电控喷射乙醇燃料(E100)在火花点燃式发动机的应用研究(硕士论文)990209[1]

论文分类号TK464 单位代码 10183 密级内部研究生学号 2990209吉林大学硕士学位论文电控喷射乙醇燃料(E100)在火花点燃式发动机的应用研究A Study of Ethanol Fuel (E100) Application onthe Electronic Fuel Injection SI Engine作者姓名：刘志敏专业：动力机械及工程导师姓名及职称：李理光教授论文起止年月：2001年1月至2002年3月目录第一章绪论 (6)1．1背景 (6)1．2国际上燃料乙醇工业的发展概况 (6)1．2．1美国政府实施燃料乙醇政策情况 (7)1．2．2 巴西政府大力发展燃料乙醇计划和巨大收益。

(8)1．2．3 欧洲国家推广应用燃料乙醇情况介绍。

(9)1．3国内燃料乙醇发展情况 (9)1．4乙醇的燃料特性 (9)1．5乙醇燃料在汽油机应用的可行性及需解决的问题 (12)1．6本课题内容 (13)第二章电控喷射乙醇发动机试验系统及方案设计 (14)2．1试验系统构成： (14)2．2 试验参数调整 (16)2．2．1燃料喷射量的调整 (16)2．2．2喷油提前角及点火提前角的检测与调整 (18)2．2．3进气温度的改变 (20)2．3乙醇发动机的冷起动 (21)2．4试验设备及仪器使用修正 (23)2．4．1试验设备 (23)2．4．2 仪器使用修正 (24)第三章在线测控系统的设计 (25)3．1 在线测控系统的设计目的 (25)3．2 在线测控系统的功能简介 (25)3．3在线测控系统组成及各组成部分功能简介 (25)3．4 在线测控系统设计原理 (26)3．5下位机硬件及软件设计 (28)3．5．1下位机硬件电路 (28)3．5．2下位机软件设计 (31)3．6上位机软件设计 (33)3．6．1 功能模块设计 (33)3．6．2在线测控软件人机交互界面的设计开发 (34)3．6．2．1主窗口总体设计 (34)3．6．2．2试验条件说明窗口设计 (36)3．6．2．3实时数据曲线显示窗口设计 (37)3．6．2．4实时数据保存窗口设计 (38)3．6．2．5测功机扭矩系数标定窗口设计 (38)3．6．2．6菜单栏窗口设计 (39)3．7本章小结 (39)第四章电控喷射乙醇发动机动力性经济性研究 (40)4．1 电控喷射乙醇发动机动力性 (40)4．1．1 外特性动力性对比 (40)4．1．2燃调特性动力性对比 (41)4．1．3 乙醇发动机点火提前角对动力性的影响 (42)4．2 乙醇发动机经济性 (43)4．2．1 外特性经济性对比 (44)4．2．2 燃调特性经济性对比 (46)4．3本章小结： (46)第五章电控喷射乙醇发动机排放特性研究 (48)5．1 HC的排放研究 (48)5．1．1 HC的生成机理 (48)5．1．2 外特性HC排放对比 (48)5．1．3 过量空气系数对HC排放的影响 (49)5．1．4 点火提前角对HC排放的影响 (49)5．1．5怠速HC排放对比 (50)5．2 CO的排放研究 (50)5．2．1 CO的生成机理 (50)5．2．2外特性CO排放对比 (51)5．2．3 过量空气系数对CO排放的影响 (51)5．2．4 点火角对CO排放的影响 (52)5．2．5怠速CO排放对比 (53)5．3 NOx的排放研究 (53)5．3．1 NOx的生成机理 (53)5．3．2 外特性NOx对比 (54)5．3．3 过量空气系数对NOx排放的影响 (55)5．3．4 点火提前角对NOx排放的影响 (55)5．3．5怠速NOx排放对比 (56)5．4 本章小结 (57)第六章全文总结及工作展望 (59)6．1全文总结 (59)6．2本课题的未来展望 (60)致谢 (63)参考文献 (61)提要论文以一台风冷，四冲程，125ml电控喷射汽油燃料的火花点燃式摩托车发动机为试验样机，在实现电控喷射乙醇燃料的条件下，分别做了空燃比，点火提前角，进气温度对乙醇发动机性能的影响，得出了一些有益的结论。

找到了一种适合于车用的乙醇发动机冷起动方案。

并开发出发动机实时参数测量与控制系统。

论文对电控喷射乙醇发动机与汽油机做了动力性，经济性和排放性对比。

发现燃用乙醇后，发动机最大扭矩增加1.9％，最大功率增加5.4％，外特性上乙醇发动机HC排放降低38％，CO排放降低47％。

但NOx排放，因过量空气系数控制在0.95附近，而恶化。

怠速工况CO平均降低20.7%，HC排放量基本一致。

在7000r/min，节气门全开的燃调特性上，相同过量空气系数下，乙醇发动机的动力性和排放性均优于汽油机。

由于乙醇热值较低的特性，其外特性和燃调特性上的比油耗明显高于汽油机。

但乙醇燃料的比能耗却低于汽油机。

最后本文提出了电控喷射乙醇发动机研究过程中出现的问题及解决方案，并对未来的工作做了进一步展望。

关键词：乙醇，电控喷射，火花点燃式发动机，冷起动，燃烧与排放，在线测控系统第一章绪论1．1背景内燃机的使用已有一百多年的历史。

它的诞生使人类更轻便地利用能源产生动力成为可能，使人类社会得以快速发展。

同时，内燃机也给人类环境带来很大的危害。

其燃烧时产生的有害排放物，如CO、HC、NOx与颗粒等，直接影响人类的身体健康，燃烧时产生的CO2形成的温室效应是导致全球气温变暖的重要原因[13]。

因此现在世界各国都对发动机的排放制定了严格的标准，我国也对各种车用发动机的排放制定了国家标准。

摩托车发动机是车用发动机的一个重要成员，它的性能和排放是摩托车的主要技术指标之一。

我国是摩托车大国，目前我国摩托车产量占世界总产量的50%，年产量1000万辆以上，国内摩托车的保有量5000万辆以上[3]。

因此，面对日益严峻的节能和环保问题、尤其是城市环保问题，解决摩托车的排放问题势在必行。

同时随着今后即将实施的燃油税，摩托车的油耗更直接关系到用户的实际利益。

随着排放法规的不断严格和电子技术的迅速发展，汽油机电控技术取得了显著的进步，作为一种新技术已在汽车工业中建立了坚实的基础。

目前，汽油机电子控制的发展趋势还十分强劲。

相对于车用发动机的电控系统来说，摩托车发动机的电喷系统发展较晚。

日本川崎公司于1980年首次在Z1000型摩托车上应用EFI电喷系统[17]。

摩托车发动机的电喷技术是在车用发动机电控技术之上发展起来的，但相对于汽车的条件来说，摩托车上的电喷系统工作环境更恶劣，要求更苛刻，目前还没有普遍应用。

随着技术的进步、电喷元器件的价格下降和人们对环保、能源的日益关注，摩托车发动机电喷技术的发展也日新月异。

各式各样的电喷系统的专利发明不断涌现，性能日益提高。

我国摩托车行业这几年发展势头良好，开始向高技术领域挑战。

排气催化转换装置已被引入摩托车产品，有关部门也已将ABS防抱死制动技术在摩托车上的应用列入开发计划[24]。

目前海南新大洲和奥必托公司合作开发了装有二冲程发动机的XDZ50QT，DP-K环保摩托车；南方公司NF125已成功地运用了贵州红林机械厂与美国BKM公司联合开发的二冲程摩托车发动机的电喷系统；春兰集团在244M型摩托车用发动机上应用了电喷技术，重庆力帆集团自行开发了LF125，LF150系列电喷摩托车[38][39]。

可见电子控制燃油喷射技术在摩托车上的应用具有很大潜力。

是当今摩托车发动机发展的一个重要方向。

内燃机使用的石油属于一次不可再生能源。

其最终将会被消耗殆尽。

没有能源，人类生活就无从谈起，现代社会文明就无法继续。

本世纪中期以来，国际上许多科技人员便开始了旨在开发再生能源以最终取代一次能源的研究。

1978年，美国普渡大学成立了国际上第一个再生资源研究室，随之美国能源部又成立了两个国家级实验室，开创并推动了世界性利用自然界取之不尽、用之不竭的植物（含粮食）资源，生产“绿色能源”的意义深远的事业[13]。

目前，国际上所称的“再生资源研究”主要就是指用绿色植物（含粮食）为原料制取乙醇用作替代能源之一为主的研究。

可以肯定的说，随着地球上一次能源的日趋枯竭，再加之现代诸多高新技术大量加入这一研究领域，可再生的“绿色能源”在新世纪伊始乃至整个世纪，便会显示出强大的生命力，推动社会的发展和进步。

1．2国际上燃料乙醇工业的发展概况燃料乙醇是本世纪初面市的传统产品，后因石油的大规模、低成本开发，其经济性较差而被淘汰。

随着一些先进农业国劳动生产率的大幅度提高，以及七十年代中期以来四次较大的“石油危机”，又推动燃料乙醇工业在世界许多国家得以迅速发展。

自巴西、美国率先于七十年代中期大力推行燃料乙醇政策以来，加拿大、法国、西班牙、瑞典等国纷纷效仿，均已形成了规模生产和实际应用，1999年，美国燃料乙醇消费量约450万吨，2000年达550万吨。

巴西则更多，去年消费量约970万吨，占全国汽油消费量的43%，今年将超过1000万吨[26]。

美、巴等国推行燃料乙醇给国家带来的巨大综合收益，如刺激农业、维护粮价、完善能源安全体系、减少对石油依赖、节约外汇、增加就业、增加财政收入、改善燃油品质及大气环境质量等，均为世界所共认。

目前，许多农业资源国如英国、荷兰、德国、奥地利、泰国、南非等国政府均已制定规划，积极发展燃料乙醇工业。

乙醇这一传统产品，经过半个多世纪的沉沦之后，自九十年代以来，之所以又重新成为许多国家大力研究和发展的对象，究其原因是人们对乙醇极优越的物理、化学特性得到了更深入的认识和了解所造成的。

乙醇已经不单是一种优良燃料，它已经成为一种优良的燃油品质改善剂被广泛使用。

它的主要特性可以概括为四个方面：第一，乙醇燃料的含氧特性，使汽油增加内氧，燃烧充分，达到节能和环保目的。

第二，乙醇具有极好的抗爆性能，调合辛烷值一般都在120以上，它可有效提高汽油的抗爆指数（辛烷值）。

再者，在新标准汽油中，乙醇还可以经济有效地降低芳烃、烯烃含量、降低炼油厂的改造费用。

更重要的是乙醇是太阳能的一种表现形式，在整个自然界这个大系统中，乙醇的整个生产和消费过程可形成无污染和非常清洁的闭路循环过程。

永恒再生，永不枯竭。

1．2．1美国政府实施燃料乙醇政策情况美国是世界上燃料乙醇的主要生产国，早在30年代，美国就已开展了燃料乙醇的研究及应用工作，70年代的世界石油危机和1990年美国国会通过空气清净法（修正案）后，是美国燃料乙醇两个主要发展时期。

1930年，乙醇汽油混合燃料在美国内布拉斯加州地区首次面市，1970年，含10%乙醇的混合汽油在内布拉斯加州大规模使用。

1979年，美国国会为减少对进口原油的依赖，从寻找替代能源的角度出发，建立了联邦政府的“乙醇发展计划（使用E10，减免联邦消费税）”，开始大力推广使用含10%乙醇的混合燃料，联邦政府计划的实施使美国的乙醇工业得到迅速发展，乙醇产量从1979年的2.8万吨迅速增加到1990年的243.6万吨。