醇类燃料发动机排气管保温降低醇醛排放研究

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1、2014年11月农业机械学报第45卷第11期doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．11．007*醇类燃料发动机排气管保温降低醇醛排放研究112211刘方杰苗家轩刘圣华魏衍举徐斌吴健(1．河南科技大学车辆与交通工程学院，洛阳471003;2．西安交通大学能源与动力工程学院，西安710049)摘要:通过对发动机排气管隔热保温，在JL368Q3型电喷汽油机上开展了醇类燃料发动机排气管保温降低醇醛排放的研究，采用气相色谱-氦离子化检测器(PDHID)快速检测方法检测发动机的醇醛排放。结果表明:与排气管保温前相比，排气管保温后醇排放降低，低负荷工况下(Tc＜850

2、K)醛排放变化不大，中高负荷工况下(Tc≥850K)醛排放降低，醇醛排放降幅随排气温度升高而变大。排气管保温延长了排气在高温下的反应时间，有利于未燃醇、醛的快速氧化，转速为4000r/min、负荷高于21N·m时(Tc≥900K)，排气管保温后未燃醇、醛排放降低70%以上。排气温度和高温下的氧化反应时间对醇醛的氧化影响较大。关键词:醇类燃料发动机醇醛排放排气管保温中图分类号:TK464文献标识码:A文章编号:1000-1298(2014)11-0040-07引言1试验装置和试验方法醇类燃料是最具有应用前景的内燃机替代燃图1为发动机试验台架简图，试验在JL368Q3料，醇类燃料具有辛烷

3、值高、抗爆性好、含氧量高、燃型电喷汽油机上进行，缸径68.5mm，行程72mm，烧清洁、来源丰富等优点，使其成为优良燃料和燃油排气总量0.796L，压缩比为9.4。试验用发动机燃品质改善剂而被广泛使用。随着醇类燃料汽车的推料为93号汽油与纯度(质量分数)为99.5%的无广应用，未燃醇醛排放成为醇类燃料发动机的研究水甲醇、99.7%的无水乙醇分别配制甲醇、乙醇体积［1－5］热点之一，目前对于醇类燃料发动机的非常规分数为10%的M10、E10混合燃料，试验中所有混合［6－7］醇醛排放研究主要集中在:醇醛排放检测方法;燃料均为现场调配，未加入任何助溶剂。发动机排［8－9］［10］发动机负荷

4、、转速、燃料掺混比等参数的变气采用1L聚氟乙丙烯(FEP)采样袋采样，采样袋［11－12］化对醇醛排放的影响;催化器前后醇醛排放对无吸附，满足试验要求，用日本岛津GC-2010型气比，等等。而对于未燃醇在发动机排气管后氧化过相色谱仪配Gs-OxyPLOT毛细柱和脉冲放电氦离子［7］程中的醛排放生成和氧化机理未进行深入研究。相化检测器进行检测。关研究发现甲醇/汽油燃料发动机在部分工况下排［13－15］气经过催化器后甲醛排放反而有所增加，表明未燃甲醇在催化器中氧化生成了新的甲醛，导致部分工况下经过催化器后甲醛排放不降反增的现象。针对醇类燃料发动机排气管中未燃醇的后氧化过程，本文利用数值模

5、拟研究变温和恒温环境下醇醛的氧化特性，然后通过对排气管隔热保温设计，开展排气管保温降低醇醛排放的试验研究。排气管保温图1发动机试验台架简图减少高温排气的散热损失，利用排气余热使发动机Fig．1SchematicdiagramoftheSIenginetestbenchset-up排气管保持一段高温环境，以便在发动机排气进入1．发动机测控系统2．发动机3．测功机4．电子秤5．燃油三效催化器之前大幅降低未燃醇醛排放，避免因未瓶6．燃油泵7．温度传感器8．温度显示仪9．排气管保温装置10．三元催化器11．气体采样袋燃醇的氧化导致醛排放的增加。收稿日期:2013-10-31修回日期:2013

6、-11-27*国家自然科学基金资助项目(51206130)、河南科技大学青年科学基金资助项目(2013QN002)和河南科技大学博士科研启动资金资助项目(09001719)作者简介:刘方杰，讲师，博士，主要从事内燃机代用燃料燃烧与排放研究，E-mail:liufangjie2012@gmail．com第11期刘方杰等:醇类燃料发动机排气管保温降低醇醛排放研究41图2为发动机排气管保温装置简图，排气管内径为40mm，排气管保温段长度为1000mm，采用4层玻璃棉对排气管隔热保温，保温层厚度约为60mm，排气管保温区间均匀设置5个热电偶温度传感器检测排气温度。图3为燃用混合燃料M10发动

7、机转速分别为2000r/min、3000r/min，扭矩为20N·m、40N·m负荷工况下排气管保温前后的排气温度变化特性，图中实线为排气管保温前的排气温图4发动机排气管保温后排气温度随度，虚线为保温后的排气温度。通过对发动机排气转速和负荷变化曲线管隔热保温，利用排气余热使排气管保持一段高温Fig．4Effectsofenginespeedandloadonexhaust环境，在发动机工况稳定后，可以实现排气管试验段－4醇、乙醇的体积分数为5×10，氧气体