不同比例甲醇汽油混合燃料對電噴汽油機(jī)性能影響的研究_李紅松

1、不同比例甲醇汽油混合燃料對電噴汽油機(jī)性能影響的研究_李紅松#新能源#不同比例甲醇汽油混合燃料對電噴汽油機(jī)性能影響的研究李紅松1曹建國1張 勇2吳 剛1(1-重慶工學(xué)院車輛工程學(xué)院 重慶 400050 2-西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院)摘 要:通過在多點(diǎn)電噴汽油機(jī)燃用不同比例的甲醇汽油混合燃料(甲醇的體積分?jǐn)?shù)分別為20%、85%和純汽油)的試驗(yàn)來研究不同比例的甲醇汽油混合燃料對電噴發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性的影響。關(guān)鍵詞:電噴汽油機(jī) 甲醇 動(dòng)力性 經(jīng)濟(jì)性中圖分類號:TK413.84 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1671-0630(2008)04-0070-04Research on Effects

2、ofM ethano-l Gasoline Blend Fuelw ith DifferentM ethanol Volu me Fractions onEFI Engi ne PerformancesL iHongsong 1,Cao Jianguo 1,Zhang Yong 2,W u Gang11-Chongq i n g Institute of Techno l o gy (Chongqing ,400050)2-School of Ener gy and Po w er Eng ineeri n g ,X ia n Jiaotong UniversityAbst ract :E f

3、fects of eng i n e dyna m ica lperf o r m ances and fue l econo m y w ere i n vesti g ated by fueling w ith d iffer -ent vo lu m e fractions -m ethano-l gaso line fuel b lends on mu lt-i po i n t EFI gaso line eng ines .The vo l u m e percen-t age of m ethano l in gasoline are 0%,20%and 80%respectiv

4、ely .K eyw ords :EFI eng i n e ,M ethano,l Dyna m ical perfor m ance ,Econo m ical efficiency引言隨著能源問題的日益突出,全球?qū)δ茉刺娲鷨栴}的研究也更為重視。我國替代能源的研究也于去年年初啟動(dòng)。5中國替代能源研究報(bào)告6指出,中國應(yīng)加大對替代能源的開發(fā)和利用,推進(jìn)包括煤基醇醚燃料、生物質(zhì)液體燃料、煤制油、天然氣等替代能源的多元化發(fā)展。以煤為基礎(chǔ),多元化發(fā)展,重點(diǎn)發(fā)展醇醚燃料可能將成為最近幾年替代能源發(fā)展的主要內(nèi)容。在5報(bào)告6中還指出,甲醇作為車用替代燃料在經(jīng)濟(jì)上可行,只要遵守操作規(guī)程,外界所擔(dān)心的對人體健

5、康的影響不會很大。因而甲醇燃料也將成為替代燃料研究的一個(gè)熱點(diǎn)方向。甲醇(C H 3OH )是無色、透明、有特殊異味、易揮發(fā)的液體,由甲基(-C H 3)和官能團(tuán)羥基(-OH )兩部分構(gòu)成,含有50%的氧,C /H 原子量的比為3。從表1可以看出,甲醇具有高的辛烷值,遠(yuǎn)大于普通汽油,與汽油混合后,辛烷值比同號汽油提高35個(gè)單位,提高燃料的抗爆性,從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率;作者簡介:李紅松(1977-),男,講師,主要從事發(fā)動(dòng)機(jī)研究工作。第37卷 第4期2008年8月小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車S MALL I N TERNAL COM B UST I O N ENG I N E AND MOTORCYCLE

6、 Vo.l 37No .4Aug .2008甲醇的著火界線比汽油寬得多,因此甲醇燃料可以在較寬的混合氣濃度范圍內(nèi)正常工作,不會因空燃比控制不正確而熄火;熱值是汽油的46%,但甲醇理論混合氣熱值與汽油相當(dāng),從而保證汽車動(dòng)力性不降低甚至可以提高。表1幾種燃料的主要理化性質(zhì)性能指標(biāo)甲醇汽油密度(20e)/(g#L-1)792700800沸點(diǎn)/e6530225閃點(diǎn)(閉)(20e)/e1112-45-38自燃溫度/e470220260低熱值/(M J#kg-1)19.744.0汽化潛熱/(kJ#kg-1)1100310350粘度(20e)/(M P a#s)0.6110.280.59理論空燃比/(kg#

7、kg-1)6.4514.7辛烷值/RON1061158098十六烷值CN35525著火界限/%(vo l)6.736.51.47.6混合氣熱值/(kJ#kg-1)30702990甲醇摻入汽油的燃料,通常以甲醇的含量作為燃料表記,例如摻入20%、85%甲醇的混合燃料分別記為M20、M85,純汽油燃料為M0。國內(nèi)對低摻混比甲醇汽油燃料研究較多,并大多為單一研究。本文主要對不同摻混比甲醇汽油燃料(主要是M0、M20、M85)在電噴發(fā)動(dòng)機(jī)上燃用時(shí)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性研究,對其試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析研究。1試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)為JL368Q3型電噴汽油機(jī),缸徑為68.5mm,行程為72mm,壓縮比為9.

8、4。電噴系統(tǒng)的軟硬件均采用BOSC H公司生產(chǎn)的多點(diǎn)汽油噴射系統(tǒng)。在試驗(yàn)中所用到的發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)測控系統(tǒng)是長沙湘儀動(dòng)力測試儀器有限公司生產(chǎn)的Po w er L i n k FC2000。試驗(yàn)中,對93#汽油、M20(甲醇的體積分?jǐn)?shù)為20%)低比例甲醇汽油混合燃料和M85(甲醇的體積比為85%)高比例甲醇汽油混合燃料在JL368Q3電噴汽油機(jī)上分別進(jìn)行了節(jié)氣門開度為100%時(shí)的外特性試驗(yàn)和相關(guān)轉(zhuǎn)速的負(fù)荷特性試驗(yàn),測量發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、燃油消耗率,使用沈陽龍騰電子有限公司生產(chǎn)的ES30K-1電子天平測出相應(yīng)時(shí)間內(nèi)的燃油消耗量。對于93#汽油和M20進(jìn)行試驗(yàn)過程中對該發(fā)動(dòng)機(jī)沒有進(jìn)行任何改動(dòng),而對于M85高

9、比例甲醇汽油混合燃料,由于燃料的主流為甲醇,為了保證汽油機(jī)的功率要求,對原機(jī)采用更換大流量的噴油器的方法進(jìn)行改造。由于甲醇和水任意比互溶,為避免甲醇易吸收空中的水分,導(dǎo)致甲醇汽油分層而使電噴汽油機(jī)工作惡化,所用的M20、M85混合燃料都是試驗(yàn)時(shí)現(xiàn)場配制,沒有使用助溶劑。2試驗(yàn)結(jié)果和分析2.1不同比例甲醇汽油混合燃料對電噴汽油機(jī)動(dòng)力性的影響如圖1所示,燃用M20甲醇汽油混合燃料時(shí),汽油機(jī)的外特性扭矩和功率均有所下降。與燃用純汽油燃料時(shí)相比,電噴汽油機(jī)燃用M20時(shí)轉(zhuǎn)矩在4000r/ m in時(shí)下降最大,達(dá)到2.93N#m,降幅為5.62%;功率在4500r/m i n時(shí)下降最大,達(dá)到1.39k W

10、,降幅為5.83%。由此可以看出,燃用M20的電噴汽油機(jī)動(dòng)力圖1不同燃料對電噴汽油機(jī)動(dòng)力性影響71第4期李紅松等:不同比例甲醇汽油混合燃料對電噴汽油機(jī)性能影響的研究性能下降幅度不大,因此對汽油機(jī)正常使用影響較小。轉(zhuǎn)矩和功率的下降,其主要因?yàn)楫?dāng)節(jié)氣門開度為100%全負(fù)荷運(yùn)行時(shí),汽油機(jī)在開環(huán)控制狀態(tài)下運(yùn)行,燃油噴射持續(xù)時(shí)間一定,而甲醇熱值較低,M20甲醇汽油燃料的低熱值只相當(dāng)于汽油的88.4%,故噴射相同噴油量時(shí)M20燃料的總熱值有所降低,循環(huán)放熱量減少,從而導(dǎo)致低比例甲醇汽油混合燃料電噴汽油機(jī)的動(dòng)力性稍遜于燃用純汽油燃料的電噴汽油機(jī)。當(dāng)對原機(jī)的燃油供給系統(tǒng)進(jìn)行更換大流量的噴油器改造后,燃用M85

11、甲醇汽油的外特性轉(zhuǎn)矩和功率比原機(jī)有明顯的提高。由圖1a可知,轉(zhuǎn)矩在整個(gè)在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)均比原機(jī)大,在中低轉(zhuǎn)速時(shí)尤為明顯。轉(zhuǎn)速在3500r/m in時(shí),轉(zhuǎn)矩增加 4.03N#m,增幅為7.61%;在4000r/m in時(shí),轉(zhuǎn)矩增加4.19N#m,增幅為8.03%。由圖1b可以得到類似的功率情況,發(fā)動(dòng)機(jī)的功率在中轉(zhuǎn)速時(shí)增加的很明顯。轉(zhuǎn)速在3500r/m i n 時(shí),功率增加1.42k W,增幅為7.33%;在4000r/m i n 時(shí),功率增加1.82k W,增幅為8.33%。在電噴汽油機(jī)工作的過程中,EC U根據(jù)各傳感器傳輸?shù)目諝饬髁?發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等工作參數(shù),按照預(yù)先編好的運(yùn)算程序進(jìn)行計(jì)算,和內(nèi)

12、存中的最佳工況參數(shù)進(jìn)行比較判斷,給噴油器一個(gè)噴油脈沖信號。同樣一個(gè)噴油脈沖,對于已經(jīng)更換的大流量噴油器而言,將會供給更多的燃料,這樣可以彌補(bǔ)由于M85自身熱值低造成的功率下降的情況。試驗(yàn)的結(jié)果證明,在汽油機(jī)上燃用甲醇時(shí),只要保證(化油器發(fā)動(dòng)機(jī)可增大主量孔直徑或調(diào)大可調(diào)量孔,電控噴射的汽油機(jī)需要增加噴油脈寬或更換大流量噴油器)提供足夠的燃油供應(yīng)量,從而使混合氣的熱值大體與汽油空氣混合氣相等或略高。M85甲醇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性不僅沒有降低,而且可以增加,完全滿足了實(shí)際的要求。2.2不同比例甲醇汽油混合燃料對電噴汽油機(jī)經(jīng)濟(jì)性的影響因?yàn)榧状季哂休^寬的可燃極限,燃燒速度快,在稀混合氣中仍能保持較高的火焰?zhèn)?/p>

13、播速度,且甲醇含氧量高,而氧原子又比氧分子更容易參加氧化反應(yīng),從而導(dǎo)致混合氣燃燒相對更充分,燃燒效率提高,使M20和M85甲醇汽油混合燃料的能量消耗率均有所減少,而經(jīng)濟(jì)性均有所提高。同時(shí),由于甲醇汽化潛熱大,壓縮過程后期混合可燃?xì)馄骄鶞囟冉档?可減少輻射熱損失及傳熱造成的向冷卻水的散熱損失,一定程度上也提高了汽油機(jī)的有效熱效率。如圖2所示,與燃用93#汽油相比,電噴汽油機(jī)燃用M20和M85燃料時(shí),能量消耗率B sec分別平均降低1.240M J/(k W#h)和1.424M J/(k W#h),而有效熱效率G e t分別平均提高2.086%和2.550%。圖2不同燃料時(shí)電噴汽油機(jī)的外特性能耗率

14、和熱效率隨轉(zhuǎn)速的變化圖3和圖4所示分別為2500r/m in和3000r/m i n 不同燃料時(shí)電噴汽油機(jī)的能量消耗率和有效熱效率。對于M20低摻混比甲醇汽油,在中低負(fù)荷時(shí),汽油機(jī)在閉環(huán)反饋控制下運(yùn)行,過量空氣系數(shù)接近1.0,發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出相同功率時(shí),理論空然比下的循環(huán)混合氣質(zhì)量相差不大,而且摻燒的甲醇量比較少,因此甲醇汽油混合燃料的能量消耗率B sec降低和有效熱效率G et提高的幅度比較小;在高負(fù)荷時(shí)由于噴射的燃料相對較多,甲醇的優(yōu)良燃燒特性表現(xiàn)的較充分,能量消耗率各有所減少,而有效熱效率均有所提高。對于M85醇燃料而言,燃燒的主流為甲醇,其能量消耗率的降低和有效熱效率的改善就十分的顯著。如圖

15、3、4所示,在2500r/72小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車第37卷m in 和3000r/m i n 時(shí),能量消耗率B sec 分別平均降低3.237M J/(k W #h)和2.843M J /(k W #h),而有效熱效率G et 分別平均提高4.255%和3.578%。這是由于甲醇本身固有的羥基結(jié)構(gòu)特點(diǎn),具有較大的化學(xué)活潑性,使得醇燃料燃燒相對充分、迅速,燃燒效率提高,其對應(yīng)的能量消耗率有明顯的降低。對于M 85高摻混比醇汽油燃料,甲醇汽化潛熱大的特點(diǎn)就發(fā)揮的很充分,很大程度上降低了氣缸內(nèi)的燃燒溫度,從而降低輻射熱損失及向冷卻水的散熱損失,從而很大的提高了有效熱效率。3 結(jié)論通過對比試驗(yàn)研究,燃用

16、M 20和M 85的電噴發(fā)動(dòng)機(jī)與其燃用純汽油的電噴發(fā)動(dòng)機(jī)相比,其動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性有如下結(jié)論:1)燃用M 20的電噴發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性下降不大,而M 85的電噴發(fā)動(dòng)機(jī)通過對供油系統(tǒng)的改進(jìn)其動(dòng)力性不僅沒有降低,反而有明顯的提高。2)燃用M 20和M 85的電噴發(fā)動(dòng)機(jī)的能量消耗率均都有所減少,經(jīng)濟(jì)性明顯改善,熱效率明顯提高。參考文獻(xiàn)1 阮曉琴./能源報(bào)告0初稿完成未來替代能源首推醇醚燃料.上海證券報(bào),2006-08-072 周龍保主編.內(nèi)燃機(jī)學(xué)M .北京:機(jī)械工業(yè)出版社,20053 李暉,劉圣華,周龍保.柴油機(jī)燃用甲醇的應(yīng)用研究和進(jìn)展J.柴油機(jī),2004(5):134 夏超,曹曉光.電噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)摻燒甲醇的試驗(yàn)研究