濟性；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境兩個重要因素。目前對于發動機燃用替代能源的研究，通常只關注發動機動力性、經濟性和排放性，沒有研究對排氣噪聲的影響，未能全面研究環境影響因素。為此，筆者試驗研究了使用（含水）乙醇汽油對發動機排氣噪聲的影響，為今后環境綜合評價提供試驗數據支持。

1 發動機及試驗儀器及設備

研究用發動機為某公司提供的汽油機，主要技術參數見表1。

主要試驗儀器及設備為SW160電渦流測功機、Fc2000發動機自動測控系統、FC2210Z油耗儀、DEWE5000燃燒分析儀，以及SCADASMOBILE噪聲采集系統。當電控汽油機改燃乙醇汽油時，其結構參數未作任何調整，在相同條件下了解燃用（含水）乙醇汽油對汽油機的性能影響。

表1 汽油機主要技術參數

試驗儀器布置如圖1所示。

圖1 發動機臺架試驗示意圖

2 試驗結果及分析

2.1 乙醇對普通汽油物化性質的影響

試驗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，含水乙醇汽油的熱值相應比乙醇汽油低一些[8]。

從表2可以看出，乙醇汽油的熱值低于普通汽油的熱值，其熱值只相當于普通汽油的93.5%。這意味在噴油量相等時汽油機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數為10%的乙醇，其理論空燃比有所下降，大約為14.1。電控汽油機改燃乙醇汽油時，由于原機ECU的燃油控制策略是基于純汽油標定的，所以在空燃比閉環控制的工況，ECU會發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對比

因此，從理論上分析可以得出：電控汽油機改燃乙醇汽油時，在不改動發動機總體結構和電控單元的控制策略情況下，對空燃比閉環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。電控汽油機燃用（含水）乙醇汽油后，外特性下排氣噪聲的變化規律與汽油相同，隨轉速增加而增大；與汽油（E0）相比，在中、低轉速下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律比較復雜。汽油機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，使得燃料的點火延遲時間變長、火焰傳播速度降低，缸內最大燃燒壓力下降，排氣噪聲下降；隨著轉速不斷增大，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中的水氣在缸內的高溫和高壓環境中，體積瞬間膨脹了數千倍，也增大了燃燒壓力，使得E10W的排氣噪聲高于E10。

3 結論

（1）針對目前對于發動機燃用替代能源的研究，通常只關注發動機動力性、經濟性和排放性，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研究和燃燒分析。

（2）電控汽油機燃用（含水）乙醇汽油后，外特性下排氣噪聲的變化規律與汽油相同，隨轉速增加而增大；與汽油（E0）相比，在中、低轉速下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，對環境的影響不是簡單地改善和加重環境污染，需要綜合考慮與評價。

[1]許滄粟.汽油機燃用乙醇和汽油混合燃料的試驗研究[J].環境科學學報，2004，24（4）：734-738.

[2]何邦全，王建聽，郝吉明，等.乙醇－汽油燃料電噴汽油機的排放及催化性能[J].內燃機學報，2002，20（6）：529-533.

[3]PoulopoulosSG,samaras D P,Philippopoulos C J.Regulated and Unregulated Emissions from an InternalCombustion Engine 0perating on Ethanol-Containing Fuels[J].Atmospheric Environment,2001,35(26):4399-4406.

[4]Al-Hasan M．Effectof Ethanol-Unleaded Gasoline Blends on Engine Performance and Exhaust Emission[J].Energy Conversion and Management,2003,44(9):1547-1561.

[5]FikretYukesl,BedriYuksel.The Use of Ethonal-Gasoline Blend as a Fuel in an SIEngine[J].Renewable Energy,2004,29(7):1181-1191.

[6]Hsieh Weidong，chenRonghong,Wu Tsunglin,et al.Engine Performance and Pollutant Emission of an SI Engine Using Ethanol-Gasoline Blend Fuels[J].Atmospheric Environment,2002,36(3):403-410.

[7]Bata R M,Roan V P.Effects of Ethanol and/or Methanol in Alcolhol-Gasoline Blends on Exhaust Emissions[J].Engineering for Gas Turbinesand Power,1989,111(3):432-438.

[8]錢葉劍，談建，左承基，等.車用乙醇汽油對電噴汽油機性能影響的實驗研究[J].內燃機學報，2006，24（4）：320-325.

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，上海紅湖排氣系統有限公司。