E28乙醇燃料對發動機性能影響仿真計算

王　丹　徐彩妮　梁稱邦（上汽通用五菱汽車股份有限公司　廣西　柳州　545007）

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E28乙醇燃料對發動機性能影響仿真計算

王丹徐彩妮梁稱邦
（上汽通用五菱汽車股份有限公司廣西柳州545007）

摘要：利用GT-Power軟件對發動機使用E28乙醇汽油后對發動機性能進行分析，對比出兩種燃料使用后的發動機功率、扭矩及燃油經濟性的變化。分析結果表明，使用E28乙醇汽油在優化空燃比及點火提前角后，動力性可提升2.8%，燃料消耗量增大10%。

關鍵詞：乙醇汽油空燃比點火提前角

引言

隨著汽車工業的發展，尾氣造成的環境污染問題越來越突出，同時石油的供給量也逐漸短缺，使用乙醇燃料成為解決石油短缺的一種方法。乙醇的抗爆性比較好，能獲得同汽油同等的動力性，并且使用低濃度乙醇汽油時，對發動機改動較小，所以乙醇燃料成為替代能源中倍受重視的一種。

低濃度的乙醇汽油對現有的發動機改動較少，只需更改密封件及電噴件適應乙醇汽油，并對發動機乙醇汽油適應性標定。因巴西市場現使用的低濃度乙醇汽油普遍為E18～E28，所以本文利用GTPower軟件研究E28乙醇燃料對發動機功率、扭矩及燃料消耗的影響[1-2]。

1乙醇和汽油化學特性比較

乙醇是一種無色透明、易揮發、易燃的液體。汽油是烴類燃料，而醇類是烴基和羥基組成的化合物。這就從化學性質上決定了醇類可以作為內燃機的代用燃料。乙醇與汽油的理化性質差異主要表現如表1所示。

乙醇在燃燒過程中，會產生乙酸，對汽車燃料系統的許多金屬都有腐蝕性，可以腐蝕銅、鐵、鋁、鉛、鎂、鋅及它們的許多合金，且乙醇含量越高，腐蝕性越大；另外，乙醇汽油對橡膠部件有一定的溶脹作用，可導致后者產生溶脹、軟化、龜裂進而失效，對塑料件也有類似的作用。所以使用乙醇燃料時，需要更改發動機的金屬材料和選擇合適的橡膠或塑料材料作為燃料系統部件[3-5]。

表1　乙醇和汽油化學特性比較[1]

2模型搭建

2.1模型建立

原型機為某一企業的1.5L四缸自然吸氣發動機，其主要技術參數如表2所示，利用GT-Power軟件進行仿真，模型建立如圖1所示。

圖1　 GT-power模型

表2　發動機的主要技術參數

2.2模型標定

利用原型機的試驗數據對模型進行標定，模擬得出的發動機功率、扭矩與試驗值趨勢一致。模擬值與試驗值有差異，主要是因為模擬工況及環境與發動機的實際運行工況及環境有差異。

3仿真結果分析

3.1發動機性能對比

發動機扭矩、功率及燃油消耗量如圖4～6所示。

圖2　扭矩仿真值與試驗值對比曲線

圖3　功率仿真值與試驗值對比曲線

圖4　扭矩對比曲線（E28vs汽油）

由圖4和圖5可以看出，在原機標定數據不變的情況下，發動機使用E28乙醇汽油后，發動機功率及扭矩變化不大，增加幅度在1%～2%之間。這是因為乙醇的熱值低于汽油，同等量的乙醇產生的能量低于汽油，但乙醇氧原子含量比汽油多，乙醇和汽油混合后，使混合氣燃燒更充分，并且由于乙醇的汽化潛熱比較高，使發動機進氣溫度較低，提高了充氣效率，從而提升發動機的動力性，所以在使用E28乙醇汽油后發動機的功率和扭矩變化不大。由圖6可以看出，使用E28乙醇汽油后，燃油消耗量提升了10% ～11%，主要也是因為乙醇汽油的熱值低，產生同樣的動力需要消耗比汽油多的乙醇汽油。

圖5　功率對比曲線（E28vs汽油）

圖6　 BSFC對比曲線（E28vs汽油）

圖7　扭矩對比曲線（調整空燃比）

3.2空燃比優化

因乙醇的空燃比小于汽油，在發動機標定時需要調整空燃比以獲得更好的動力性和經濟性，調整后的扭矩，功率及燃油消耗量見圖7、8和圖9。調整空燃比后，使用E28乙醇汽油輸出的功率和扭矩幾乎沒有變化，這是因為原型機為了獲得較低的排放溫度，使用比較濃的油氣混合氣，即原型機空燃比較低。由圖9可以看出，調整空燃比后，燃油消耗量比未調整前降低1%～1.5%。

3.3點火提前角優化

優化點火提前角后發動機扭矩、功率及燃油消耗量如圖10～12所示。

圖8　功率對比曲線（調整空燃比）

圖9　 BSFC對比曲線（調整空燃比）

圖10　扭矩對比曲線（調整點火提前角和空燃比）

圖11功率對比曲線（調整點火提前角和空燃比）

由乙醇與汽油的化學特性比較可以看出，乙醇汽化潛熱大，使混合氣的溫度較低，滯燃期較長，燃燒比較平穩、緩慢。為了進一步得到更好的動力性和經濟性，需要對發動機適當調整點火提前角，通過分析在原型機的基礎上調節點火提前角4°，點火提前角調整后，由圖10和圖11可以看出，相對于標定優化前，功率、扭矩都提升0.8%～2.7%，燃油消耗量增加了9%～11%。

圖12　 BSFC對比曲線（調整點火提前角和空燃比）

使用E28乙醇汽油后，同時對空燃比和點火提前角都進行調整，通過對比，功率，扭矩最大可提升0.9%～2.8%，燃油消耗量增加低于10%。

4　結論

使用E28乙醇汽油以后，對發動機改動較小，只改動密封件及電噴件的材料，以適應E28乙醇汽油。發動機在使用E28乙醇汽油以后，發動機的動力性提升了1%～2%，燃油消耗量增加了10%～11%。根據乙醇的特性，對發動機空燃比及點火提前角進行了調整優化，優化后的功率和扭矩最大可提升2.8%，燃料消耗量增加低于10%。

參考文獻

1崔心存.乙醇燃料與生物柴油[M].北京：中國石化出版社，2012

2黃季焜，仇煥廣.我國生物燃料乙醇發展的社會經濟影響及發展戰略與對策研究[M].北京：科學出版社，2010

3李永平.代用燃料及其在發動機中的應用[J].能源與環境，2007（6）：48-50

4程偉，陳小迅，戈銳，等.純變性乙醇燃料發動機的初步研究[J].汽車科技，2009（2）：27-30

5湯兆平，孫劍萍.乙醇燃料的發展及其在發動機中的應用.拖拉機與農用運輸車[J]. 2008，35（1）：12-13，16

The Simulation of the Effect of E28 Ethanol
Gasoline on Engine Performance

Wang Dan，Xu Caini，Liang Chengbang
SAIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd.（Liuzhou，Guangxi，545007，China）

Abstract：Analyzing the engine performance after feeding E28 ethanol gasoline by GT-Power software，we compared the changing of engine power，torque and BSFC by feeding two different fuels. And the results show that the power performance will be promoted by 2.8% and BSFC will be promoted by 10% by optimizing air-fuel ratio and spark advance angle.

Keywords：Ethanol gasoline，Air-fuel ratio，Spark advance angle

文章編號：2095-8234（2015）03-0056-04

文獻標識碼：A

中圖分類號：TK411+.71

作者簡介：王丹（1984-），女，碩士，工程師，研究方向為發動機產品開發及新能源技術應用。