E28乙醇燃料对发动机性能影响仿真计算

王　丹　徐彩妮　梁称邦（上汽通用五菱汽车股份有限公司　广西　柳州　545007）



E28乙醇燃料对发动机性能影响仿真计算

王丹徐彩妮梁称邦
（上汽通用五菱汽车股份有限公司广西柳州545007）

摘要：利用GT-Power软件对发动机使用E28乙醇汽油后对发动机性能进行分析，对比出两种燃料使用后的发动机功率、扭矩及燃油经济性的变化。分析结果表明，使用E28乙醇汽油在优化空燃比及点火提前角后，动力性可提升2.8%，燃料消耗量增大10%。

关键词：乙醇汽油空燃比点火提前角

引言

随着汽车工业的发展，尾气造成的环境污染问题越来越突出，同时石油的供给量也逐渐短缺，使用乙醇燃料成为解决石油短缺的一种方法。乙醇的抗爆性比较好，能获得同汽油同等的动力性，并且使用低浓度乙醇汽油时，对发动机改动较小，所以乙醇燃料成为替代能源中倍受重视的一种。

低浓度的乙醇汽油对现有的发动机改动较少，只需更改密封件及电喷件适应乙醇汽油，并对发动机乙醇汽油适应性标定。因巴西市场现使用的低浓度乙醇汽油普遍为E18～E28，所以本文利用GTPower软件研究E28乙醇燃料对发动机功率、扭矩及燃料消耗的影响[1-2]。

1乙醇和汽油化学特性比较

乙醇是一种无色透明、易挥发、易燃的液体。汽油是烃类燃料，而醇类是烃基和羟基组成的化合物。这就从化学性质上决定了醇类可以作为内燃机的代用燃料。乙醇与汽油的理化性质差异主要表现如表1所示。

乙醇在燃烧过程中，会产生乙酸，对汽车燃料系统的许多金属都有腐蚀性，可以腐蚀铜、铁、铝、铅、镁、锌及它们的许多合金，且乙醇含量越高，腐蚀性越大；另外，乙醇汽油对橡胶部件有一定的溶胀作用，可导致后者产生溶胀、软化、龟裂进而失效，对塑料件也有类似的作用。所以使用乙醇燃料时，需要更改发动机的金属材料和选择合适的橡胶或塑料材料作为燃料系统部件[3-5]。

表1　乙醇和汽油化学特性比较[1]

2模型搭建

2.1模型建立

原型机为某一企业的1.5L四缸自然吸气发动机，其主要技术参数如表2所示，利用GT-Power软件进行仿真，模型建立如图1所示。

图1　 GT-power模型

表2　发动机的主要技术参数

2.2模型标定

利用原型机的试验数据对模型进行标定，模拟得出的发动机功率、扭矩与试验值趋势一致。模拟值与试验值有差异，主要是因为模拟工况及环境与发动机的实际运行工况及环境有差异。

3仿真结果分析

3.1发动机性能对比

发动机扭矩、功率及燃油消耗量如图4～6所示。

图2　扭矩仿真值与试验值对比曲线

图3　功率仿真值与试验值对比曲线

图4　扭矩对比曲线（E28vs汽油）

由图4和图5可以看出，在原机标定数据不变的情况下，发动机使用E28乙醇汽油后，发动机功率及扭矩变化不大，增加幅度在1%～2%之间。这是因为乙醇的热值低于汽油，同等量的乙醇产生的能量低于汽油，但乙醇氧原子含量比汽油多，乙醇和汽油混合后，使混合气燃烧更充分，并且由于乙醇的汽化潜热比较高，使发动机进气温度较低，提高了充气效率，从而提升发动机的动力性，所以在使用E28乙醇汽油后发动机的功率和扭矩变化不大。由图6可以看出，使用E28乙醇汽油后，燃油消耗量提升了10% ～11%，主要也是因为乙醇汽油的热值低，产生同样的动力需要消耗比汽油多的乙醇汽油。

图5　功率对比曲线（E28vs汽油）

图6　 BSFC对比曲线（E28vs汽油）

图7　扭矩对比曲线（调整空燃比）

3.2空燃比优化

因乙醇的空燃比小于汽油，在发动机标定时需要调整空燃比以获得更好的动力性和经济性，调整后的扭矩，功率及燃油消耗量见图7、8和图9。调整空燃比后，使用E28乙醇汽油输出的功率和扭矩几乎没有变化，这是因为原型机为了获得较低的排放温度，使用比较浓的油气混合气，即原型机空燃比较低。由图9可以看出，调整空燃比后，燃油消耗量比未调整前降低1%～1.5%。

3.3点火提前角优化

优化点火提前角后发动机扭矩、功率及燃油消耗量如图10～12所示。

图8　功率对比曲线（调整空燃比）

图9　 BSFC对比曲线（调整空燃比）

图10　扭矩对比曲线（调整点火提前角和空燃比）

图11功率对比曲线（调整点火提前角和空燃比）

由乙醇与汽油的化学特性比较可以看出，乙醇汽化潜热大，使混合气的温度较低，滞燃期较长，燃烧比较平稳、缓慢。为了进一步得到更好的动力性和经济性，需要对发动机适当调整点火提前角，通过分析在原型机的基础上调节点火提前角4°，点火提前角调整后，由图10和图11可以看出，相对于标定优化前，功率、扭矩都提升0.8%～2.7%，燃油消耗量增加了9%～11%。

图12　 BSFC对比曲线（调整点火提前角和空燃比）

使用E28乙醇汽油后，同时对空燃比和点火提前角都进行调整，通过对比，功率，扭矩最大可提升0.9%～2.8%，燃油消耗量增加低于10%。

4　结论

使用E28乙醇汽油以后，对发动机改动较小，只改动密封件及电喷件的材料，以适应E28乙醇汽油。发动机在使用E28乙醇汽油以后，发动机的动力性提升了1%～2%，燃油消耗量增加了10%～11%。根据乙醇的特性，对发动机空燃比及点火提前角进行了调整优化，优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%。

参考文献

1崔心存.乙醇燃料与生物柴油[M].北京：中国石化出版社，2012

2黄季焜，仇焕广.我国生物燃料乙醇发展的社会经济影响及发展战略与对策研究[M].北京：科学出版社，2010

3李永平.代用燃料及其在发动机中的应用[J].能源与环境，2007（6）：48-50

4程伟，陈小迅，戈锐，等.纯变性乙醇燃料发动机的初步研究[J].汽车科技，2009（2）：27-30

5汤兆平，孙剑萍.乙醇燃料的发展及其在发动机中的应用.拖拉机与农用运输车[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

文章编号：2095-8234（2015）03-0056-04

文献标识码：A

中图分类号：TK411+.71

作者简介：王丹（1984-），女，硕士，工程师，研究方向为发动机产品开发及新能源技术应用。