车用乙醇燃料对发动机排放影响的试验研究

第4期(总第17车用发动机No 4(Serial No 177)2008年8月VEHICLE ENGINEAug.2008车用乙醇燃料对发动机排放影响的试验研究邵明龙',纪威',鲍晓峰2,郭瑞莲1(1.中国农业大学工学院,北京100083;2.中国环境科学研究院,北京100012摘要:在Mll.发动机台架上,来用GB/T19230.6-2003规定的试验方法,研究不同油品对发动机进气阀、艦烧宣等部位沉积物的彩响,同时用五組分分析仪随车检测发动机NO,CO和HC的排放浓度。结果显示,乙醇汽油虽能有效降低CO的排放,但是NO排放較高,HC排放略撒增加进气阔积炭较为严重。应加入有效的汽油清净剂改善排放关键词:乙醇汽油;汽油清净剂;进气阀沉积物;总燃烧室沉积物;排放测量中图分类号:TK41.5文献标志码:A文章编号:1001-2222008)04-0090-03变性乙醇燃料作为一种再生能源,可以有效减成沉积物的评价工作。少车辆对石油资源的依赖。自2002年以来我国已本项目的试验方法采用GB/T19230.6相继有9个省市用含有10%乙醇的车用乙醇汽油2003规定的试验方法代替普通汽油。通常人们认为乙醇汽油具有更好1.2测定排放物的试验装置及试验方法的清洁性,可使尾气排放中的HC平均减少30%以发动机排放物的测定采用 AVL DisGas4000上,并能有效清除火花塞、燃烧室、气门等部位积 Light五组分汽车排放分析仪,测量时,分别打印出炭,有利于保持发动机正常工作状态。但是通过同一个试验循环所包含的4个转速工况发动机排放对车用乙醇汽油的研究发现,乙醇汽油对发动机积物的浓度,由于试验时间为60h,可间隔测5~6组炭生成的作用明显大于普通无铅汽油且在尾气检数据以监测随发动机运转时间的不同,NO2,HC,测中发现NO4与HC排放量均明显增加10%左CO,CO2与O2排放的变化规律。右。这意味着,与普通无铅汽油相比,目前我国多个1.3试验油样省市正在广泛使用的车用乙醇汽油会在汽车发动普通无铅汽油的选用符合GB19592-2004中形成更多的积炭,更容易导致汽车排放恶化,因车用汽油清净剂所要求的技术指标。经M11试验此,在车用乙醇汽油中加入有效的清净剂已成为必台架检测,其进气阀的积炭为306mg/平均每阀,符要。本研究对比研究了普通无铅汽油、加剂后的无合GB19592-2004表A.1要求基础油进气阀铅汽油及多种车用乙醇汽油在M11试式验台架上的沉积物质量为(250±70)mg/平均每阀的数据。排放特性其他油样分别选用市售乙醇汽油、自配乙醇汽油1试验装置及试验方法E10(乙醇体积分数为10%选用统一的基础油)、加清净剂的乙醇汽油及加清净剂的普通无铅汽油。1.1评定沉积物的试验装置及试验方法利用中国环境科学研究院汽车油品试验室的2试验结果分析M发动机台架,测定进气阀与总燃烧室沉积物,2.1M1台架试验结果分析试验用发动机为Ml1490Q发动机。每次发动机我国市售汽油清净剂多达200多种,性能良莠试验前均按规定的程序清洗有关零件并进行系统的不齐,中国环境科学研究院曾对随机抽查的部分汽检查然后按严格的试验工况来进行发动机循环试油清净剂进行M1架试验测试,试验结果显示,验,在60h内完成800个循环;用专用工具仔细收进气阀积炭(IVD)与总燃烧室积炭(CCD)均达到国集试验后进气阀和燃烧室沉积物,并在16h之内完家试验标准限值的合格清净剂所占比例很小。本研中国煤化工收稿日期:2008-05-10;修回日期:200808-05基金项目:科研院所社会公益研究专项(2005DIB3J162)CNMHG作者简介:邵明龙(1969-),男,山东省日照市人,博士,主要研究方向为汽车燃料与排放的控制研究o 126. com.2008年8月邵明龙,等:车用乙醇燃料对发动机排放影响的试验研究究中,为与所研究的乙醇汽油进行对比,选用了一种和监督,参照国外使用经验暂时只推广E10一种合格的汽油清净剂。对3种不同的乙醇汽油进行车用乙醇汽油,其氧质量分数达到3.5%超过普通Ml台架试验,试验结果见表1。无铅汽油氧质量分数为2.7%的技术要求,而富氧表1不同油样试验结果(M111法)是生成NO2的重要条件;乙醇的火焰传播速度为试验油样每阀IvD/mg每机TcD/0.38m/s~0.58m/st4,高于汽油的燃烧速度,从基础油而使瞬时燃烧温度升高,也会使NO排放增加608另外,由于自配乙醇汽油进气阀积炭较为严重,加剂乙醇汽油加大了进气阻力,降低了充气效率,从而影响了燃烧市售乙醇汽油5368室的温度,尽管发动机运转时间较短,但与市售乙醇自配乙醇汽油(E10)4515328汽油相比,其略低的燃烧温度抑制了NO2的排放。由表1看出,自配乙醇汽油的进气阀与总燃烧由图1还可以看出,乙醇汽油与基础油加清洁室积炭均大于基础油特别是进气阀积炭原因分析荆后,NO2排放均比加剂前高这可以用M1會如下:架试验结果来解释,由表1可以看出,燃用加清净剂1)乙醇的汽化潜热远远高于汽油的汽化潜热的油品,燃烧室内积炭全部明显增多这使得发动机(乙醇为904kJ/kg,汽油为310k/kg)),当燃料经压缩比增大且不易散热,所以燃烧室内温度增高,喷嘴喷射到进气阀背面时,造成进气阀背面温度降NO,排放相对增加低,使燃料不能充分雾化,燃料中大分子的物质易形000r基础油自配乙醇汽油加剂乙醇成结焦,从而在进气阀背面易形成积炭;2)乙醇的黏度比汽油大3倍左右(乙醇为1.20mPa·s,汽油为0.28mPa·s~0.59mPa·s),导致乙醇汽油的黏度增加,使发动机易产生黏着磨损,从而使发动机易产生沉积与腐蚀;3)乙醇汽油为含氧燃料(E10氧质量分数为3.5%),其中的氧会与氢合成OH基,再与苯环生成酚类。酚类易于吸收空气中的氧而成为醌形结运转时间/h构。这种物质能与烃类物质氧化后生成的醛、酮等含氧化合物发生缩合反应,生成不溶性的树脂状的图1M11l台架不同油品NO2排放随发动机深色物质,最终成为沉积物之运转时间的变化(n=3800r/min)由于市售乙醇汽油按照GB18351-2004222油品对CO排放的影响车用乙醇汽油的规定加入了一定量的“改善其使用由图2看出,乙醇汽油CO排放比基础油明显性能的添加剂”,所以其进气阀积炭低于自配乙醇汽下降。这是因为乙醇汽油与基础汽油相比,含碳量油,但其进气阀与总燃烧室积炭仍然偏高。与加入少(其含碳量仅为汽油的61%左右),含氧量多,而同种清净剂的基础油相比,加剂乙醇汽油的进气阀含氢量却大致与汽油相仿(乙醇含氢量为13.13%积炭略高于加剂基础汽油,但已在国家试验标准限加剂乙醉汽油一基础油值之内。表1的试验数据进一步显示,在乙醇汽油是加剂基础油一市售乙醇汽油中应加入有效的汽油清净剂。2.2排放物试验结果分析采用五组分分析仪检测各种油样在M111台架上的排放,分析不同油样对发动机排放的影响2.2.1油品对NO2排放的影响由图1看出,乙醇汽油NO2的排放明显增高中国煤化工卖如而我国虽然对E7.7,E10,E15不同变性车用乙醇汽油CNMHG进行了试验工作,但为了在推广与应用时便于管理4吾采个同彻mLU放随发动机运转时间的变化(n=3800r/min)92车用发动机2008年第4期汽油含氢量为13%~15%),这就减少了生成CO一步检测各种油品对汽车排放物的影响,应进行的条件。另外,乙醇汽油为含氧燃料燃烧时有自供8万km~16万km的行车试验检测氧效应,这也使CO较多地转变为CO2,从而使CO排放降低。由图2还看出,加清净剂的油品由于燃烧室温度髙,充分燃烧占了主导地位,所以其CO排则三放也略微低于加剂前一加剂基础汽油市售乙醇汽油40}→加剂乙醇汽油一自配乙醇汽油22.3油品对HC排放的影响在M11台架试验测试中,HC排放主要由两部分组成:燃料不完全燃烧形成的HC排放;燃烧运转时间/h壁面的多孔性积炭等吸附及释放所形成的HC排图3M1l台架不同油品HC排放随发动机放。燃料不完全燃烧的首要原因是燃烧温度低,这运转时间的变化(n=3800r/min)是乙醇汽油HC排放略微增高的一个原因。其次,3结论在进气和压缩过程中,沉积在活寨顶部、燃烧室壁面和进排气门上的多孔性积炭,会吸附未燃混合气的a)通过M111台架试验发现,燃用乙醇汽油燃燃油蒸气随后当混合气中燃油浓度由于燃烧降到料进气阀与燃烧室内的积炭仍然很多,需要加入乙0时,油膜就释放出油气。由于释放时刻较迟,这醇汽油清净剂部分油气只有少数被氧化。通过M111台架试验b)乙醇汽油中加清净剂可极大改善其清净性,但加数据可知,乙醇汽油的进气阀、燃烧室的积炭较为量过多或类型不合适会加剧燃烧室沉积物的生成严重,不易散热,使室内温度偏高,所以又可以控c)通过随车检测发动机排放物浓度发现,燃用制HC排放增加。图3示出各种原因共同作用对乙醇汽油NO,排放高于基准汽油,HC排放变化不HC排放的影响是很明显,CO排放则显著降低。通过随车检测发动机排放物浓度发现,乙醇汽参考文献:油虽能有效降低CO的排放,但是NO2排放较高HC排放略微增加。这个测验结果与加利福尼亚空1]熊云,郭小川,王九汽车用油指南[M北京:中气资源局(CARB)在1990年~1995年生产的14辆国石化出版社,2005汽车上分别采用E10和汽油(已加有含氧化合物即[2] Guo Hejun. Development of gasoline deterge11%的MTBE)进行排放试验的结果相仿:乙醇汽research[J]. Polymer material science and engineering18(1):171-1油与MTBE燃油相比,CO排放降低10%,NO,排[3]杨思文高等工程热力学CM.北京高等教育出威放增加14%,HC排放增加10%。但是也看出,各社,1988.种油品其排放物随发动机运转时间的变化趋势不是[4]岑可法姚强骆仲決高等燃烧学[M.漸江:浙江很明显,原因是M111台架试验运转时间较短,若进大学出版社,2003Experimental Study on the Influence of VehicleEthanol Gasoline on Engine EmissionSHAO Ming-long, JI Wei, BAO Xiao-feng, GUO Rui-lian.2(l. College of Engineering, China Agriculture University, Beijing 100083, China;Abstract: On the Mill engine test bench, the influences of different fuels on intake valve deposit(IVD) and total combusthamber deposit(TCD) were researched according to specified test methods of GB/T 19230. 6-2003. The NO,, CO andemission were measured with AVL Dis Gas 4000 Light. The results shees the CO emission effectively but increases the NO, emission. Besides, the ethanol gasoline中国煤化工bout the severe IVD. The emission should be improved by adding theCNMHGKey words: ethanol gasoline; gasoline detersive: IVD; TCD; emission measurement