摘 要 乙醇汽油E85由85%的乙醇和15%的汽油混合而成，它的價格與性能與常規(guī)汽油相似。本實驗中，發(fā)動機節(jié)氣門開度、點火提前角、空燃比等參數(shù)沒有進行調(diào)整。通過對發(fā)動機排氣管（未經(jīng)過三元催化反應裝置）中氣體進行分析來研究發(fā)動機在使用E85和普通汽油時的排放特性，并比較了使用兩種燃料時燃油消耗率及熱效率的差異。由于一般汽車主要在中低負荷工作，因此本實驗主要考察發(fā)動機在中低負荷時的排放特性。實驗結(jié)果表明，使用E85后，發(fā)動機的CO、NOx、HC排放都顯著減少，并且發(fā)動機的熱效率也有所提高。唯一的不足在于，由于乙醇的低熱值較低，對于同樣的續(xù)航里程需要更大容積的油箱。

關(guān)鍵詞 乙醇汽油E85；發(fā)動機排放特性；燃油消耗率

中圖分類號 U473 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)071-0129-01

汽車尾氣中有害氣體對于人類社會的影響甚至已經(jīng)超過了化石能源短缺的影響。實驗表明，燃料的成分以及燃燒過程中的溫度對于有害氣體的形成具有重要影響。乙醇由于其本身具有氧元素，因此能減小不完全燃燒的程度。此外，由于乙醇具有較大的氣化潛熱，能有效減少氮氧化物的產(chǎn)生。不僅如此，乙醇作為燃料還具有高辛烷值、可再生等特性。在世界各地，乙醇汽油被逐步推廣使用。其中在美國乙醇汽油E85被廣泛使用。本文研究了使用E85的發(fā)動機排放特性，與使用正常汽油的實驗進行比較，然后分析了E85具有更好的排放特性的內(nèi)在機理。

1 試驗儀器與方案

本試驗采用一臺美國通用公司的Quad-4直列、四缸、16氣門發(fā)動機。排量為2260 cc，壓縮比9.5:1，最大功率112 kW

（5200 rpm）。使用傳感器和Labview軟件來記錄轉(zhuǎn)速、壓強以及相位角。其他主要設備有Thermo Scientific牌氣體分析儀、液壓自動測矩器。通過測矩器控制扭矩，再通過Labview軟件和控制節(jié)氣門的開度來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，并使用氣體分析儀記錄各種廢氣的體積分數(shù)。分別對普通汽油和乙醇汽油E85進行同樣的實驗，轉(zhuǎn)速選為

3000r/min，測量在不同扭矩下的排放。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 CO排放

CO是由于可燃混合氣體不完全燃燒而引起的，使用汽油的發(fā)動機在中低負荷的范圍內(nèi)隨著發(fā)動機發(fā)出的有效功率的增加，CO的排放減小，這是因為溫度更高，所以更多的CO在產(chǎn)生以后會在燃燒室內(nèi)被氧化。而使用E85的發(fā)動機排放的CO則基本在一個小范圍內(nèi)波動，這是因為負荷增加，可燃混合器的濃度增加，由于乙醇的氣化潛熱使氣缸溫度產(chǎn)生下降的趨勢，所以抑制了CO的氧化，因此CO基本不變。同時可以看到，使用E85產(chǎn)生的CO遠遠低于使用普通汽油而產(chǎn)生的CO。CO排放減少高達79.3%至84.2%。原因在于乙醇的分子中含有羥基，也就是說含有氧原子，這樣使得實際的過量空氣系數(shù)增大，從而使CO有更多的機會被氧化，通常這種作用大于由于乙醇氣化潛熱引起溫度降低而產(chǎn)生的影響。由于E85中乙醇的含量占85%，因此實驗中CO的減少量非常可觀。

2.2 HC排放

HC同樣是由于可燃混合氣體不完全燃燒而引起的，從圖1中可以看出，HC排放和CO排放具有相似的趨勢，這是因為它們都是因為燃燒不完全而引起的，并且都因為氧的增加以及溫度的增加而使得被氧化的量增加。同樣的，使用E85產(chǎn)生的HC遠遠低于使用普通汽油而產(chǎn)生的CO。HC排放減少高達78.7%至88.9%。

圖1 兩種燃料HC排放對比（n=3000 r/min）

2.3 NOx排放

根據(jù)NOx形成的機理，有兩個因素影響其形成，一是燃燒過程中最高溫度以及保持在高溫的時間，二是過量空氣系數(shù)，一般比理想空燃比的可燃混合氣稍微稀薄的混合氣有利于NOx的形成。因此隨著負荷的增加，缸內(nèi)最高溫度增加，NOx的產(chǎn)生增加。這種趨勢在使用普通汽油和E85乙醇汽油時都得到了體現(xiàn)。與前面結(jié)果相同的是，使用E85乙醇汽油后NOx排放顯著減少。CO排放減少高達84.3%至86.5%。引起這個的原因與引起CO和HC減少的原因不同，此處是因為乙醇的揮發(fā)吸收大量熱量，從而降低了氣缸的溫度，從而使NOx明顯減少。當然，乙醇分子中的氧會使NOx增加，但這個因素與乙醇揮發(fā)引起溫度降低相比是次要的。

2.4 有效燃油消耗率和熱效率

由于乙醇的低熱值約為27 MJ，小于汽油的42 MJ，因此使用E85燃料以后發(fā)動機的有效燃油消耗率顯著增加，這樣對于相同的續(xù)航里程所需要的油箱的體積增加，這是使用乙醇汽油的一大

缺點。

但是，使用E85卻能夠獲得更高的熱效率。燃料能夠更加充分地燃燒，因此效率提高。如圖2所示，使用E85后發(fā)動機的熱效率提高了3%至8%。

3 結(jié)論

1）使用E85乙醇汽油能夠顯著降低CO和HC的排放，這是因為乙醇分子中含有氧原子，因此使得更多由于可燃混合氣混合不

（下轉(zhuǎn)第123頁）

（上接第129頁）

均勻而不完全燃燒產(chǎn)生的CO和HC被氧化。由于乙醇的氣化潛熱較大，這樣使得即使發(fā)動機的負荷增加，氣缸內(nèi)溫度增加也不顯著。這樣導致了CO和HC的排放在使用E85時沒有隨著負荷的增加而顯著減少。

圖2 兩種燃料熱效率對比（n=3000r/min）

2）雖然NOx的產(chǎn)生需要過量的氧氣，但是使用E85并不會導致NOx排放增加。這是因為乙醇揮發(fā)使溫度降低，而高溫則是NOx產(chǎn)生的另一重要條件。其中在本次試驗中，溫度的影響大于氧成分增加的影響，因此E85所造成的NOx排放同樣遠遠小于普通汽油的NOx排放。

3）很明顯使用E85能夠顯著地減少HC、CO、NOx的排放，但是同時有限燃油消耗率也有所增加，這主要是因為乙醇的低熱值較低。因此，使用E85將需要更大的油箱，這是使用E85的一大缺點。即便如此，使用E85后熱效率可以提高3%至8%?？傊?，乙醇汽油由于其良好的排放特性以及可再生性，必將在未來發(fā)揮更大的作用。

參考文獻

[1]Heywood， J.B.， Internal Combustion Engine Fundamentals， McGraw-Hill， New York， 1988.

[2]譚滿志，郭英男，劉金山等.化油器發(fā)動機燃用不同比例乙醇汽油的性能和排放測試[J].吉林大學學報(工學版)，2005，35(1):24-28.