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起用酒精汽油混合燃料点火发动机的冷启动排放摘要目前正在研究乙醇汽油混合燃料对火花点火发动机冷启动排放的 影响在冷启动的时候，ECU根据冷却水的温度和进气温度控制燃油 喷射率，而冷却水和进气温度在实验中被精确控制在混合燃料中乙 醇含量越多那么空燃混合气将会越稀疏，并且将会影响雷德蒸汽压的 品质发动机在混合燃料中乙醇含量为百分之五、乙醇含量为百分之 十、乙醇含量为百分之二十和乙醇含量为百分之三十的情况下可以被 稳定的启动，在添加的乙醇含量超过百分之二十时碳氢化合物和一氧 化碳的排放将会显著下降，但是在乙醇含量为百分之四十的情况下因 为空燃混合气变的非常稀疏所以发动机怠速将变的不稳定，因此，为 了实现最好的冷启动排放效果，乙脖汽油混合物中乙醇的含量应至少 为百分之二十但是不超过百分之三十1简介从二十世纪开始乙醇就被应用到汽车发动机上，但是最终被更便 宜的从石油中提炼出来的汽油取代了，鉴于化石燃料的不断消耗和不 断恶化的全球气候的逐渐变暖，越来越多的国家将他们的注意力转移 到了生物能上将乙醇汽油混合燃料应用在火花点火发动机上己经被 很多学者研兖过了，乙醇在提高抗爆能力和降低一氧化碳以及未然碳 氢化合物排放方面的有益效果正在逐步得到人们的认可。

乙醇的雷德蒸汽压是十七千帕，比汽油的五十三点七千帕低很多， 但是它们的混合物的雷德蒸汽压品质关于体积分数并不成线性比例， 乙醇体积分数在百分之五到百分之十左右的混合燃料可以实现最大的 雷德蒸汽压并且因此可以促进冷启动，此外，乙醇的辛烷值要比汽油 的辛烷值高，因此，通过增加发动机压缩比可以同时增加发动机效率 醇含量为百分之四十的混合燃料，由于发动机中空燃混合气太稀薄因 而导致发动机运转不稳定就所提及的排放而言，使用乙醇含量为百 分之五和百分之十的混合燃料的工作特性和使用纯汽油（乙醇含量为 零的乙醇汽油混合燃料）的工作特性几乎没有什么差别，然而乙醇含 量从百分之二十到百分之四十的混合燃料能明显地降低碳氢化合物、 一氧化碳和氮氧化物的含量，因此总而言之能够实现最好的冷启动排 放效果的混合燃料中乙醇的含量应至少为百分之二十但是又不超过百 分之三十帕尔马尔研究发现乙醇汽油混合物中乙醇含量每增加百分之 十辛烷值和发动机输出功率就会增加百分之五由Hamdam和Jubran研究得出，在部分负荷下当混合燃料中含有 百分之五的乙醇时会有最好的发动机特性，并且热效率会增加百分之 四到百分之十二；Abdel-Rahman和Osman在火花点火发动机上通过改 变不同的压缩比来测试乙醇含量为百分之十到百分之四十的混合燃料 并且得出结论，对于乙醇含量超过百分之十的混合燃料，由于不断降 低的放热量，发动机的性能变的恶化；Badwan研究乙醇含量从百分之 五十到百分之七十的混合燃料并且得出在混合燃料中乙醇含量为百分 之五十时具有最好的抗暴性能。

使用乙醇汽油混合燃料的一个主要目的是它具有一氧化碳和未然 碳氢化合物排放低的能力Alexandrian和Schwalm研究发现空燃比的 变化对于一氧化碳排放量影响很大，在空燃比较小的情况下，使用混 合燃料可以有效降低一氧化碳和氮氧化物排放量；泰勒比较了四种乙 醇的性能，他们发现乙醇和汽油四种不同的混合物在燃烧效率方面儿 乎没有差异，但是，由于进气歧管里的蒸发冷却使用乙醇可以增加电 荷密度在泽尔瓦斯的研究中，他们发现乙醇可以提高甲醇、乙酸、酸、 乙醛以及乙醇自身的排放量；在Poulopoulos的研究中，他们发现添加 乙醇的益处被催化剂转化过程抵消了；在马格努松的研究中发现，增 加乙醛排放量以及降低一氧化碳排放量是添加乙醇的主要意义；在泽 尔瓦斯的研究中，他们发现使用乙醇含量为百分之五和乙醇含量为百 分之十的混合燃料能够降低化学计量比达到百分之二十的氮氧化物排 放量，并且在空燃比较大的情况下可以达到百分之三十；哈桑表示乙 醇汽油混合燃料能够增加制动功率、转矩和制动热效率，但是会降低 制动特性燃料消耗本的研究中发现，在绝大多数情况下，乙醇汽油 混合燃料能够降低一氧化碳、总的碳氢化合物以及氮氧化物的排放量； Wu的研究中在直喷火花点火发动机上进行开环操作，在富油状况下， 混合燃料能够降低一氧化碳和碳氢化合物的的排放量；Al-Farayedhi 在研究中检测了氧化燃料、甲醇和乙醇并且发现它们可以提高发动机 的制动热效率；泽尔瓦斯研究发现添加了乙醇的汽油除了不能降低甲 烷的排放量之外可以降低其余所有的碳氢化合物的排放量；吉亚研究 四冲程机动车发动机得出的结果显示使用乙醇含量为百分之十的混合 燃料时一氧化碳和碳氢化合物的排放量很低，但是氮氧化物和芳香化 合物的排放量并没有显著地降低；拜拉克塔尔研究中发现对于火花点 火发动机而言，乙醇在混合物中最合适的比例在理论上是百分之十六 点五而实验值是百分之七点五。

尼文的一篇评论文章指出乙醇含量为 百分之十的混合燃料的有争议的空气污染问题并且其就降低温室气体 排放而言具有很小的优势；Yucesu在研究中用可变压缩比的一缸发动 机测试乙醇汽油混合燃料，乙醇含量为百分之十和乙醇含量为百分之 六十的的乙醇和汽油的混合燃料拥有更高的辛烷值和更优异的抗爆性 能；Song指出用乙醇替代甲基叔丁基酰可以改善一氧化碳、碳氢化合 物和氮氧化合物的排放；Heh研究了火花点火发动机电控单元ECU的 闭环控制，当达到百分之三十时转矩改变很小但是碳氢化合物的排放 能够减少百分之二十到百分之八十；托普尔指出在压缩比为十比一的 发动机上使用乙醇含量为百分之六十的混合燃料能够降低百分之三十 二的碳氢化合物排放量；Yucesu在研究中用压缩比不断变化的发动机 测试四种混合燃料并且通过人工神经网络的方法实现了最佳的运转工 况应用在火花点火发动机上的乙醇汽油混合燃料己经被研究的非常 广泛了，所有的研究都将关注集中在柔和以及稳定的发动机运转特性 上在火花点火发动机启动时，需要较浓的燃料混合气以便确保能够 被点燃，提供过浓的燃料和由于低温导致的催化转化器的不工作致使 发动机在冷启动时期产生了大量的碳氢化合物和一氧化碳，这表明缺 乏关于使用乙醇汽油混合燃料的火花点火发动机冷启动排放的调查结 果，现在的发动机测试工作就是被计划去弥补这种认知上的空白，在 冷启动时期与各种乙醇汽油混合燃料相联系的总的排放量被收集和分 析以便于明确添加乙醇对于冷启动排放的影响。

图1实验设备2实验仪器在图一中描述了实验仪器在表格一中是没有废气再循环的欧宝 雅特C16SE多点喷射发动机，转矩和转速由涧电式测功机维持发动 机冷却水与温度控制系统相关联来将冷却剂温度维持在80摄氏度，催 化转化装置启动，然后MEGA-300车用排放分析仪取样并分析排放的 气体，该气体分析仪通过非分散的红外气体检测器检测一氧化碳、碳 氢化合物以及二氧化碳的浓度同时通过电化学传感器检测氮氧化物和 氧气的浓度并且能够通过内置的Brettechneider公式处理等值的空燃 比一氧化碳，碳氢化合物以及氮氧化物的测量误差为百分之二火 花点火发动机排放的氮氧化物中大部分是一氧化氮，因此，一氧化氮 的浓度可以大致代表氮氧化物的浓度在冷启动实验中，第一、二、三、四气门处于关闭状态以便使冷 却水仅在水套中循环，这模拟了冷启动时在恒温器关闭状态下的实际 水循环做完一个实验之后，一般要将一、四气门打开持续三分钟使 发动机散发热量回到冷却状态以便顺利进行下一次实验对于一氧化碳、碳氢化合物以及氮氧化物的排放浓度要用两种方 式检测以便确保得到正确的测量值，在三分钟的实验期间，要将一个 探针插入到排放探测口（如图一所示）以便检测瞬时的排气浓度，同 时将一个收集袋安置在排气管后边（如图一所示）来收集三分钟里总 的排放物，在实验之后，用从排放探测孔里检测的瞬态测量值的综合 品质来测量和核对一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物的浓度以及收集 袋的体积，这两个测量值被拿来比较，最后仅瞬态检测值被拿来使用。

值得一提的是冷启动时期的燃料喷射率由ECU根据冷却水和进气 温度信号来控制，如果不对这两个参数进行精确的控制那么排放检测 将变得没有意义，在我们的实验中，针对所有的实验要给ECU输入一 个模拟的冷却水温度信号来保证燃油喷射率，并且要选好一天中实验 的时间以便保证进气温度始终一致进气温度时间图2乙醇含量为零时的冷启动排放特性3结果与讨论汽油的冷启动排放特性被呈现在图二当中在针对于汽油的冷启 动实验过程中，冷却水温度被记录和取平均值来作为模拟信号传输给ECU以便进行接下来的针对于乙醇和汽油混合燃料的实验进气的温 度在不同日期或者时间进行的实验中是有少量的变化的，在所呈现的 数据中，我们已经将进气温度的变化严格限制在了几摄氏度的范围之 内在图二当中，在最初的十二秒，ECU电控单元在发动机中控制产 生了可燃混合气过浓的状况以便确保能被点燃，因此，我们能够看到 排放和转速的一个峰值，随着冷却水温度的逐渐提高，ECU电控单元 逐渐减少燃料的过量喷射，与之相对应的是一氧化氮和碳氢化合物的 的排放量逐渐的降低，但是氮氧化合物的排放量逐渐的增加，最终大 约在一百二十秒钟左右的时候它们都将达到一个稳定的值，对应的冷 却水的温度为四十摄氏度而发动机的速度则维持在每分钟一千转左 右。

进气温度顺200 zudd)二100■806000 JO 60 90 120 150 0-0-1800-1600-1400 -1200 -•1000 E.-800 u-600-400•200•030 60 90 120 150 ISO时间图3乙醇含量为百分之二十的冷启动排放特性在图三当中呈现了检测到的使用乙醇含量为百分之二十混合燃料 的发动机的排放数据，发动机的转速能够被稳定的维持在每分钟一千 转左右，这对于冷启动发动机而言是没有困难的，与图二当中所示的 乙醇含量为零时乙醇汽油混合燃料相比较，一百二十秒钟之后一氧化 碳的排放量从百分之三降低到了百分之二左右并且氮氧化合物的排放 量从百万分之九十降低到了百万分之七十，然而据观察发现碳氢化合 物的排放量仅仅发生了少量的下降进气温度时间图4乙醇含量为百分之四十的冷启动排放特性图四显示了使用乙醇含量为百分之四十混合燃料的发动机的排放 结果，碳氢化合物和一氧化碳的排放量都进一步的降低了大约百万分之四百和百分之一，然而，发动机的转速不再处于稳定的状况，这种 不稳定性可以被如下解释：冷启动阶段当ECU电控单元对燃油喷射率 进行开环控制的时候，对于使用的所有燃料（乙醇含量为零到乙醇含 量为百分之四十）而言燃油喷射率大致都是相同的，对于汽油和乙醇 而言化学计量空燃比分别是十七点五和九，对于使汽油（混合燃料中 乙醇含量为零）产生一定化学计量空燃比混合气的空气的质量而言， 同样质量的空气对于乙醇的和汽油的混合燃料而言要产生同样的空燃 比将会变的过量。

对于乙醇含量为百分之五、百分之十、百分之二十、 百分之三十和百分之四十的混合燃料而言过量空气的量分别为百分之 二、百分之四、百分之九、百分之十四和百分之十九，显而易见的是 对于乙醇含量为百分之四十的混合燃料而言，发动机中的空燃混合气 将会变得太稀薄以至于是发动机不能够稳定的运转进气温度£Q.$OZ二时间图5使用纯汽油燃料时的冷启动排放特性图五中比较了当进气温度为二十摄氏度时六种燃料的排放特性， 乙醇含量为百分之五和乙醇含量为百分之十的混合燃料的表现和纯汽 油（乙醇含量为零的混合燃料）几乎没有什么区别，然而乙醇含量从 百分之二十到百分之四十的混合燃料能够明显的降低碳氢化合物、一 氧化碳和氮氧化合物的排放量在定容室中乙醇汽油混合燃料的燃烧 被在各种当量比下检测，通过实验他们得出对于乙醇含量为百分之三 十的混合燃料而言，在冷启动时期，与只燃烧汽油相比一氧化碳、碳 氢化合物。