日本无码免费高清在线|成人日本在线观看高清|A级片免费视频操逼欧美|全裸美女搞黄色大片网站|免费成人a片视频|久久无码福利成人激情久久|国产视频一二国产在线v|av女主播在线观看|五月激情影音先锋|亚洲一区天堂av

  • 手機站
  • 小程序

    汽車測試網(wǎng)

  • 公眾號

    • 汽車測試網(wǎng)

    • 在線課堂

    • 電車測試

含有甲醇、乙醇和丁醇的汽油機混合燃料試驗研究

2020-03-27 09:18:34·  來源：汽車與新動力  
　
原創(chuàng)汽車與新動力汽車與新動力前天點擊上方汽車與新動力可進行訂閱哦！_______________對于長距離行駛工況而言，合成燃料是一類充滿吸引力的可用于降低CO2排放的
對于長距離行駛工況而言，合成燃料是一類充滿吸引力的可用于降低CO2 排放的解決方案。 除了將甲醇作為單一燃料直接使用之外，也可考慮使用甲醇、乙醇、正丁醇和異丁醇與傳統(tǒng)燃料的混合燃料作為內(nèi)燃機燃料。 為此，德國亞琛工業(yè)大學(xué)已在單缸汽油機上通過燃燒過程研究這些混合燃料和純醇類燃料提高效率和降低有害物排放的潛力。

1 燃料具有不增加排放的自由度
 
巴黎氣候保護協(xié)議規(guī)定了2015年降低 CO 2排放的目標(biāo)，并在以后的幾十年中應(yīng)逐步顯著降低 CO 2排放。交通領(lǐng)域?qū)τ谟行崿F(xiàn)能源轉(zhuǎn)型起著決定性的作用，其所消耗的能源約占德國總能源的20%。即使通過減輕質(zhì)量、提高發(fā)動機效率或者加速汽車電氣化和混合動力化，由此持續(xù)不斷地改善能源的利用效率，但是與1990年相比，溫室氣體排放并未得以顯著減少，而且短期內(nèi)的交通流量甚至還會進一步增加，因此降低 CO 2排放仍是舉步維艱。在封閉碳循環(huán)中借助于可再生能源制取燃料的情況下，液態(tài)合成燃料為降低交通領(lǐng)域 CO 2排放提供了廣闊的前景。除了長期降低下一代內(nèi)燃機排放之外，此類燃料作為混合燃料的組成成分在現(xiàn)有公司車隊中已能顯著降低 CO 2、NOx 和顆粒排放。
 
2 燃料特性
 
為了研究液態(tài)可再生燃料在汽油機轎車上的適用性，選擇了3種醇類燃料作為混合燃料的組成成分： 甲醇、乙醇和丁醇，而將研究法辛烷值（RON）為94的不含氧的汽油作為基礎(chǔ)燃料。 這些醇類的純組分以3%～40%的份額與基礎(chǔ)燃料進行混合，從而總共確定了10種混合燃料，其特性列于圖1中，其目標(biāo)是用這10種混合燃料需滿足RON＞101的要求。 E20和E25為來自巴西的含乙醇燃料。 M15E5是一種由ENI和FCA公司開發(fā)的A20燃料，它含有15%甲烷和5%乙醇。 所有這10種混合燃料的低熱值約為39 MJ/kg，且?guī)缀醣３趾愣ú蛔儭?與基礎(chǔ)燃料相比，純粹的醇類呈現(xiàn)出明顯較低的熱值，這歸因于較高的含氧量，而甲醇、乙醇和正丁醇和異丁醇卻具有比基礎(chǔ)燃料明顯更高的抗爆性。 正是在高負荷工況下，較高的蒸發(fā)焓起到了顯著作用，與基礎(chǔ)燃料相比，2種丁醇組分的蒸發(fā)焓要高出2倍，乙醇的蒸發(fā)焓要高出3倍，而甲醇的蒸發(fā)焓甚至要高出6倍，但是在冷起動狀況下較高的蒸發(fā)焓就顯得不勝其弊了。 無論是甲醇和乙醇還是正丁醇和異丁醇都具有比基礎(chǔ)燃料更高的空氣需求、更低的比熱值、更低的蒸汽壓和更高的蒸發(fā)焓，在較低的進氣空氣溫度和冷起動條件下會導(dǎo)致不良的混合氣形成。 此外，對于選擇混合組分而言，沸點溫度是一個重要的需求，因為沸點溫度超過100 ℃可能使燃料摻入機油而導(dǎo)致機油稀釋，因此需確保在90℃的運行溫度下?lián)饺氲綑C油中的燃料能充分蒸發(fā)，沸點溫度為118 ℃的正丁醇組分不進行試驗，而沸點溫度為108 ℃的異丁醇與基礎(chǔ)燃料的混合比例至多為40%。
 
圖1 試驗混合燃料以及基礎(chǔ)燃料、基準(zhǔn)燃料和純組分的特性

3 試驗研究載體
 
在單缸試驗發(fā)動機上進行基礎(chǔ)試驗研究。單缸試驗發(fā)動機的技術(shù)數(shù)據(jù)列于表1。單缸試驗發(fā)動機上的增壓是由外部增壓機組實現(xiàn)的，完全能達到0.35 MPa的最大增壓壓力。借助于排氣管路中的一個背壓閥，在節(jié)流運行時壓力能被調(diào)節(jié)到0.1 013MPa，而在增壓運行時排氣歧管中的壓力被提升到與進氣管中相近的數(shù)值。進氣空氣溫度被調(diào)節(jié)至25 ℃。這種單缸試驗發(fā)動機能通過活塞的幾何形狀被調(diào)整到不同的壓縮比。為了利用含醇燃料的高抗爆性并達到最高的發(fā)動機效率，將壓縮比設(shè)定為13.0。堅固的曲柄連桿機構(gòu)允許氣缸最高平均壓力高達17.0 MPa，由此考慮到了所期望的高峰值壓力，特別是考慮到了在使用含醇燃料時應(yīng)具有足夠的安全性。此外，這種單缸試驗發(fā)動機具有分開的進氣道，其能達到較高的滾流強度，從而獲得良好的混合氣形成?；鸹ㄈ皣娪推骶贾迷跉飧字醒?，其中火花塞布置于排氣門之間，而噴油器則布置于進氣門之間（圖2）。

表1 單缸試驗發(fā)動機技術(shù)數(shù)據(jù)

  
 
圖2 單缸試驗發(fā)動機結(jié)構(gòu)

采用6孔電磁閥式噴油器以高達20MPa的噴油壓力進行燃油噴射。 為了進行廢氣測量從排氣歧管提取部分體積流量的廢氣，并借助于下列測量系統(tǒng)來分析廢氣成分：

碳氫化合物（HC）： 火焰電離分析儀（Rosemout NGA 2000）；

氧（ O 2）：順磁式氧分析儀（Rosemout NGA 2000）；

一氧化碳（CO）：紅外線氣體分析儀（Rosemout NGA 2000）；

二氧化碳（CO）：紅外線氣體分析儀（Rosemout NGA 2000）；

氮氧化物（NOx）：化學(xué)熒光分析儀（Eco Physics 700 EL ht）。

為了測定碳煙排放，通過背壓節(jié)流閥在0.1013 MPa壓力水平下提取部分體積廢氣，并引至煙度儀（AVL  415s），用博世（FSN）黑煙度定量測量煙度。 單缸試驗發(fā)動機燃油系統(tǒng)中應(yīng)用的密封件均由聚四氟乙烯（PTFE）和全氟醚橡膠（FFKM）制成的，這些材料與試驗燃料接觸時不會發(fā)生膨脹，而對于三元乙丙橡膠（EPDM）、氟橡膠（FKM）和丁晴橡膠（NBR），在前述工作中就已查明該類材料難以發(fā)生膨脹。

4 單缸試驗發(fā)動機的試驗結(jié)果
 
試驗研究的目標(biāo)是確定所選定的10種混合燃料以及基準(zhǔn)燃料和純甲醇的效率和廢氣排放的特性。 基礎(chǔ)試驗包括化學(xué)計量比部分負荷和全負荷運行、借助于廢氣再循環(huán)（EGR）稀釋充量、過量空氣以及催化轉(zhuǎn)化器加熱和機油稀釋。 下文示范性地介紹了負荷變化和催化轉(zhuǎn)化器加熱的試驗結(jié)果。

圖3示出了根據(jù)可達到的50% 燃料轉(zhuǎn)換點，在2 500 r/min轉(zhuǎn)速下2種不同負荷工況點時的各種不同燃料的抗爆性。 為了評價混合燃料，應(yīng)用常規(guī)的RON 98燃料作為基準(zhǔn)燃料，其采用與混合燃料相同的壓縮比13.0進行試驗。 當(dāng)50% 轉(zhuǎn)換點能在最佳燃燒重心位置點火上止點后7～8°CA范圍內(nèi)實現(xiàn)時，燃料即已顯示出較高的抗爆性，隨之可達到盡可能高的效率。 如圖3所示，在平均指示壓力 p mi=1.2 MPa的負荷工況下沒有哪種燃料會受到爆震限制。 因為基準(zhǔn)燃料采用與混合燃料相同的壓縮比進行試驗，采用混合燃料的效率僅能提高1%，因而其并非是決定性因素，其中甲醇的效率明顯比基準(zhǔn)燃料提高了7%，這一方面是由于層狀火焰?zhèn)鞑ニ俣容^高，從而縮短了著火滯后和燃燒持續(xù)時間的結(jié)果，但是更重要的是較高的蒸發(fā)焓帶來的效果，由此得到的更低的氣體溫度并減小了壓縮功和壁面熱損失。 混合燃料之間的差異同樣也是由不同的蒸發(fā)焓所造成的。 因為 NO x的形成是由燃燒室中的氣體溫度所引起的，與基準(zhǔn)燃料相比，4種組分因絕熱火焰溫度較低而產(chǎn)生較低的 NO x排放，再與較高的蒸發(fā)焓相結(jié)合，特別是甲醇，以此能使 NO x排放顯著降低。 混合燃料較大的汽化冷卻作用使燃燒溫度有所降低，并加劇了不完全燃燒增現(xiàn)象的出現(xiàn)，從而導(dǎo)致了HC排放略有增加。 當(dāng)然，與混合燃料相比，甲醇因其含碳量減少了56% 以及層狀火焰較高的傳播速度而使HC排放明顯降低。

圖3 各種燃料在中等和高負荷時的發(fā)動機試驗結(jié)果
（Methanol=甲醇；Ethanol乙醇；2-Butanol=正丁醇；iso-Butanol=異丁醇；EB=噴油始點；°KW =°曲軸轉(zhuǎn)角，點火上止點前；）

在 pmi =1.8 MPa的負荷工況下，混合燃料因具有較高的抗爆性而提高了效率。采用RON98基準(zhǔn)燃料運行時可達到的最大負荷為 pmi =1.8 MPa，50% 轉(zhuǎn)換點位于點火上止點后28°CA，然而10種混合燃料的50% 轉(zhuǎn)換點位于點火上止點后14～18°CA。10種混合燃料具有的最大 pmi可達2.4～2.7 MPa，其中輕微的差異可歸因于不同的辛烷值和蒸發(fā)焓，與基準(zhǔn)燃料相比，這就導(dǎo)致了使用M3E20燃料時效率提高12.6%，而在甲醇情況下效率甚至能提高23.5%，因為純組分即使在 pmi=1.8 MPa時仍能達到點火上止點后7.6°CA的最佳燃燒重心位置。盡管2B40和iB40混合燃料的正丁醇和異丁醇40%的混合份額相對較高，但是因RON和蒸發(fā)焓比甲醇和乙醇低，其效率僅能提高11%。在相同的醇類含量20%的情況下，E20、M15E5和M5E15混合燃料都達到了使用M15E5時的最高效率，因為M15E5混合燃料中的甲醇含量是最高的。

為了評價在發(fā)動機冷起動邊界條件下的混合氣形成，除了在2 500 r/min的轉(zhuǎn)速下調(diào)整負荷之外，所有10種混合燃料和基準(zhǔn)燃料以及甲醇的試驗還在1 200 r/min和pmi =0.3 MPa典型的催化轉(zhuǎn)化器加熱的運行工況點進行。 作為邊界條件發(fā)動機機油溫度和冷卻水溫度被調(diào)整到30 ℃。 此外，將相同的點火時刻（ZZP）、相同的噴油始點（EB）以及具有恒定噴油持續(xù)時間（t i2 ）的與點火相關(guān)的噴油作為試驗的基礎(chǔ)，如圖4所示。 甲醇的燃燒持續(xù)期導(dǎo)致了良好的燃燒穩(wěn)定性，其平均指示壓力變化系數(shù)（COV pmi ）較小，而正丁醇含量較高（分別為15%和40%）的混合燃料則顯示出稍高的 COV pmi、略高的HC排放和較長的燃燒持續(xù)期，這與組分的沸點較高有關(guān)。 在采用甲醇的情況下，因其蒸發(fā)焓高、蒸汽壓低、空氣需求量較少以及由此引起的需求燃料的體積提高而出現(xiàn)明顯的氣缸壁面潤濕現(xiàn)象，因而在排氣階段期間甲醇就從氣缸壁面上的機油膜部分解出來，直接導(dǎo)致HC排放有所增加。 與基準(zhǔn)燃料相比，由于混合燃料的蒸發(fā)冷卻作用要高出約21%，因而能降低 NO x排放。 盡管混合燃料的蒸發(fā)冷卻作用有所提高并由此降低了廢氣溫度，但是在燃燒穩(wěn)定性有所惡化的情況下，仍有足夠的廢氣熱流量以確保 COV pmi。

圖4 各種燃料在催化轉(zhuǎn)化器加熱點時的發(fā)動機試驗結(jié)果
（Methanol=甲醇；Ethanol乙醇；2-Butanol=正丁醇；iso-Butanol=異丁醇；°KW =°曲軸轉(zhuǎn)角 點火上止點前/點火上止點后；）

甲醇的燃燒明顯更為穩(wěn)定，當(dāng)然其僅能獲得2 kJ/s以及相對較小的廢氣熱流量。因為甲醇在點火上止點后25°CA點火時刻時的廢氣熱流量處于與基準(zhǔn)燃料和混合燃料在點火上止點后15°CA點火時刻時的相同水平上，因此基于廢氣熱流量的增加與點火時刻之間的線性關(guān)系，隨著點火角的進一步調(diào)整，廢氣熱流量就能達到約3 kJ/s。

5 結(jié)論和展望
 
在直噴式單缸試驗發(fā)動機上已對10種含有甲醇、乙醇、正丁醇和異丁醇的汽油機混合燃料以及純甲醇進行了熱力學(xué)試驗研究。 所進行的試驗研究表明，甲醇提供了提高效率和降低 NO x排放的巨大潛力。 在高負荷時，與RON98基準(zhǔn)燃料相比，使用混合燃料在相同的壓縮比情況下能使效率提高12.6%，而甲醇甚至能使效率提高達23.5%。 甲醇將較高的蒸發(fā)焓與較高的層狀火焰?zhèn)鞑ニ俣认嘟Y(jié)合，能在高負荷和冷起動條件下提高抗爆性和燃燒穩(wěn)定性。 含有丁醇的混合燃料的熱值比甲醇和乙醇的熱值更高，當(dāng)然其抗爆性仍略遜一籌。 此外，較高的沸點溫度會提高冷起動條件時的HC排放。 鑒于EGR兼容性和稀薄燃燒過程，期望使用混合燃料和純組分燃料以進一步提高效率和降低廢氣排放。 在使用甲醇運行時，因其較好的抗爆性而有望進一步提高壓縮比。 除了在 NO x排放方面的優(yōu)勢之外，隨著醇類含量的增加，HC排放仍具有挑戰(zhàn)，特別是在冷起動的工況下。
 
 
分享到：
 
反對 0 舉報 0 收藏 0 評論 0
滬ICP備11026917號-25