乙醇油發(fā)動機改進關(guān)鍵技術(shù)實驗研究

乙醇油發(fā)動機改進關(guān)鍵技術(shù)實驗研究,乙醇,發(fā)動機,改進,改良,關(guān)鍵技術(shù),實驗,試驗,研究,鉆研 實驗項目 乙醇油發(fā)動機燃油排放性對比試驗 實驗日期 2011.05.15 指導教師 齊曉杰 同組人數(shù) 1 實驗地點 土木樓1樓盤測功機實驗室 實驗類型 □驗證性 ■綜合性 □設(shè)計性 □其他 一、實驗目的 1．通過比較試驗找出乙醇摻雜比例對發(fā)動機排放性的影響規(guī)律； 2．通過實驗對乙醇油發(fā)動機存在問題進行分析； 二、實驗儀器設(shè)備 AVL AMA i60雙路直采排放分析系統(tǒng) FC2000發(fā)動機測控系統(tǒng) 東安發(fā)動機 1.實驗用汽油機 汽油機采用東安發(fā)動機 型號4G18系列發(fā)動機如圖1，該發(fā)動機動力表現(xiàn)優(yōu)異，4G18型發(fā)動機的排量為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)動機具有結(jié)構(gòu)緊湊、排量適中、動力性好、安全性高、用途廣泛等特點，是經(jīng)濟型轎車的理想動力裝置，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新的排放法規(guī)的要求，而且達到了“歐洲3"和“歐洲4"排放標準。 圖1 東安發(fā)動機4G18系列發(fā)動機 表1 東安發(fā)動機4G18系列發(fā)動機信息 2.FC2000發(fā)動機自動測控系統(tǒng) FC2000發(fā)動機自動測控系統(tǒng)如圖3.2在設(shè)計過程中吸取了奧地利AVL公司SUCK公司發(fā)動機自動測控系統(tǒng)的成功經(jīng)驗。測控儀采用數(shù)字增量電壓控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速／轉(zhuǎn)矩且無擾動切換控制；液晶顯示測量參數(shù)，使測控儀的易操作性、及發(fā)動機轉(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)采用了國際流行的CAN現(xiàn)場總線通訊協(xié)議和模塊化設(shè)計技術(shù)；各種不同的傳感器輸出的信號，集中到CAN智能模塊調(diào)理成標準的數(shù)字信號，并通過總線網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，可使多套測控系統(tǒng)組成局域網(wǎng)絡(luò)，便于集中管理。 圖2 FC2000發(fā)動機自動測控系統(tǒng) FC2000發(fā)動機自動測控系統(tǒng)是為滿足發(fā)動機制造業(yè)中各種不同類型的柴油機、汽油機、天然氣、液化氣發(fā)動機性能試驗和出廠試驗而精心設(shè)計大型測控系統(tǒng)。它可與國內(nèi)外各種不同的水力、電渦流、電力測功機配套使用，用于控制和測量發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率、燃油及燃氣消耗量、溫度、壓力、流量等各種不同類型的參數(shù)。 主要特點： （1）采用先進的CAN現(xiàn)場總線通訊協(xié)議，符合國際標準IS011898 （CAN）。 （2）具有簡化的網(wǎng)絡(luò)特性，并可使多套測控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，系統(tǒng)的功能擴展不需要重新布線，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、負荷，保證控制的穩(wěn)定性。 （4）各種控制特性的無擾動切換。 （5）多種控制特性可滿足發(fā)動機試驗的要求。 （6）模塊化設(shè)計使結(jié)構(gòu)簡化，具有無可比擬的可靠性和可維護性。 （7）數(shù)字密碼授權(quán)，保證了測控儀關(guān)鍵參數(shù)不能越權(quán)操作。 （8）越限三級報警（報警、保護、緊急停車）。 （9）功能齊全的軟件支持。 （10）各測量參數(shù)的數(shù)字化標定，取代了傳統(tǒng)的電位器標定。 （11）用戶可隨意編制線性化表格，以運用各種非線性輸出的傳感器。 技術(shù)指標： 1．轉(zhuǎn)速測量精度：士lr/min 2.轉(zhuǎn)速控制精度：士5r/min 3.扭矩測量精度：士0.4％F. S 4.扭矩控制精度：士0．4％F. S 5.油耗測量精度：士0.2％F. S 6.變換工況過渡時間：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，具有擴展到歐洲Ⅳ號排放法規(guī)要求的排放濃度進行精確測試要求的能力。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量管路分析單元，可用于催化器轉(zhuǎn)化效率試驗，其四條采樣管路，可滿足發(fā)動機臺架及整車臺架的共用需要。 AMA I60主要技術(shù)參數(shù) （1）根據(jù)標定氣體的實際值，測量誤差必須不超過1% F.S； （2）濃度小于100ppm時，測量誤差必須不超過±1ppm； 三.實驗方案 (1)怠速實驗 ①實驗目的 評定發(fā)動機不帶負荷下的排放特性。 ②實驗方法 發(fā)動機空轉(zhuǎn)，在不同轉(zhuǎn)速下進行測量。實驗中測量點的轉(zhuǎn)速分別選取為1 600r／min，2000r／min和2400r／min，2800r／min在每個測量點，待發(fā)動機運轉(zhuǎn)穩(wěn)定1分鐘后開始測量。 ⑨測量項目 CO、HC、NOx的排放值。 （2）部分負荷工況實驗 ①實驗目的 在規(guī)定轉(zhuǎn)速下，評定發(fā)動機部分負荷下的排放特性。 ②實驗方法 在適當轉(zhuǎn)速下進行，發(fā)動機轉(zhuǎn)速不變，從小負荷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。記錄實驗數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)速分別固定在：l600r／min，2000r／min和2400r／min，2800r／min在每個測量點，待發(fā)動機運轉(zhuǎn)穩(wěn)定1分鐘后開始測量。 ③測量項目 CO、HC、NOx的排放值。 四.測試數(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.實驗分析 1.CO排放 1600r/min CO排放對比 2000r/min CO排放對比 2400r/min CO排放對比 2800r/min CO排放對比 在一定轉(zhuǎn)速下，隨著負荷的加大，五種燃料CO的排放曲線緩慢變化最后出現(xiàn)上升趨勢達到最大值。 這是由于電控發(fā)動機在中小負荷工況時是實行閉環(huán)控制的，根據(jù)安裝在排氣管上的氧傳感器的反饋信號控制過量空氣系數(shù)基本保持在1．0左右，此時汽油機用經(jīng)濟混合氣工作，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)動機進氣量自動減小，以維持過量空氣系數(shù)保持在1．O左右。因此，在中小負荷工況，各種燃料的CO排放變化都不大，趨勢比較平穩(wěn)。而在大負荷時，電噴汽油機為了輸出較大的功率將會增加噴油量以形成濃混合氣，導致過量空氣系數(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。這是因為乙醇汽油燃料自攜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。乙醇化學結(jié)構(gòu)中的羥基OH使其燃燒反應(yīng)特點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停@也是摻燒乙醇后CO排放得以改善的另一個原因 CO排放曲線的變化趨勢都是開始較為平穩(wěn)，后來上升很快；同時，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)動機的空燃比控制策略來決定的，在發(fā)動機達到某一轉(zhuǎn)速或者負荷時，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排放對比 2000r/min HC排放對比 2400r/min HC排放對比 2800r/min HC排放對比 HC排放曲線的變化趨勢相近，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。 這是因為在閉環(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荷工況下因為混合氣過稀引起的HC淬熄排放，也降低了高負荷工況下因為混合氣過濃導致的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排放對比 2000r/min NOx排放對比 2400r/min NOx排放對比 2800r/min NOx排放對比 E5、E10、E 15和的排放均高于燃用純汽油時的排放，并且隨著摻燒乙醇比重的增加，NOx的排放依次增加。 在部分負荷工況下，隨著負荷的增加，NOx的排放都是先增加再減少，這是由于發(fā)動機在小負荷時，缸內(nèi)溫度比較低，因而NOx排放較低；發(fā)動機在中等負荷時，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)動機在大負荷時，供給較濃混合氣，氧不足，即使此時缸內(nèi)溫度較高，NOx的生成也被抑制了。 教師評語 實驗內(nèi)容較完整□ 實驗內(nèi)容完整□ 實驗內(nèi)容基本完整□ 實驗內(nèi)容不完整□ 結(jié)論正確□ 結(jié)論基本正確□ 結(jié)論不正確□ 報告書寫較認真□ 報告書寫認真□ 報告書寫一般□ 報告書寫不認真□ 成績 優(yōu)□ 良□ 中□ 及格□ 不及格□ 指導教師簽字： 2010年 月 日 注：欄內(nèi)項目可根據(jù)實際情況增減、變動