醇汽油混合燃料与车用汽油对发动机排放性能试验分析

张林辉

（山西机电职业技术学院，山西 长治 046011）

石油资源的日益减少是当今世界性的难题，目前，我国已是石油净进口国家，在一定程度上严重威胁国家的能源安全。相关专家针对国家能源发展的“十二五”规划的内容进行了前瞻性的分析并指出：新能源在国家的《战略性新兴产业发展规划》中是一个重要的方面。国内汽车保有量的持续快速增长和石油资源紧缺的双重压力，使得醇类混合燃料推广应用的重要性日益突出，因此，开展醇类混合燃料在发动机上的应用试验研究具有实际意义。

本文的研究是基于发动机结构不作调整的条件下，用混合燃料中醇类燃料的比例分析为体积比10%乙醇、20%乙醇、15%甲醇、30%甲醇与93 号汽油的混合燃料(即E10、E20、M15、M30)与燃料为93 号汽油相对比。

1 试验用仪器设备

1.1 试验车辆及发动机主要参数

本文试验用发动机为桑塔纳2000GSi AJR 电控燃油喷射发动机，其主要技术指标如表1 所列。

表1 试验发动机主要技术指标

1.2 发动机性能对比试验用的主要测试仪器设备如表2 所列

表2 测试仪器设备

2 发动机排放污染物试验结果分析

发动机常规排放污染物是CO、HC 和NOX。CO是碳氢燃料在燃烧过程中生成的主要中间产物，可燃混合气的空气过量系数准a 与CO 排放量是呈正比的；发动机排放中的HC 是未燃燃料的成分，其来源在于：在缸内工作生成，主要是在燃烧过程中，未参加燃烧或未完全燃烧的碳氢燃料；曲轴箱窜气排入大气；燃料系统的蒸发。发动机缸内工作生成的HC排放浓度与空气过量系数有关，一般在混合气略稀（准a=1.1~1.2）时，未燃的HC 排放浓度最低；混合气过浓和过稀均使HC 的排放浓度增加。内燃机排放的NOX绝大多数是NO，温度、氧含量、反应时间是影响其生成的根本原因。由于过量空气系数准a 既影响燃烧温度，又影响燃烧产物中的氧含量，因此，对NOX排放浓度影响较大。发动机燃烧气体的温度在准a≈0.9 时达到最高，但这时由于燃气中的氧含量低，抑制了NO 的生成；当准a 从0.9 左右增大时，氧含量的增加效果大于燃烧温度下降的结果，NOX排放量的峰值出现在对应准a ≈1.1 的略稀混合气状态；如果准a继续增大，由于温度下降效果明显，NOX排放量下降。点火正时对内燃机NOX排放也有较大影响，推迟点火使最高燃烧温度降低，NOX的生成减少。由于汽油机的最高燃烧温度与负荷有强烈顺变关系，所以，在大负荷时NOX排放多，在小负荷时减少，但前提是在准a 相对不变的情况下。实际上汽油机在接近全负荷时一般都会加浓混合气，导致NOX排放下降[2]。

2.1 发动机怠速运转排放污染物试验结果分析

试验燃料的发动机怠速运转排放污染物对比试验结果，如表3 所列。

表3 发动机怠速排放污染物对比试验结果

根据表3，当发动机燃用醇类混合燃料时，常规排放污染物CO、HC、NOX的含量均低于发动机燃用93 号汽油时常规排放污染物的含量；发动机燃用醇类混合燃料时的CO 和HC 排放量相近；发动机燃用醇类混合燃料时的NOX排放量，E20 较E10 下降较多，M30 较M15 下降较多，呈现混合燃料内醇类含量越高，NOX排放量越少的趋势。

从NOX排放量的影响因素分析，醇类燃料的分子含氧特性和准a 相对93 号汽油的增加，是减少CO、HC 排放的有利因素、是导致NOX排放量增加的因素。但由于发动机是在怠速条件下运转，混合气燃烧温度不高，因此，使得发动机燃用醇类混燃料在怠速运转条件下的NOX排放量并没有增加。

2.2 全负荷速度特性排放污染物试验结果分析

试验燃料的发动机全负荷速度特性排放污染物对比试验结果如图1、图2 和图3 所示。

图1 全负荷速度特性CO 排放对比曲线

图2 全负荷速度特性HC 对比曲线

图3 全负荷速度特性NOX 排放对比曲线

根据图1、图2、图3，在全负荷工况下，发动机燃用醇类混合燃料时的CO 和HC 的排放浓度均低于发动机燃用93 号汽油时的排放浓度；发动机燃用E20 时的CO 和HC 的排放浓度低于发动机燃用E10时的排放浓度；发动机燃用M30 时的CO 和HC 的排放浓度低于发动机燃用M15 时的排放浓度；总体上呈现混合燃料内醇含量越高，CO 和HC 的排放浓度降低的趋势。发动机燃用醇类混合燃料时的NOX排放量总体上低于发动机燃用93 号汽油时的排放浓度，但发动机燃用不同醇类混合燃料时的NOX排放浓度，M30 低于M15、E10 和E20，而M15、E10 和E20 之间没有明显不同。发动机在全负荷工况下工作时，准a 处于较小状态，醇类混合燃料较93 号汽油相比准a 值偏大，是导致CO 和HC 的排放浓度降低的原因；而准a 值偏大对NOX排放浓度的影响没有抵销醇类混合燃料汽化潜热大对燃烧温度的影响，使得发动机燃用醇类混合燃料的NOX排放浓度降低。

3 结束语

在进行怠速试验时，发动机燃用醇类混合燃料的CO、HC、NOX的排放浓度均低于发动机燃用93 号汽油时污染物排放浓度；发动机燃用醇类混合燃料时的NOX排放量，呈现混合燃料内醇类含量越高，NOX排放量越少的趋势。在全负荷工况下，发动机燃用醇类混合燃料时的CO 和HC 的排放浓度均低于发动机燃用93 号汽油时的排放浓度，总体上呈现混合燃料内醇含量越高，CO 和HC 的排放浓度降低的趋势；发动机燃用醇类混合燃料时的NOX排放量总体上低于发动机燃用93 号汽油时的排放浓度，但发动机燃用不同醇类混合燃料时的NOX排放浓度，M30 低于M15、E10 和E20，而M15、E10 和E20 之间没有明显不同。

[1]刘 筠. 甲醇及乙醇替代汽油的经济效益和社会效益分析[J].科技信息，2009，(04)：359- 360.

[2]周龙保，刘巽俊，高宗英编著.内燃机学第二版[J]. 北京：机械工业出版社，2005.