乙醇油發(fā)動機(jī)改進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究

乙醇油發(fā)動機(jī)改進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究,乙醇,發(fā)動機(jī),改進(jìn),改良,關(guān)鍵技術(shù),實(shí)驗(yàn),試驗(yàn),研究,鉆研 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目乙醇油發(fā)動機(jī)燃油排放性對比試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)日期2011.05.15指導(dǎo)教師齊曉杰 同組人數(shù)1實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)土木樓1樓盤測功機(jī)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)類型驗(yàn)證性 綜合性 設(shè)計性 其他一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1通過比較試驗(yàn)找出乙醇摻雜比例對發(fā)動機(jī)排放性的影響規(guī)律；2通過實(shí)驗(yàn)對乙醇油發(fā)動機(jī)存在問題進(jìn)行分析；二、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備AVL AMA i60雙路直采排放分析系統(tǒng)FC2000發(fā)動機(jī)測控系統(tǒng)東安發(fā)動機(jī)1.實(shí)驗(yàn)用汽油機(jī)汽油機(jī)采用東安發(fā)動機(jī) 型號4G18系列發(fā)動機(jī)如圖1，該發(fā)動機(jī)動力表現(xiàn)優(yōu)異，4G18型發(fā)動機(jī)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(jī)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(diǎn)，是經(jīng)濟(jì)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(diǎn)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(dá)到了“歐洲3和“歐洲4排放標(biāo)準(zhǔn)。圖1 東安發(fā)動機(jī)4G18系列發(fā)動機(jī)表1 東安發(fā)動機(jī)4G18系列發(fā)動機(jī)信息2.FC2000發(fā)動機(jī)自動測控系統(tǒng)FC2000發(fā)動機(jī)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(jī)自動測控系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)。測控儀采用數(shù)字增量電壓控制發(fā)動機(jī)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號，并通過總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(jī)自動測控系統(tǒng)FC2000發(fā)動機(jī)自動測控系統(tǒng)是為滿足發(fā)動機(jī)制造業(yè)中各種不同類型的柴油機(jī)、汽油機(jī)、天然氣、液化氣發(fā)動機(jī)性能試驗(yàn)和出廠試驗(yàn)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(jī)配套使用，用于控制和測量發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率、燃油及燃?xì)庀牧俊囟?、壓力、流量等各種不同類型的參數(shù)。主要特點(diǎn)：（1）采用先進(jìn)的CAN現(xiàn)場總線通訊協(xié)議，符合國際標(biāo)準(zhǔn)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(kuò)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(fù)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(jī)試驗(yàn)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(hù)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(hù)、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(biāo)定，取代了傳統(tǒng)的電位器標(biāo)定。（11）用戶可隨意編制線性化表格，以運(yùn)用各種非線性輸出的傳感器。技術(shù)指標(biāo)：1轉(zhuǎn)速測量精度：士lr/min2.轉(zhuǎn)速控制精度：士5r/min3.扭矩測量精度：士0.4F. S4.扭矩控制精度：士04F. S5.油耗測量精度：士0.2F. S6.變換工況過渡時間：不大于los3. 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，具有擴(kuò)展到歐洲號排放法規(guī)要求的排放濃度進(jìn)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(yàn)，其四條采樣管路，可滿足發(fā)動機(jī)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(biāo)定氣體的實(shí)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(shí)驗(yàn)方案 (1)怠速實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑u定發(fā)動機(jī)不帶負(fù)荷下的排放特性。實(shí)驗(yàn)方法發(fā)動機(jī)空轉(zhuǎn)，在不同轉(zhuǎn)速下進(jìn)行測量。實(shí)驗(yàn)中測量點(diǎn)的轉(zhuǎn)速分別選取為1 600rmin，2000rmin和2400rmin，2800rmin在每個測量點(diǎn)，待發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定1分鐘后開始測量。測量項(xiàng)目CO、HC、NOx的排放值。（2）部分負(fù)荷工況實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谝?guī)定轉(zhuǎn)速下，評定發(fā)動機(jī)部分負(fù)荷下的排放特性。實(shí)驗(yàn)方法在適當(dāng)轉(zhuǎn)速下進(jìn)行，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速不變，從小負(fù)荷10Nm開始，保持節(jié)氣門開度不變，每次多加載10Nm直至80Nm。記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)速分別固定在：l600rmin，2000rmin和2400rmin，2800rmin在每個測量點(diǎn)，待發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定1分鐘后開始測量。測量項(xiàng)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E10E0E15E51045536.0876.5112.84420447972.92711.92063302067211.312171777401081327.7822443.150313.7458.5776.3512.160453.7417.7818.457070604.9835.76651094CO 2000轉(zhuǎn)速排放隨轉(zhuǎn)矩變化（ppm）轉(zhuǎn)矩E10E0E15E51079.7182.1478.1281.320199.33201.6195.6198.530255.9288.2248.63267.540556.12597.3512.69557.1350933.21263876.961102601636196515421799701856201817951963CO 2400轉(zhuǎn)速排放隨轉(zhuǎn)矩變化（ppm）轉(zhuǎn)矩E10E0E15E510536.15567.32512.7556.320564.38576.39536.12574.2930723.14783.26689.62752.68409631216892.3610265012561548919.81324601803251124132036702813356127592993803402479032764367CO 2800轉(zhuǎn)速排放隨轉(zhuǎn)矩變化（ppm）轉(zhuǎn)矩E10E0E15E510391.8592303.53490.220216.6428.5428.5411.3630449.5603.3603.3562.3740896.312371237695.15012631768128215296016351909137918027021212267189520368027483621291226389043816648345957932.HC排放HC 1600轉(zhuǎn)速排放隨轉(zhuǎn)矩變化（ppm）轉(zhuǎn)矩E10E0E15E51096.3297.3589.4695.992058.2163.352.660.713052.86302.241.8560.324045.73177.336.0451.955040.6121.430.0247.066036.72116.626.2639.637030.47123.922.6619.04HC 2000轉(zhuǎn)速排放隨轉(zhuǎn)矩變化（ppm）轉(zhuǎn)矩E10E0E15E51080.2289.6361.9681.262061.5475.7655.0761.893052.8459.9347.352.444042.5851.2939.846.135040.3439.0834.739.586036.6435.2628.2333.57029.8627.9124.4730.54HC 2400轉(zhuǎn)速排放隨轉(zhuǎn)矩變化（ppm）轉(zhuǎn)矩E10E0E15E51057.0567.7350.3656.542053.5559.3652.0356.223050.1555.1341.7445.054040.3749.5637.540.735033.3641.2630.9835.196032.2333.8628.7335.737030.7436.3225.1231.658027.729.5424.0532.2HC 2800轉(zhuǎn)速排放隨轉(zhuǎn)矩變化（ppm）轉(zhuǎn)矩E10E0E15E51042.855.2641.3648.262045.0751.942.0648.383044.0742.4838.7446.74038.3537.3934.1339.275030.1534.930.1933.656027.2630.4126.3329.87025.4328.2224.6928.698029.7729.325.2928.519030.9732.6138.7738.093. NOx排放NOX 1600轉(zhuǎn)速排放隨轉(zhuǎn)矩變化（ppm）轉(zhuǎn)矩E10E0E15E510478.3478.2774.7456.520865.26351251780.130744562.3978.2698.940917411.1817516.950849.3507.71078633601006637.8787.4751.470573.3353.6497.5921NOX 2000轉(zhuǎn)速排放隨轉(zhuǎn)矩變化（ppm）轉(zhuǎn)矩E10E0E15E510346.9292.5654.8435.820639.1618.21018670.430743.9271.2950.7539.540430.3238.81064351.650422.9319.6759.2339.260544.2277.1602.3389.570539.7374.51016545.7NOX 2400轉(zhuǎn)速排放隨轉(zhuǎn)矩變化（ppm）轉(zhuǎn)矩E10E0E15E510136.775.11249.687.3520698.36369.4835.4458.3930365.2203.9487.732540460396.32597.1343.5650536.67323678.5396.8660671.8509.1693.2527.870696549.3700.4569.3680634.7597.8716.1603.2NOX 2800轉(zhuǎn)速排放隨轉(zhuǎn)矩變化（ppm）轉(zhuǎn)矩E10E0E15E510181.5162.2280.7246.420648.4451.1740.9570.130791.3461.1813.26560.540840.3514.5952.1809.450746.7563.49996.34526.460676.7834.31022746.470924.2755.3856696.7801013995725.8789.990898.210991242971五.實(shí)驗(yàn)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(fù)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(dá)到最大值。這是由于電控發(fā)動機(jī)在中小負(fù)荷工況時是實(shí)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10左右，此時汽油機(jī)用經(jīng)濟(jì)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(jī)進(jìn)氣量自動減小，以維持過量空氣系數(shù)保持在1O左右。因此，在中小負(fù)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(fù)荷時，電噴汽油機(jī)為了輸出較大的功率將會增加噴油量以形成濃混合氣，導(dǎo)致過量空氣系數(shù)小于1O，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?yàn)橐掖计腿剂献詳y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(xué)反應(yīng)，加之混合燃料中乙醇的CH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(xué)結(jié)構(gòu)中的羥基OH使其燃燒反應(yīng)特點(diǎn)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(jī)的空燃比控制策略來決定的，在發(fā)動機(jī)達(dá)到某一轉(zhuǎn)速或者負(fù)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?yàn)樵陂]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(dāng)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(fù)荷工況下因?yàn)榛旌蠚膺^稀引起的HC淬熄排放，也降低了高負(fù)荷工況下因?yàn)榛旌蠚膺^濃導(dǎo)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(fù)荷工況下，隨著負(fù)荷的增加，NOx的排放都是先增加再減少，這是由于發(fā)動機(jī)在小負(fù)荷時，缸內(nèi)溫度比較低，因而NOx排放較低；發(fā)動機(jī)在中等負(fù)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(jī)在大負(fù)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容較完整 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完整 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本完整實(shí)驗(yàn)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(rèn)真 報告書寫認(rèn)真 報告書寫一般 報告書寫不認(rèn)真成績優(yōu) 良 中及格 不及格指導(dǎo)教師簽字： 2010年 月 日注：欄內(nèi)項(xiàng)目可根據(jù)實(shí)際情況增減、變動